起重船稳性衡准研究

葛慧晓，何炎平，陈新权，李洪亮

（上海交通大学 海洋工程国家重点实验室 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240）

随着海洋资源开发、海上工程和海难救助事业的发展，起重船成了不可缺少的工程船，在需求量加大的同时，规模也越来越大。起重船的作业环境和载荷复杂，为保证船舶与海上起重作业的安全，起重船在各种载况下必须具有良好的稳性。完整稳性对船舶的安全性具有重要影响，也是船舶的一项重要技术性能，一直被人们所关注[1]。为保证起重船的稳性满足安全的需要，对于起重船的完整稳性衡准就显得尤为重要。本文结合振华港机自主研发制造、目前世界上起重量最大的7 500 t“蓝鲸”全回转自航起重船的稳性计算结果，就IMO和各船级社规范及法规有关起重船稳性衡准事宜进行了比较分析和探讨。

1 起重船适用范围及校核状态的比较

BV对起重船的定义为无人驾驶，方形系数不小于0.9，型宽与型深比＞3.0，除用密封垫盖封闭的小人孔外无任何舱口[2]。BV所规定的起重船是无人驾驶，即非自航。其他各船级社都没有起重船的定义及衡准的适用范围。

对于起重船应校核的装载状态，除了校核IMO要求的航行状态外，各船级社都考虑到了起重船的特殊功能，分别规定了起重船的起吊作业状态，即起吊最大起重载荷的情况下受到正向突风袭击和发生起吊货物突然跌落的意外情况。本船选择了以下应校核的状态：

（1）LOAD1：空船状态；

（2）LOAD2：船舶压载出港情况，无货，但载有100%供应品和燃料；

（3）LOAD3：船舶压载到港情况，无货，载有10%的剩余供应品和燃料；

（4）LOAD41/LOAD42：在100%/10%供应品和燃料的情况下，最大幅度起吊7 500 t货物的完整稳性；

（5）LOAD51/LOAD52：在100%/10%供应品和燃料的情况下，90°最大幅度起吊4 000 t货物的完整稳性；

（6）LOAD501/LOAD502：在 100%/10%供应品和燃料的情况下，90°最大幅度起吊4 000 t货物突然跌落的完整稳性。

2 起重船稳性衡准分析

为了保证起重船的安全，稳性衡准应使起重船在任何一种可能出现的危险状态下都有足够的稳性储备，保证其全寿命期的安全。根据目前稳性研究的水平，稳性衡准考虑的是一种特定的危险状态，即零速横风横浪状态，这种相当于船舶在波浪中处于失去操纵能力的最坏情况。

对于起重船稳性，应分为两种情况：航行和起重作业状态，而对于起重作业状态，又分为了正常作业状态和货物突然跌落后的短时状态。本文以7 500 t“蓝鲸”号起重船为例，分别选择了航行状态LOAD1、正常作业状态LOAD41和货物突然跌落状态LOAD501这3种典型工况进行了稳性校核分析。

2.1 航行状态的稳性衡准分析

对于航行状态下的起重船稳性衡准，除了BV和CCS有自身的规定外，其他船级社直接采用IMO完整稳性要求对货船进行稳性衡准[3]。

相对IMO稳性衡准，对复原力臂GZ值、GZ曲线下的面积和初稳性高度GM0值要求而言，由于起重船船宽较大，初稳性高度值远远大于一般货船的高度值，且静浮时，干舷相对较大，由表1可知，各值都能满足IMO的要求，且比较富裕；对于最大复原力臂对应的横倾角值来说，由于起重船宽度较大，甲板进水角减小，使得静稳性曲线的最大复原力臂对应的横倾角减小，由表1知，实际值刚好能满足要求，所以此项要求对于起重船来说相对严格。

表1 航行状态下LOAD1的稳性校核结果

鉴于以上起重船航行状态下的特殊性，直接采用IMO对于货船的稳性衡准是不合理的，因此本起重船相对IMO、CCS的要求而言，提高了初稳性高度值和最大复原力臂值，放宽了对最大复原力臂对应的横倾角值，并按BV规范严格对复原力臂下的面积进行复核。

2.2 正常作业的稳性衡准分析

鉴于起重船作业特殊性，IMO已不包含对起重船作业状态的衡准，所以各国船级社都根据起重船的特殊性，各自规定了相应的稳性衡准准则。以LOAD41，即在100%供应品和燃料的情况下，最大幅度起吊7 500 t货物的作业状态为例，稳性校核结果如表2。

表2 正常作业状态下LOAD41的稳性校核结果

ABS、BV和DNV的稳性衡准是基于动稳性的，即假定船舶首先在一个定常风作用下产生一个初倾角，然后受波浪作用而发生横摇，当横摇到向风一侧的最大幅度时，再受到一突风的吹袭，船舶在此状态下不倾覆[5]。

关于倾覆力臂曲线和复原力臂曲线的第一个交点的平衡横倾角，因本船的实际作业吃水最大值为13.463 m，相应的甲板进水角或向下进水角＞15°，由表2知BV严格些。

对于力臂曲线下的面积和复原力臂值的要求，由于起吊货物至纵中平面的横向距离为0 m，也无反向载荷，此时倾覆力臂为0 m，则BV稳性衡准中的GZc值为0 m，A1和Atot值相等，显然满足稳性要求。可知，BV对正常作业状态的稳性衡准要求只要是针对倾覆力臂值不为0 m的起吊作业，即不在纵中平面起吊货物有反向载荷的起吊作业，如本船的LOAD51/LOAD52，在100%/10%供应品和燃料的情况下，90°最大幅度起吊4 000 t货物的完整稳性。

CCS的稳性衡准是基于静稳性，即假定船舶无航速横对波浪发生共振横摇，当横摇至向风一侧的最大幅度时，遇到一阵突风的吹袭，此情况下要求船舶不倾覆，要求计及共振横摇角后的船舶最小倾覆力臂应不小于风压倾侧力臂[5]。由于与以上几个船级社的稳性衡准的计算模型不同，因此很难进行比较得出相应的结论。

由表2可知，CCS只校核了初稳性高度值和稳性衡准数，从实际值和要求值来看，CCS的稳性要求比较宽裕。

2.3 起吊货物突然跌落后的稳性衡准分析

各国船级社对于货物跌落后的稳性衡准的基本原理都是一致的。以LOAD501在100%供应品和燃料的情况下，90°最大幅度起吊4 000 t货物突然跌落的状态为例，由于作业时，在船的另一舷加了用来调整由于起吊货物引起的横倾的压载，即反向压载，在货物突然跌落后，由于反向压载的存在，使得船有了很大的横倾，本船跌落后船体的初始横倾角达到了9.5°。该状态下的稳性校核曲线如图2，稳性校核结果如表3。

图2 稳性校核曲线

由表3可知，就力臂曲线下的面积要求来说，ABS的要求是最为严格的，BV的要求其次，DNV的要求最宽。但是DNV和BV除了这项衡准外，还有对倾覆力臂和复原力臂曲线交角的要求，校核结果由表3可知，BV的要求更为严格，其稳性衡准不但要满足θ2-θ3≥20°的要求，而且要满足力臂曲线下的面积要求。而CCS对于货物跌落后的状态还未有相关的稳性衡准，建议参考其他船级社增加有关货物跌落后的稳性衡准。

表3 起吊货物突然跌落后的稳性校核结果

总体上来说，对于货物跌落后的稳性衡准原理是一致的，就校核公式的严格程度来说，存在一定的差异。就力臂曲线下面积的稳性衡准而言，ABS是最为严格的，但加上倾覆力臂和复原力臂曲线的交角的要求后，BV的严格程度得到了很大的提高。

3 结语

对于起重船的稳性衡准建议如下：

（1）航行状态下，采用IMO对货船的稳性衡准来校核起重船的稳性已不合适，建议参考BV和CCS的稳性衡准，严格对复原力臂下的面积、初稳性高度和最大复原力臂三者的要求，放宽最大复原力臂对应的横倾角值要求，针对起重船的船型特点来制定衡准准则；

（2）正常工作状态下，由于其重心高度增加幅度较大，稳心高度又相应降低，稳性消失角和静稳性力臂也相应减小。针对其特殊性，对于倾覆力臂曲线和复原力臂曲线第一个交角的要求，建议规定其应小于甲板进水角、向下进水角或15°中的较小值；而对于无反向载荷起吊作业状态，采用ABS复原力臂曲线下面积的稳性衡准要求；有反向载荷的起吊作业状态，采用BV的稳性衡准要求。

（3）起吊货物跌落后，虽然各稳性衡准原理是一致的，但根据校核公式的严格程度，建议采用ABS对于力臂曲线下的面积要求和BV对于倾覆力臂曲线和GZ曲线交角的要求进行衡准。

总之，随着起重船的大型化及其作业环境的复杂化，对于大型起重船的稳性衡准亟待进一步研究完善。

[1]张志明，徐丹铮，张超，等.大型起重船船型开发的若干技术问题初探[J].船舶，2005，2（1）：10-15.

[2]BV，Rules for the Classification of Steel Ships[R].2005.

[3]国际海事组织IMOA.749（18）决议及其MSC.75（69）修正案[R].2003.

[4]中国船级社.国内航行海船法定检验技术规则[R].2006.

[5]顾敏童.船舶设计原理[M].上海：上海交通大学出版社，2003.

[6]ABS.Crane Ship/Intact Stability Guidelings&Crane Countballsting Criteria[R].2007.

[7]DNV.Rules for Calssification of Ships[R].2006.