工作甲板選取對雙甲板遠洋漁船設計的影響

姜惠,田兆波,劉山,秦桐

(中國船級社青島分社,山東 青島 266000)

雙甲板遠洋漁船(以下簡稱漁船)是指布置有一層連續下甲板的船舶(通常從船艉延伸至船艏),上層甲板為網具等捕撈設備,下層甲板常布置為凍結間、洗魚臺、漁獲物初加工處所[1]。這種布置在漁船船型中較為常見,其優點顯而易見:一方面魚獲物自上而下靠重力進入下層甲板的接收艙內,效率很高;另一方面,下層連續甲板的布置為理魚、加工和冷凍提供了更大的工作空間,便于布置各種設備以及提供更好的工作和居住環境[2-3]。雙甲板漁船能夠滿足歐盟衛生要求,是符合國際市場準入標準的專業化遠洋漁船。

中國籍漁船法定檢驗的依據是《遠洋漁船法定檢驗技術規則》[4](下文簡稱《法規》)。與其他海船干舷甲板的定義不同,漁船對于甲板有其特別的定義,即工作甲板。《法規》對工作甲板定義為:“工作甲板系指用于捕撈作業的最深作業水線以上的最低一層連續甲板。若漁船設有兩層或多層連續甲板,也可將位于最深作業水線上面的較低一層甲板作為工作甲板。”也就是說,兩層甲板均可以選作工作甲板,但需遵守的《法規》規定內容不盡相同,對雙甲板漁船設計有影響。

實際漁船審圖中發現,許多設計單位忽略了《法規》中工作甲板相關規定的關聯性,沒有充分、全面地考慮工作甲板選取對雙甲板漁船設計的影響,造成漁船布置等不滿足《法規》規定。因此,首先分析《法規》關于工作甲板對主尺度、艙壁設置以及載重線的規定;以一艘37.5 m雙甲板漁船為例,對比選取其上、下甲板作為工作甲板核定干舷的計算結果,分析工作甲板的選取對雙甲板漁船設計的影響。

1 《法規》工作甲板有關內容解析

《法規》中與工作甲板有關的規定主要集中在主尺度、艙壁設置,以及載重線3個方面。

對于雙甲板漁船,若選下甲板作為工作甲板,下甲板以下的部分為主船體,上下甲板間的部分作為上層建筑處理;若選上甲板,上甲板以下(包括上下甲板間部分)均為主船體。

1.1 主尺度

船舶的主尺度是船舶設計的基礎,是進行基本設計、詳細設計和生產設計的主要依據[5]。《法規》對型深的定義為:“從龍骨板上緣量至工作甲板舷側處橫梁上緣的垂直距離。”對于有兩層以上全通甲板的漁船,選取的工作甲板不同,對應的型深不同,直接影響漁船的容積,且影響漁船的安全性和使用性能。船長指量自龍骨板上緣的最小型深85%處水線總長的96%,或沿該水線從艏柱前緣至舵桿中心的長度,取大者。艏垂線為艏柱前緣與計量長度的水線交點的垂線。不同的型深對應不同的計量長度的水線,即對應不同的法定船長和艏垂線位置。因此,工作甲板的選取對主尺度的影響最直接也最關鍵的是影響漁船型深,型深不同又影響船長和艏垂線位置,進而影響與船長有關的艉垂線和船中的位置。

1.2 艙壁設置

《法規》第五篇規定,工作甲板選取直接影響防撞艙壁和水密艙壁的設置。防撞艙壁至艏垂線的距離范圍依據船長決定,比如船長L<45 m的漁船,防撞艙壁與艏垂線之間的距離應≥0.05L且≤0.05L+1.35 m。不同的工作甲板對應不同的艏垂線位置,影響防撞艙壁的位置。防撞艙壁在工作甲板以下不得設人孔、門、通風導管或其他任何開口。水密艙壁應向上延伸至工作甲板,且應能至少支承水頭壓力達到工作甲板所產生的壓力。

對于雙甲板漁船,若工作甲板取下甲板,下甲板以下的艙壁保證水密,上下甲板之間保證風雨密,防撞艙壁在工作甲板以上的延伸部分允許必要的開孔。若工作甲板為上甲板,水密艙壁和防撞艙壁應水密延伸至上甲板,防撞艙壁不允許有除規定的管子穿過以外的任何開孔,這大大提高了對上下甲板之間艙壁的要求。

1.3 載重線

載重線是《法規》對船體開口封閉條件及船舶最大裝載吃水線的規定[6]。船舶最大裝載吃水決定了干舷的大小,干舷大小直接關系到漁船的儲備浮力。船舶具有足夠的干舷可以保證有一定的儲備浮力,且可減少甲板上浪[7-8]。《法規》關于載重線規定的主要內容有載重線標志的勘劃、核定干舷的各種條件和最小干舷的計算等,工作甲板選取對這3方面均有影響。

載重線和甲板線標志均應勘劃在船中處;甲板線上邊緣應與工作甲板的上表面向外延伸與船殼外表面之交點等高;從甲板線上邊緣垂直向下量至載重線標志的圓環中心的距離等于所核定的夏季干舷。之前已分析過工作甲板不同會影響船中位置,將直接影響甲板線和載重線標志的勘劃位置。

漁船夏季最小干舷按下式進行計算核定。

F=F0+f1+f2+f3+f4+f5+f6+f7+f8

(1)

式中:F0為基本干舷,mm,計算式是關于船長的函數;f1～f8分別為船長小于100 m、方形系數Cb、艙口蓋、計算型深、甲板線位置、工作甲板凹槽、上層建筑,以及舷弧對干舷的修正值,mm。

船長、封閉的上層建筑、舷弧,以及船體的豐滿度(方形系數Cb)都對干舷值有一定的影響。船長越大,需要的儲備浮力越大,即干舷應該越大。所以船長是確定干舷的一個基本參數。Cb的大小影響到儲備浮力與排水量的比例,Cb大的船儲備浮力(即水上部分)所占比例小,水下體積大,可灌入的海水量也多,最小干舷要求大一些。封閉的上層建筑和舷弧都會增加船舶的儲備浮力,因此會影響最小干舷的大小,但其有效性還取決于其上開口的封閉條件和位置。

對于核定干舷的條件,若工作甲板取下甲板,上甲板上的艙口、門口和通風筒等由位置1變為位置2,在開口保護、船艏高度等方面要求相對降低,與原來相比進水后風險提高,但下甲板并不具備露天上甲板的排水能力,建議提高對上層甲板的排水能力。參考《1966年國際載重線公約》(簡稱《公約》),《公約》中規定:“如果實際干舷甲板以下至少一個標準上層建筑高度處的假想干舷甲板作為核定的干舷甲板,則實際干舷甲板可以按照規定作為上層建筑甲板處理,此時,最終吃水應不超過核定的干舷甲板對應的吃水。”也就是說,將上甲板作為工作甲板時,如果將比上甲板低一個標準上層建筑高度的假想甲板作為工作甲板時仍然滿足最小干舷要求,則此時實際工作甲板(上甲板)可作為上層建筑甲板處理。但是《法規》目前暫未引入《公約》這一條款。

2 算例分析

選取一艘37.5 m雙甲板拖網漁船,分別選其上、下甲板作為工作甲板按照《法規》要求進行算例分析。

該船船體主要參數為:總長37.75 m、型寬8.4 m、型深3.9 m(至下甲板)/6.1 m(至上甲板)。

2.1 主尺度和艙壁設置

選取不同甲板作為工作甲板時主尺度和艙壁設置對比見表1。

表1 不同工作甲板主尺度和艙壁設置的對比

從表中可以看出,選擇下甲板作為工作甲板時,型深小,船長也小,艏垂線和防撞艙壁位置靠后,水密艙壁只需延伸至下甲板,對上下甲板間艙壁的布置要求降低。選擇上甲板作為工作甲板時,防撞艙壁位于FR63,且需延伸至上甲板,而下層甲板在此肋位處為纜索艙,位置過于靠前,前半部分空間較為狹小,難以利用。另外,這種選擇使得該船錨鏈筒恰好在此處穿過,無法做到防撞艙壁上無開孔,對錨鏈艙的布置及建造實施非常不利。水密艙壁也需延伸至上甲板,且結構設計的計算壓頭應量至上甲板。上下甲板間的凍結間和漁獲物加工處所之間雖然布置了艙壁,但艙壁上有較大開口,開口處的艙門很難做到水密。且任何一道魚艙艙壁向上延伸至上甲板都會阻隔凍結間或漁貨處理間,會影響船上漁獲物的連續處理工作,給船上生產作業造成阻礙。通過上述分析可知,雙甲板漁船上下甲板間艙室布置特殊,若取上甲板作為工作甲板,滿足法規艙壁設置的要求存在諸多困難。

型深大小將直接影響漁船結構強度和穩性。在進行穩性計算時,上下甲板間不論是作為上層建筑還是主船體均會計入,若上下甲板間的舷側結構為水密,兩種選取方式對穩性計算影響較小;但若上下甲板間舷側結構為非水密,即為非封閉上層建筑,在取下甲板作工作甲板時,干舷較小,無法滿足定常風下橫傾角不大于甲板邊浸水角80%的要求(即氣象衡準要求)。

漁船結構設計的依據《鋼質遠洋漁船建造規范》(2021)[9](以下簡稱《規范》)對型深的定義為:“在船中處,沿船舷由龍骨線量至上層連續甲板橫梁上緣的垂直距離。”上層連續甲板取船體的最高一層全通甲板,即工作甲板選取對結構強度影響較小。

2.2 干舷計算

分別將上、下甲板作為工作甲板,計算夏季最小干舷,基本干舷及各干舷修正值計算結果對比見表2。

表2 不同工作甲板干舷計算的對比 mm

從表2可見,不同的工作甲板,核定干舷時的基本干舷和干舷修正值均有差別,則使夏季最小干舷不同,最終影響漁船的吃水和型深。

選擇下甲板作為工作甲板時,核定的夏季最小干舷很小,對應的夏季吃水和型深小,位于下甲板以下,可裝載的漁獲物少。當工作甲板為上甲板時,夏季吃水變大,吃水會超過下甲板,可多裝漁獲物。

基本干舷值和干舷修正值與船的主要參數有關,選取不同工作甲板核定干舷時主要參數對比見表3。

表3 不同工作甲板干舷計算主要參數對比

結合表3數據對表2進行分析,取工作甲板為下甲板時,由于F0是有關船長的函數,船長小,基本干舷小;封閉上層建筑的有效長度影響了f1和f7,上下甲板間為封閉的上層建筑,其有效長度與船長接近,不需要進行船長修正(f1=0),但上層建筑對儲備浮力有利,使干舷減小,上建有效長度越長,干舷減除量f7越大;方形系數小于0.68,不需要進行方形系數修正,即Cb小的船最小干舷要求小一些;上甲板上的露天魚艙艙口蓋所在位置為位置2,無需進行艙口蓋修正;型深大小直接影響f4;由于甲板線取值均為其工作甲板,對f5無影響;該船為艉滑道拖網漁船,艉部的艉滑道使工作甲板形成凹槽,但在下甲板處影響很小,故f6較小,艉滑道凹槽對干舷的影響在上層建筑修正時予以考慮;舷弧為艏不足艉多余,f8增加的干舷較小。

由于工作甲板的不同導致計算時型深、上層建筑和舷弧存在較大差別,從表2可以看出,f1、f4、f7和f8變化較大,使干舷計算值相差較大,其中封閉上層建筑對干舷計算值的影響最大。但無論選擇哪一層甲板作為工作甲板,上下甲板間的部分或作為船體,或作為上層建筑,都會對減少干舷產生貢獻。夏季最小干舷不同,影響夏季吃水,夏季吃水反應了船舶的載貨能力。

由上述對比分析可以看出,工作甲板的選取會造成漁船主尺度、艙壁設置、干舷、載貨量等方面的區別,對比見表4。

表4 不同工作甲板選取的優缺點對比

從表4可以看出,在對雙甲板漁船進行設計時,可根據所需的側重點選取工作甲板。

若考慮盡可能大的裝載量,選上甲板為工作甲板;但此時載重線會勘劃在上下甲板之間,水沒過下甲板,那么上下甲板間的結構在規范設計時應按照主船體強度要求,而不能將其作為上層建筑進行設計;且水密艙壁和防撞艙壁需要延伸至上甲板,提高了對上下甲板間的要求,需要改變艙室布置,難滿足連續處理加工作業。

若為方便漁船作業,將下甲板定為工作甲板,需要降低設計吃水犧牲一部分裝載量,但對水密艙壁、防撞艙壁、舷側結構等要求均可降低,上下甲板間也可作為上層建筑進行結構設計,且能較好地實現船上漁獲物的連續處理工作。但下甲板并不具備露天上甲板的排水能力,進水后風險提高,建議提高對上層甲板的排水能力。

另外,基于干舷計算和穩性計算可知,雙甲板漁船保持上下甲板間舷側的水密性對滿足載重線相關要求和穩性衡準要求是必須的,一旦此區域破損導致連續進水,船舶設計將低于法規要求的標準,無法保證安全性。

3 結論

在漁船設計時主尺度要素確定、總體布置、結構設計等方面相互影響、相互銜接,需要設計人員全面、系統地理解法規各項條款的關聯性,反復權衡漁船各種主要和次要功能的要求,使各方面的相互關系達到最佳狀態。

1)工作甲板的定義直接決定型深,進而影響船長和艏垂線位置等漁船主尺度參數,影響漁船設計、安全性和經濟效益。

2)工作甲板選取對防撞艙壁和水密艙壁的布置影響較大。工作甲板取上甲板時,防撞艙壁位置過于靠前,這部分空間往往較為狹小,難以利用,且較難做到防撞艙壁上無開孔;上下甲板之間布置了凍結間和漁獲物處理間,將水密艙壁延伸至上甲板會影響船上的生產作業,滿足此布置存在困難。

3)工作甲板的不同對雙甲板漁船最主要的影響是在載重線方面,即干舷值以及船體開口保護,進而影響設計吃水的大小,決定了漁船的載貨能力,是漁船設計的關鍵因素。工作甲板取下甲板時,載貨量少,對船體強度、干舷、穩性要求降低,需滿足的上甲板在開口保護(艙口、門檻高度、通風筒等)方面要求相對降低,但需提高上甲板的排水能力。

目前,《法規》在定義工作甲板時未涉及結構方面的要求,而《公約》中在對下層甲板定為干舷甲板時有如下規定:“在貨艙范圍內,這種干舷甲板的結構最低限度應在船側并在通至上甲板的每一水密艙壁的橫向設有用骨架予以適當支持的邊板,邊板的任何布置均應滿足結構上的要求。”這對上下甲板間的結構設計提出了要求,建議《法規》在定義工作甲板時參考《公約》對干舷甲板的定義補充結構方面的要求。