斯德哥爾摩協議解析及對我國客滾船的影響

孫家鵬,張敏健

(上海船舶研究設計院,上海 201203)

在研發下一代臺灣海峽航線客滾船的過程中，出于海外市場的考慮，船東提出新船需兼顧歐洲客滾船的穩性衡準要求，近年來也有國內渤海灣的船東提出了相同的需求。渤海灣集中了國內絕大多數的大中型客滾船，近年來更新換代速度非常快，之前的二手船由于不滿足歐洲的穩性要求，只能以低廉的價格出售給東南亞國家。同時注意到近5年來歐洲大中型新造客滾船市場已經轉移到中國，船舶的設計工作也逐步由歐洲轉向國內設計公司或船廠，而目前歐洲客滾船特有的穩性規范《斯德哥爾摩協議》(stockholm agreement，SA)在國內尚沒有研究的報道，業內同行對該規范比較陌生。因此，考慮對SA規范進行解析，將研發的海峽客滾船作為算例，分析SA與最新生效的破艙穩性國際規范SOLAS 2020之間的關系，總結SA對國內客滾船的影響。

1 SA背景簡介

客滾船Herald of Free Enterprise及Estonia于1987年及1994年于北歐發生了重大海難并導致了慘痛的人員傷亡。事后的調查表明，均是由于破損導致了位于水線以上的滾裝處所積累了大量的水，船舶橫傾時積水加劇了傾斜，從而導致船舶在短時間內迅速傾覆。歐盟調研之后針對歐盟的客滾船提出了破損后應考慮艙壁甲板積水的影響的穩性要求，也就是所謂的《斯德哥爾摩協議》，該規范于2004年11月生效。

SA是基于確定性算法SOLAS 90的附加要求，至今已有30年。2009年1月1日生效的SOLAS 2009將客船和貨船的破艙穩性統一為概率算法，然而有研究表明:SOLAS 2009并不能覆蓋SA；2020年1月1日生效的SOLAS 2020再次大幅提高了客船破艙穩性的要求，提高了對滾裝甲板破損的穩性要求，但目前各大主流船級社如DNV、LR仍舊要求目前歐洲地區的客滾船需同時滿足SOLAS 2020和SA的要求。

2 規范解析

SA是基于船舶破損后水線以上的滾裝甲板上積累了一定量的水，在考慮積水的影響下需滿足確定性破艙SOLAS 90的穩性衡準要求，包括剩余復原力臂曲線在平衡角以外應有一個至少15°的正值范圍、復原力臂曲線下的面積應至少為0.015 m·rad等衡準，具體在SOLAS 2004第II-1章，B部分第8條2.3條中有詳細的描述。

2.1 滾裝甲板的積水量

基于以下假定通過2次線性插值獲得。

1)如果剩余干舷小于0.3 m且有義波高大于4 m，則積水高度為0.5 m。

2)如果剩余干舷大等于2 m且有義波高小于1.5 m，則積水高度為0 m。

舉例來說，若=1.15 m，=3 m，則對于積水量的計算可以分為兩步：第1步假定=4 m，根據=0.3，=0.5以及=2，=0,通過線性插值得到當=1.15 m時，=0.25 m；第2步根據=1.5 m,=0以及=4,=0.25，通過線性插值得到=3 m時，=0.15 m。即積水量為0.15 m。

上述的剩余干舷及積水高度見圖1，其中剩余干舷是指破損滾裝處所與最終水線的之間的最小距離，有義波高即三一有義波高，規范將北海、波羅的海及地中海根據海況分成了若干區域，并對每個小的區域給出了的數值，最大值為4.0 m，最小值為1.5 m。

圖1 剩余干舷fr及積水高度hw示意

2.2 幾點注意事項

1)滾裝處所甲板的積水高度是個定值，因此甲板上總的水量會隨著橫傾的變化而變化。

2)有義波高的數值是按區域劃分的，如果船舶全生命周期只航行于特定的航線，可以考慮將值取為4.0 m以下。

3)橫向破損范圍是在船內于最深分艙載重線水平面上，自舷側向縱中剖面方向垂直量取的船寬的1/5 距離(SOLAS 2009之后的舷側破損要求將橫向破損范圍 縮小到了船寬的1/10)。

4)滾裝處所的滲透率取0.9。

SA是追溯性規范，針對現有船的改裝，指南給出了包括水線以上的滾裝處所兩側開流水孔、滾裝處所內設置部分高度至少2.2 m的縱向或橫向的半艙壁、設置額外的船側附體來增加船舶自身的穩性等方法。這些方法顯然不適用于新造船，例如，客滾船理念之一是高效(door to door)，目前車輛艙都采用無支柱方案，設置部分半艙壁顯然違背了設計初衷。另外，規范允許采用船模試驗的方法進行驗證，但試驗非常復雜，至今沒有相關案例。

3 算例及分析

3.1 初步方案簡介

研發的海峽型客滾船的外形圖及主要參數見圖2，分艙方案示意圖見圖3，設有兩層車輛艙。該船已滿足SOLAS 2020的要求。

圖2 海峽型客滾船外形圖及主要參數

圖3 分艙方案示意

從《西北太平洋波浪統計集》的數據來看(見表1)，臺灣海峽1.5 m以上的有義波高累計超過50%，2.5 m以上的有義波高累計達30%。對比圖4可以看出，該區域的海況與北海及波羅相當，比地中海大部分地區均要惡劣。相對來看渤海灣地區的海況較好，1.5 m以上的有義波高累計約為15%。

表1 臺灣海峽 E5海區有義波高分布情況

3.2 SA衡準的計算

表2 某種破損工況前后的船舶浮態

表3 某兩艙破損下的穩性衡準

圖4 破損后的浮態示意

圖5 破損后甲板積水對的影響

3.3 SA與SOLAS 2020結果的比較分析

算例船的初始狀態如表4所示，對應于表5中的P1方案。P1方案滿足SOLAS 2020，相對于滿足SOLAS 2009的P0方案，規范要求的分艙指數值從0.744 4提升到0.801 2，提高了7.6%。為滿足SOLAS 2000，采取了包括略微增加船寬、增加型深、調整初始縱傾、設置前后機艙減少破損后的橫傾等手段。

表4 P1方案破艙計算的初始狀態

表5 不同的方案對比

在P1方案的基礎上，借助NAPA軟件通過參數化建模進行計算。這里只選取幾個典型結果加以說明。

2)P3方案是在P1方案的基礎上將雙殼加寬到B/5來滿足SA，在這種情況下SOLAS 2020可以輕易地滿足并有一定的余量。值的一提的是，該方案由于型深較高、下貨艙較小，幾乎所有連帶下貨艙破損的兩艙連破工況都有生存概率。

3)P4為最終選擇的方案，是基于P3方案上降低了型深。

對于具有兩層以上滾裝處所的客滾船，艙壁甲板以上的第二層滾裝處所對完整穩性及破艙穩性不再起到作用，不作為穩性浮力模型。因此，該算例具有一定的代表性。

4 結論

1)如果客滾船具有較大的下滾裝處所，且艙壁甲板下雙殼的寬度未達到船寬的1/5，可能會有相對合理的方案滿足SOLAS 2020，但幾乎不可能滿足SA；如果原方案具有B/5的雙殼且同時滿足SOLAS 2009，則滿足SOLAS 2020相對容易。

2)僅從安全性來說，考慮到船舶本身破損、傾覆機理的一致性，對于海況與北歐類似的臺灣海峽航區，建議按有義波高4.0 m考慮滾裝處所積水對穩性的影響；對于渤海灣地區的大中型客滾船，建議試算并適當考慮2.5-3.0 m有義波高下滾裝處所積水對穩性的影響。

3)國內的大中型客滾船包括最新交付并航行于渤海灣地區的“吉龍島”及“中華復興號”均采用了窄邊艙的型式，與歐洲同等尺度的船相比，其下貨艙增加了一條大車道從而增加了載貨能力，然而幾乎所有含有下滾裝處所破損的典型工況的生存概率值均為0，而歐洲的客滾船得益于SA的要求并不會出現這種情況，如上文提到的P3方案。SOLAS 2020大幅提高了客船的破損穩性要求，對于豪華郵輪來說，目前大部分穿透船舶中線的3艙破損仍有生存概率(或者是有生存概率才能滿足最終的指數要求)；相對來說，承載旅客相當的客滾船破損后的安全性差的較大。綜上，建議國內的客滾船可適當以犧牲經濟性的方式、通過增加邊艙寬度及型深高度的方式來提高安全性，滿足真正的一艙破損。