40000 t舉力多功能運輸塢的研發設計

羅 良，李衛華，陸懿東

（上海船舶研究設計院，上海 201203）

0 引 言

隨著現代造船技術的發展，為了進一步縮短建造周期，提高生產效率，往往選擇在岸上進行船體分段建造，待合攏后再將其從岸上平移下水；更有考慮到船廠建造設備能力的限制，需要將建造中的船舶或海上設施從A地轉移到B地、繼續建造的情況。針對新涌現的上述設施及其分段的下水、上排，以及短途轉運的需求，常規的浮船塢已然難以應對。本文以上海船舶研究設計院為俄羅斯石油公司旗下的紅星造船廠設計的40 000 t舉力多功能運輸塢為例，對其研發設計進行分析。結合船東的實際使用需求，所設計的該運輸塢針對建造中的船舶或海上設施，能完成從岸上平移下水、從水中移至岸上，以及予以裝載后在指定水域運輸的多項操作，是適用于船廠修造船作業的核心裝備。

1 船舶概況

1.1 主尺度

該40 000 t舉力多功能運輸塢的主尺度見表1。

表1 40 000 t舉力多功能運輸塢的主尺度

1.2 船級

船體（包括設備）、輪機（包括設備）、電氣及特殊設備等按俄羅斯船級社現行的規范和規則設計、建造，并受其檢驗，取得船級符號：KE R3 FLOATING DOCK / PONTOON FOR TRANSPORTATION SERVICES。

2 船舶作業功能和作業方式

2.1 作業功能

該運輸塢是一艘集船舶和海工設施下水與轉運功能于一體的多功能運輸塢，其主要功能如下：

1）具有將最長為300 m、最寬為51 m、最大吃水為5 m、最大重量為40 000 t的新建船舶從岸上縱向滾裝上塢之后在水中出塢的能力；

2）具有將最長為118 m、最寬為70 m、最大重量為40 000 t的“MOSS”型鉆井平臺從岸上橫向滾裝上塢之后在水中出塢的能力；

3）具有將在水中進塢的被載船從塢內滾裝上岸，或在水中出塢的能力；

4）具有載運船舶或海工平臺在指定航區拖航的能力。

2.2 作業方式

2.2.1 縱向裝船下水作業

縱向裝船作業采用液壓輪式移船臺車方式，將浮船塢塢尾與碼頭靠泊定位，在塢內和碼頭上鋪設臺車軌道，運輸塢與碼頭之間的軌道通過連接梁連接，采用移船臺車將下水船舶從岸上滾裝上塢，在裝船過程中運輸塢處于漂浮狀態，通過調配壓載水使運輸塢與碼頭的軌道保持在同一水平線上，之后下水船舶由工裝支撐，以撤離臺車。隨后將運輸塢拖曳至沉塢坑下沉，直至下水船舶漂浮并與運輸塢脫離，完成下水作業。

2.2.2 橫向裝船下水作業

橫向裝船作業運輸塢舷側與碼頭靠泊定位，采用ENERPAC 液壓滑移系統，在塢內和碼頭上鋪設滑道，運輸塢與碼頭之間的滑道由滑道連接梁連接，采用滑移臺架將“MOSS”型鉆井平臺從岸上滑移上塢，在裝船過程中運輸塢處于漂浮狀態，通過調配壓載水使運輸塢與碼頭的滑道保持在同一水平線上，鉆井平臺上塢之后由擱墩支撐，以撤離臺架。隨后將運輸塢拖曳至沉塢坑下沉，直至鉆井平臺漂浮并與運輸塢脫離，完成下水作業。

2.2.3 帶載轉運作業

在1 艘或多艘拖船拖曳下，運輸塢裝載船舶產品或海工平臺在總廠與各分廠之間的指定海域（R3 航區）拖航轉移運輸。

3 船型和總布置

該運輸塢為集下水工作船、甲板運輸駁、半潛駁和浮船塢的功能于一體的多功能運輸塢。船舶總布置是與船型研發有關的眾多關鍵技術的一個綜合表現，需考慮的因素有很多，是多參數、多目標、多約束的求解和優化問題，是一個逐步近似的過程，通常按螺旋線形式進行。例如：

1）實現超長貨物的上排下水，要求具有足夠的長度；

2）實現超寬貨物的上排下水，要求具有足夠的寬度且浮箱不能連續；

3）實現貨物的短途運輸，要求具有足夠的干舷；

4）實現船舶的沉浮功能，要求具有足夠的儲備浮力和下潛深度；

5）實現縱向40 000 t的裝載，要求具有足夠的甲板縱向強度；

6）實現橫向40 000 t的裝載，要求具有足夠的甲板橫向強度。

不同于常規浮船塢具有連續塢墻，該運輸塢并沒有設置連續塢墻，而是在浮箱甲板的4 個角上設置4 座塔樓，每座塔樓設有5 層甲板。該設計不僅能使運輸塢裝載比自身長度更長的貨物，而且能使其裝載比自身寬度更寬的貨物，大大提高作業效率。不同于常規浮船塢的干舷，該運輸塢的干舷需滿足《國際載重線公約》的要求，其值確定為4 m，使該運輸塢具備在指定水域進行海上轉移運輸的能力。

基于上述要求，綜合考慮各因素對船型設計方案的影響，確定該運輸塢主體由1 只整體式浮箱和分布于浮箱甲板4 個角上的4 座浮力塔樓構成，船體為全電焊鋼結構。浮箱內設有1 道水密中縱艙壁、4 道左右對稱的水密旁縱艙壁和6 道水密橫艙壁。這些水密艙壁將整個浮箱分割成縱向、橫向對稱布置的40 個壓載艙和6 個泵艙。該運輸塢的總體布置圖見圖1。

圖1 40 000 t舉力多功能運輸塢總體布置圖

4 設計理念

在研發該40 000 t舉力多功能運輸塢過程中，始終遵循結構安全、作業效率高和自動化程度高等設計理念。

1）在結構安全方面，在規范設計的基礎上，采用全船有限元計算方法確保多種作業工況和復雜受力狀態下的船體結構強度滿足要求。該運輸塢不同于常規浮船塢，除了具有浮船塢的功能以外，還具有下水工作船、甲板運輸駁和半潛駁的功能，作業工況和受力狀態比較復雜。因此，在設計該運輸塢時，除了考慮常規浮船塢在沉浮作業工況下的結構安全以外，還要考慮船體結構在載貨航行工況、縱向軌道進駁工況和橫向滑道進駁工況下的強度。此外，結構安全還體現在該運輸塢的橫向下水能力方面。常規下水工作船的橫向下水能力通常低于其縱向下水能力，該運輸塢在控制船體結構重量的基礎上，在確保結構安全的前提下，實現了橫向下水能力與縱向下水能力相同，大大增強了自身的作業能力。此外，該運輸塢配置有2 套不同型式的撓度測量系統，用于實時監測船體結構在作業時的縱向和橫向變形撓度狀態；同時，設定最大撓度報警，防止裝載過程中因船體變形過大而導致結構應力超出設計范圍。

2）在作業效率方面，提出變截面箱型梁形式的過橋連接梁，兩端支承設計成搭接鉸支形式，既能滿足連接梁的強度和剛度要求，又能使其外形尺寸較好地適應可能出現的浮態變化和運動位移，通過有限元計算對運輸塢作業過程中連接梁結構的最大撓度位移進行校核，保證移船小車安全行走和作業，提高作業效率。此外，在浮箱甲板的結構形式設計上，該運輸塢采用非常規的船體結構形式，實現縱向進駁時可在浮箱甲板縱向位置上任意布墩和橫向進駁時可在浮箱甲板任意位置擺放滑道的功能，大大提升產品的作業能力和適應能力。

3）壓載系統是針對該運輸塢作業情況和功能要求專門開發設計的關鍵核心系統，所有壓載艙被劃分成14 個區域，每個區域由2 ～3 個壓載艙組成。通過壓載水加載排放和強大的調撥功能，既能滿足沉浮作業要求，又能滿足橫向移船和縱向移船作業的配載要求。壓載系統中配置有14 臺單級雙吸離心泵并采用變頻控制，每個壓載泵進出口都設置有流量計，可根據流量計的信號反饋對壓載泵進行變頻調節，結合裝載計算機預配載功能，實現該運輸塢在沉浮作業狀態下的自動配載功能，大大提高其自動化程度。

5 結 語

運輸塢的設計基于常規浮船塢的尺度特點展開，根據作業功能和作業方式對船型和總布量進行了優化設計。在充分考慮結構安全的基礎上，采用特殊的結構設計形式，通過調整滑道的間距、數量和位置，實現了與滑道軸線垂直方向上任意移動以及在浮箱甲板縱向位置上任意布墩的功能，大幅提高了作業效率，將多種作業功能集成于一艘船上。目前，該運輸塢已成功交付使用，各項指標優異，有望大幅提高紅星造船廠的海洋工程設施建造能力。