靈便型散貨船的設計特點及優化研究

摘" " 要：靈便型散貨船是目前進出口貿易使用最頻繁的船型之一，這種船型主要用于一些散裝貨的運輸，由于散裝船缺少集裝箱的保護和支撐，故其運輸的難度較大，為了全面提升散貨船運輸的能力，必須系統、全面、詳細的進行散貨船的設計，同時，對于結構設計的優化要大力研究，提高船舶的性能和質量，降低建造成本和建造難度。本文主要介紹靈便型散貨船的設計特點，并基于公司系列靈便型散貨船設計經驗，提出設計優化的思路和方法，以期能夠為我國的散貨船設計建造工作提供幫助。

關鍵詞：靈便型散貨船；結構設計特點；設計優化；建造

中圖分類號：U662.2" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

Design Characteristics and Optimization Research

of Handysize Bulk Carrier

QI Ji

（ Jiangmen Nanyang Ship Engineering Co.， Ltd.，" Jiangmen 529145 ）

Abstract： The handysize bulk carrier is one of the most frequently used types of ships in import and export trade at present. This type of ship is mainly responsible for the transportation of some bulk cargo. Due to the lack of protection and support like the container vessels， it is more difficult for bulk carrier to transport. In order to comprehensively improve the transport ability of bulk carriers， the requirements and function of bulk carriers should be analyzed in a systematic， all-around and detail way. The optimization of structural design should be studied vigorously to improve the performance and quality of the ship and reduce the construction cost and difficulty. This paper mainly introduces the design characteristics of the portable bulk carrier and puts forward the ideas and methods of design optimization， in order to provide help for the design and construction of China's bulk carriers.

Key words： handysize bulk carrier;" structural design characteristics;" design optimization;" build

1" " "引言

散貨船運輸的貨物主要是糧食、煤礦石、水泥等沒有經過包扎的貨物，這些貨物由于沒有經過包扎，其整體性比較差，會增加裝卸的難度，需要港口的設備才能進行裝卸。靈便型散貨船具備了運營靈活、裝卸靈便的特點，解決了貨物裝載難的問題。本文針對靈便型散貨船的結構設計特點進行分析，并提出一些40000DWT散貨船的設計優化辦法，以提高船舶的性能和建造效率及質量，降低船舶建造成本。

2" " 靈便型散貨船的設計特點

靈便型散貨船的設計具備靈活、多變的特點，可以根據船東的不同需求改變設計型式，提升船舶的功能，具體如下。

2.1" "貨艙甲板克令吊

靈便型散貨船的主要特點和優勢是具有自卸貨能力，可以不依靠碼頭起吊設備自行卸貨。靈便型散貨船在每個貨艙間甲板面安裝一臺克令吊，并配備有抓斗，能快速卸運煤礦、糧食、木材等貨物。該船型在甲板面設計了克令吊柱形基座和桅屋，以供安裝克令吊和抓斗。克令吊柱形基座嵌入甲板結構內，與甲板結構全熔透焊接，并設有大量加強結構，以保證基座的強度和穩性。

2.2" "貨艙大開口設計

貨艙大開口設計的優點：舷側結構形式簡單、上下直通；貨艙不設置頂邊艙，無頂邊艙CM節段、建造效率高。同時，無頂邊艙可以增加貨艙艙容，提升貨物裝載量。以40000 DWT散貨船為例，無頂邊艙可以增加～600 m3艙容（如圖2所示）。

2.3" "甲板面木材綁扎

靈便型散貨船可以通過增加綁扎設備來增加木材運輸功能，以提高船舶運營能力和收益。而木材綁扎系統可以分為傳統標準綁扎系統和簡易插桿綁扎系統兩類。

標準綁扎系統采用舷邊可倒立柱和中間固定立柱，裝載木材時通過立柱和綁扎設備來固定木材，以40000 DWT散貨船為例，可以在甲板露天區域裝載木材約23000 m3；簡易插桿綁扎系統采用簡易立柱和綁扎系統來固定木材，立柱可拆卸，但裝載量較小，可以在甲板露天區域裝載木材約10 500 m3。

2.4" "艙口蓋裝載集裝箱

受集裝箱運輸市場需求暴漲的影響，部分船東提出了對散貨船增加集裝箱裝運功能的需求。以江門南洋40 000 DWT散貨船為例，首先，設計集裝箱裝載方案，再根據裝載受力情況計算強度，對艙口蓋內部結構以及艙口圍進行局部加強，然后，在艙口蓋面增加燕尾槽底座，以達到裝載集裝箱的功能（可裝載268TEU）。

3" " 靈便型散貨船的設計優化

通過對公司39 000 DWT、39 300 DWT、40000 DWT系列船的設計總結和研究，逐步形成優化設計及工藝，主要優化如下。

3.1" 貨艙容積優化

散貨船的貨艙容積對于航運公司的來說，是采購船舶的重要考核指標之一，在相同載重噸的船型下，貨艙容積更大，越具有競爭力。所以，如何在母船型的基礎上提高貨艙容積，是散貨船結構優化的重點。以江門南洋船廠各船型為例，采用在原有母型船基礎上提高型深，增加船舶吃水及排水量，同時，優化艏部線型，使得船舶在沒有增加結構重量和成本的情況下，將船舶裝載量增加了約1 000 DWT。另通過艏部防撞艙壁前移、燃油艙減小等措施，將貨艙容積提高了1000 m3左右，船東公司對修改效果也非常滿意，不僅不影響船舶各項指標，而且能增加輕貨物裝載量，進一步提高了該船型的市場競爭力。

3.2" "艙室優化

艙室優化工作對于降低船舶自重及減少材料用量起到了非常重要的作用，以下對部分艙室優化進行分析研究：

1）壓載艙的優化合并，主要是對舷邊壓載艙與底部壓載艙進行合并，取消了邊壓載艙，從而減少了為每個壓載艙配備的獨立壓載系統、測深系統、透氣系統等，并大量減少了相關管路、閥件、舾裝件的配備。此外，船體結構的內底板可以由水密結構改為非水密結構，降低了部分結構的板厚，減少了各種鋼料的用量;

2）原油艙的優化合并，減少油艙數量。在滿足續航力和燃油艙總容積的要求下，取消了過多的燃油艙，節約了大量的鋼材、焊材、管材以及閥件，具有較大的經濟效益，同時也提高了機艙的空間利用率。

3.3" "套料優化

套料利用率的高低對船舶建造成本的影響很大，每條船的套料利用率提高一個百分點可帶來幾十上百萬的成本節約，所以套料流程和方法的優化研究是極其重要。

1）自動化套料

目前套料模式逐漸由純手工套料向自動化套料轉換，自動化套料的優點是套料效率高，對套料人員的套料技能要求較低。所以，自動化套料的趨勢是必然的。目前船舶行業使用較多的自動化套料軟件有Alma、sgima nesting等。但完全自動化套料對套料利用率的提升效果不大，需在自動化套料的基礎上進行人工二次調整才能有效提高套料利用率，將自動化套料軟件的高效和套料人員的技能經驗相結合。

2）套料模式的優化

由以前的單個分段或幾個分段組合套料轉變為全船分段混套模式，先按正常套料批次進行初步套料，再根據初步套料結果全船綜合考慮，確定最完善的混套方案，并將影響利用率的零件反饋給分段設計人員，進行合理優化，提高板材套料利用率。這種混套模式對套料利用率的提升幫助非常大，相較于以前的傳統套料模式可以提高5%-7%的套料利用率，以40000DWT散貨船為例，單船可以減少鋼材用量350-400 t，節約單船成本約200萬。

3）球扁鋼套料

將球扁鋼和鋼板一樣進行套料，徹底摒棄以前車間自行下料的粗放模式，將多個分段的球扁鋼零件進行組合整體套料，利用軟件計算套料得出最佳結果，然后整理成圖紙下發到車間，讓車間根據套料圖紙進行下料，提高球扁鋼的利用率。

4）套料工藝

板材使用一筆畫切割完成，在零件之間使用連接橋連接情況下，保證數控切割機切割時能一次性割完，避免切割機反復起息弧，減小切割機槍頭損耗以及提高切割效率。另外，引進等離子坡口切割機，通過坡口切割機自動化切割零件坡口，提高坡口切割效率和質量，降低人工及動能的使用。

3.4" "上建結構形式優化

上建在下料、小合攏、中合攏、總組以及搭載過程中極易出現變形，前期施工的變形對后續施工帶來影響，增加后續的施工工作量和難度，需進行大量火調而影響上建外形美觀。變形的主要原因是上建壁板較薄（一般在5～7 mm），相應的加強型材規格較小，在裝配、焊接等過程中易損傷變形。基于以上情況，需進行結構工藝優化來減少并控制上建的變形，主要通過以下措施：

1）上建內圍壁上的加強型材改為壓槽加強，減少焊接收縮變形，且壓槽加強強度更好；

2）上建外圍壁盡量采用整板下料，減少板材對接焊接縫及變形，提高外圍壁的整體美觀度；

3）上建外圍壁角落增加豎向扶強材，上建總組后，上下外圍壁對應效果很差，需對角焊縫進行開刀并調整壁板對準下圍壁，開刀對角落處壁板引起很大變形，增加豎向扶強材有利于控制此處變形；

4）上建外圍壁方窗大開口增加豎向T型材加強，對整個壁板的支撐強度起到很大作用；

5）對上建拼板焊接盡量采用自動焊接，焊接后對焊接板材進行二次機械輥壓校平。

3.5" "舭龍骨形式優化

目前大部分散貨船的舭龍骨都是采用全船連續設計，按照船級社規范要求[1]舭龍骨與墊板、外板接縫都需錯開，而且，舭龍骨對接處需開設止裂孔，對于施工難度要求很高。下面是對于舭龍骨的設計優化研究及應用：

首先，考慮如何減少或消除舭龍骨的對接縫，尤其搭載階段施工的對接縫，于是我們著重圍繞減少搭載階段的對接縫進行研究，最后采用了間斷舭龍骨的方式，即舭龍骨在搭載對接處中斷，對于搭載對接處的舭龍骨采用端部削斜的方式，舭龍骨墊板則采用圓端頭斷開方式。此優化方式也通過了船級社的審核，減少了左右舷共6個搭載合攏口的舭龍骨對接縫。

3.6" "焊接優化

焊接作為船舶建造質量的重中之重，如何提高焊接效率和質量是各船廠的研究重點，下面結合39300DWT散貨船的實船優化結果進行總結分析：

1）對加強筋、肘板和骨材間的連接節點進行優化。以前加強筋、肘板和骨材是對齊安裝，兩者間對接需要開設坡口焊接，工作量較大。現在將對齊安裝改為偏移6～8 mm安裝，由對接焊改為角接焊，這樣就不用開焊接坡口，而且焊接工作量也有減少；

2）優化埋弧焊的焊接工藝和參數，使≤14 mm的板不用開設坡口進行焊接，而且，反面不用反扣，可直接進行反面焊接，大量的減少焊縫開坡口和反扣的工作；

3）加大自動化焊接的應用，如等離子自動氣刨在拼板焊縫上的應用；垂直氣電焊在平直大合攏口的焊接應用；自動角焊機在骨材安裝時的應用；埋弧自動焊在大拼板焊接的應用等等，這些自動化焊接能極大的提高焊接質量和焊接效率。

3.7" "線型優化

對船體首尾線型進行優化，使線型變化更加平滑，降低船舶航行過程中風浪失速的情況，提高航速并減少能耗，為船東降低運營成本。另外，通過優化船體線型、重新布置貨艙內殼折角等，盡量保證貨艙艙容及排水量，避免因線型優化導致載重量減少，滿足設計指標要求。

4" " "結語

總之，船舶的設計和施工過程是一個非常復雜的工作，在這過程中，需要設計人員的不斷修改和完善，在施工環節中進行合理的優化，從而提高船舶的質量。設計的好壞將會直接影響到船舶的性能和安全，對船舶的使用壽命影響巨大，一些合理的設計能夠增加船體的強度，同時還能減少材料的使用，從而降低船體的重量，提高船舶的載重噸，所以，設計環節的質量是至關重要的，造船企業應當重視船舶的設計和優化，提升自身的造船水平和產品競爭力。

參考文獻

[1]鋼質船舶入級規范[S].北京：人民交通出版社， 2021.