散貨船裝載集裝箱方案及可行性分析

◎ 謝坤 中遠海運散貨運輸有限公司

1.前言

2021年受新冠肺炎疫情影響，全球港口嚴重擁堵，集裝箱碼頭的空箱周轉率和船舶運行效率大幅下降，導致國際物流供應鏈不暢，全球供應鏈出現了前所未有的危機，國際航運集裝箱市場運力供需出現失衡，運價持續保持高位。為了進一步挖掘運力潛力，緩解集裝箱船運力的供給矛盾，本文對散貨船的運力進行了挖掘，就散貨船裝載集裝箱的可行性作了分析[1]。

散貨船主要用于運輸散裝干貨，也具備裝載包裝貨及非標準貨物的能力[2]。但在船型的設計上目的是為了滿足裝載干散貨這一要求，如需具備裝載集裝箱的功能，還要在裝載集裝箱后滿足結構安全、穩性安全、消防安全、系固綁扎等各方面的要求。

中國船級社2021年發布了《關于利用散貨船運輸集裝箱的技術通告》，要求散貨船裝載集裝箱應滿足公約、規則、行業的相關要求，具體如下：

（1）結構安全。船舶應采取有效措施將集裝箱的箱角載荷傳遞至船舶承載區域的主要船體構件。集裝箱箱角和系固綁扎的船體支撐結構應有足夠的結構強度，防止承載區域的結構損壞。集裝箱堆重限制應不允許超過貨艙內底結構、艙蓋最大許用載荷。

（2）穩性安全。船舶裝載手冊（含完整穩性和總縱強度）與破損穩性計算手冊中增加裝載集裝箱、甲板貨的典型工況，更新裝載儀軟件。

（3）系固安全。按照M SC.1/Circ.1623《貨物系固手冊編制指南》的相關要求制定安全系固方案，保證集裝箱、甲板貨系固安全。系固需按照IMO《貨物堆裝和系固安全操作規則（CSS Code）》適用要求，確保載運的集裝箱整體剛度和固定，對集裝箱整體底部、四周和頂部與船體結構之間采取有效措施進行系固，防止移動、傾斜和崩塌。

（4）消防安全。按照SOLAS公約II-2章10.7條要求，2014年7月1日后安放龍骨的船舶，裝載集裝箱的處所要有固定式氣體滅火系統。

（5）駕駛室可視范圍。按照SOLAS公約第V章航行安全第22條，對駕駛室可視范圍進行了明確的規定，集裝箱、甲板貨積載于散貨船甲板和艙蓋上不能影響駕駛位置、主操舵位置、駕駛臺兩翼位置的視線和盲區。

（6）舾裝數。核查船舶舾裝數，確保錨泊設備滿足規范要求。

2.裝載方案

2.1 船舶基本信息

選取船舶為2017年國內某船廠建造的3.8萬噸散貨船，為大艙口、雙殼的無限航區散貨船。船舶的總布置圖如圖1所示。

圖1 總布置圖

2.2 集裝箱布置方案

40尺集裝箱尺寸為長12192mm、寬、2438mm、高2896mm,20尺集裝箱尺寸為長6058mm、寬2438mm、高2591mm。

綜合考慮貨艙開口、貨艙和艙口蓋的堆重要求、駕駛室視線和綁扎能力等，對貨艙、艙口蓋分別裝載集裝箱，一共裝載40尺集裝箱334箱、20尺集裝箱108箱。具體的箱位布置如圖2所示。

圖2 集裝箱積載圖

3.規范校核和可行性分析

3.1 結構強度計算

按照《鋼制海船入級規范》第二篇第1章第5節的要求對貨艙結構強度直接計算[3]，以三維有限元模型為一個艙段，并向首尾分別延伸半個艙。結構計算的設計載荷需要包含總體載荷與局部載荷，考慮垂向彎矩、貨物載荷等。總縱彎矩分為中拱和中垂，包含靜水彎矩和波浪彎矩。彎矩和加速度按照規范要求選取。

表1 船舶主要參數

在集裝箱下方沿船寬布置30毫米厚的鋼板，讓集裝箱的垂向載荷作用在這樣的鋼板上。以一組點的載荷施加于模型，載荷包括總縱彎矩、綁扎力、箱角載荷，并對箱腳附近的結構進行評估。計算結果顯示，箱腳布置在實肋板上能滿足80噸堆重，布置在縱骨上能滿足60噸堆重。

3.2 穩性安全校核

按照船舶靜力學原理[4]，船舶初穩性高度GM值越大，復原力矩越大，抵抗傾斜力矩能力越強。船舶在甲板或艙蓋裝載貨物后重心變高，GM值會變小。根據本文的裝載方案，對滿載離港工況進行穩性計算，并與IMO的規范進行校核。

《2008年國際完整穩性規則》對船舶穩性給出了一系列要求[5]，包括靜穩性和動穩性。靜穩性的衡準主要是關于復原力臂曲線特性，動穩性則要求為強風和橫搖衡準。國際完整穩性規則的要求主要包括以下方面：

1）初穩性高度G M 值不小于0.15米。

2）復原力臂曲線（GZ曲線）下的面積在橫傾角=30度或以下時，應不小于0.055米-弧度；在橫傾角=40度或以下時，應不小于0.09米-弧度。此外，當橫傾角在30～40度之間時，復原力臂曲線下的面積應不小于0.03米-弧度。

3）在橫傾角等于或大于30度時，復原力臂至少為0.2米。

4）最大復原力臂應出現在不小于25度的橫傾角時。

5）復原力矩曲線下的面積大于風傾力矩下的面積。

表2為穩性的計算結果，均滿足IMO國際完整穩性規則的要求。

表2 穩性計算結果

3.3 舾裝數計算

海船的錨泊設備應根據船舶種類、航行水域及其CCS《鋼制海船入級與建造規范》求得舾裝數，并按照舾裝數配備拖索和系船索的數量、長度及破斷負荷等[6]。按照CCS《鋼制海船入級與建造規范》，舾裝數N計算公式如下。

式中：

Δ—夏季載重水線下的型排水量（t）；B—船寬（m）；h—從夏季載重水線到最上層艙室頂部的有效高度（m）；Sfun—煙囪的有效正投影面積（m2）；A—船長（L）范圍內夏季載重水線以上的船體部分和上層建筑以及各層寬度大于B/4甲板室和煙囪側投影面積的總和（m2）。

原船的舾裝數如下：

裝載集裝箱后側面積增加522.4平方米，舾裝數為：

錨、錨鏈按照舾裝數2530～2700選取，拖索、系船索按照舾裝數2700～2870選取。經核實，船舶配置的錨泊和系泊設備均滿足要求。

3.4 其他要求

1）駕駛室可視范圍。按照SOLAS公約V章22條求，從駕駛位置上所見的海面視域，在所有吃水、縱傾和甲板貨狀態下，自船首前方至任何一舷10度范圍內均不應有兩個船身以上的長度或 500米（取其小者）遮擋。該輪艙蓋按照該方案裝載集裝箱后，艙蓋上集裝箱高度能滿足駕駛室視線圖的要求。

2）消防安全。按照SOLAS公約II-2章10.7條要求，2014年7月1日后安放龍骨的船舶，裝載集裝箱的處所需要有固定式氣體滅火系統。該輪貨艙配有二氧化碳氣體保護，滿足要求。

3）綁扎系固方案。根據CCS《鋼制海船入級與建造規范》及M SC.C i r c 74 5《貨物系固手冊編制指南》，該輪對艙蓋和貨艙的集裝箱計算綁扎力，編制綁扎系固方案，并提交船級社審批，確保裝載的集裝箱整體剛度和固定；對集裝箱整體底部、四周和頂部與船體結構之間進行系固，防止移動、傾斜和崩塌。

4.結束語

本文在船體結構不進行重大改造的前提下，充分利用現有船體結構的水平，對靈便型散貨船進行貨倉內和艙蓋上裝載甲板貨的改裝設計。并根據船級社的規范、規則和公約的要求，對裝載集裝箱后的船體結構、船舶穩性、消防、系固綁扎等方面進行了校核，結果均能滿足公約和規范要求。通過本文研究，能進一步挖掘靈便型散貨船運力潛力，在保證貨物和航行安全前提下，進一步提升靈便型船舶市場競爭力,緩解集裝箱船運力的供給矛盾。