1600客位/2000m车道客滚船研制关键技术解析

赵建平，王学义，时金宝

（黄海造船有限公司，山东 264309）

0 引言

黄海造船有限公司与山东渤海轮渡股份有限公司于2007年2月8日签订了4艘1600客位/2000m车道客滚船建造合同，该船型首制船“渤海珍珠”号于2009年4月9日交付使用。“渤海珍珠”号1600客位/2000m车道客滚船是航行于烟台至大连之间的人车两用交通运输船舶，它集快速、便捷、舒适、环保于一体，技术含量高，是我国自行设计、建造并检验的目前国内最大的豪华型客滚船，是当今世界船舶行业中客货两用的高端产品。船舶经系泊试验、航行试验和营运使用，各项性能指标均达到设计要求，并符合相关公约、规则和规范要求。本文主要以1600客位/2000m车道客滚船为研究对象，介绍该型船的设计与建造关键技术。

1 船舶概况

该船被设计为一艘国内近海航行的客/车滚装船，用于载客、载运轿车、重型汽车和集装箱拖车。船舶为钢质船体，以中速柴油机驱动，配有双机、双桨、双舵、前倾首柱、球鼻首、方尾和双艉鳍，机舱设在尾部，并设有首侧推和减摇鳍装置。该船具有三层连续车辆甲板，并设置有各类上层建筑。

1.1 总体布置

该船由舱壁、甲板、双层底和平台分隔为下列处所和舱室，其特征和布置如图1所示。

1）艉部：带有方艉的艉部设有舵机舱、艉尖舱、艉管冷却水舱等。

2）机舱：机舱内设有主机及相关系统与设备，如主发电机组、集控室、分油机间、机修间、备件库及消防、压载设备等。

3）双层底内设有滑油循环舱、柴油舱、燃油溢油舱和其它所需的舱。

4）车辆舱：该船设三层车辆甲板，即上甲板（5甲板）、主甲板（干舷甲板，3甲板）和机舱前双层底（1甲板）。3甲板以下车辆舱两侧设有边舱，用作减摇鳍舱、空舱、生活污水舱等。1甲板下面的双层底设有管弄、压载水舱、淡水舱、测深仪舱和空舱等。

图1 总布置图

5)艏部：布置有用作压载水舱的艏尖舱、锚链舱、水手长储藏室、首侧推舱、甲板机械控制室等。

该船各层甲板布置如下：1甲板（内底板、下车辆甲板），2甲板（二层机舱平台甲板），3甲板（主甲板、中车辆甲板），4甲板（平台甲板），5甲板（系泊甲板、上车辆甲板），6甲板（平台甲板），7甲板（顶甲板、旅客居住甲板），8甲板（旅客居住甲板），9甲板（驾驶室及船员居住甲板）。

主甲板首、尾部各设折叠式跳板一座，上甲板与5甲板之间设有一个两端收放式斜坡道，主甲板前部中、下车辆舱之间设有升降平台供滚装货物装卸。

旅客和船员区域布置在7、8、9三层甲板。7甲板中、前部主要布置旅客进厅，总服务台，小超市及三、四等客舱，尾部为三、四等客舱。8甲板中部为特、一、二等客舱，首部为二等客舱，尾部布置为旅客餐厅、座席舱、娱乐场所。9甲板前部为驾驶台和高级船员居住区，其后部布置为普通船员居住区，应急发电室，油漆间等。

旅客通过码头梯从顶甲板中部舷侧旅客门上、下船。

1.2 主要技术指标

该船主要技术参数如表1所示。

表1 1600客位/2000m车道客滚船主要技术指标

2 关键技术特点

该船以当前国内最大最新的豪华型国际航线客滚船为研制目标，设计和建造技术采用国际先进制造技术，确保了研究的高起点，形成了具有高科技含量的新型客滚船。

2.1 船舶主尺度选取和总布置设计

客货滚装船无标准船型，需充分考虑港口码头标高、航道潮汐变化幅度、较高的型深和吃水限制等因素，根据船舶设计所需的载车量、载客数量、各层甲板间净高以及满足航速要求的主机功率来确定合理的船舶主尺度。

该船运用最新设计技术，综合考虑车辆舱内支柱数量和位置、斜坡道的角度、升降平台的宽度和长度，以满足快速上下车辆的要求，保证车辆在舱内畅通。同时，综合考虑甲板上首尾系泊布置等各项影响因素，进行合理的布置。

2.2 线型及快速性设计

客货滚装船对航速有较高的要求，在线型设计方面是个挑战。在线型设计时只有综合考虑各种因素的“裙带”关系，才能在线型设计方面实现突破。

线型优化十分必要。由于该船为客车船，提高旅客舒适度、减少船体震动和噪音成为线型优化的重点。但由于主机功率较大，尾轴较高，螺旋桨直径也较大，故通过调整螺旋桨叶梢与船体的间隙，以改善来流来改变尾部伴流场可降低阻力。

船体线型优化可获得较高的航速性能。在海面平静，风力不大于蒲氏3级，水深不小于50m的深海中，船舶在清洁船体、一定主机持续服务功率（85%MCR，2×5,100kW）、无轴带、减摇鳍不工作的情况下，若设计吃水为5.95m，则航行速度不小于19.0节。实际试航状态与上述状态有差异时，可通过公认的换算方法确定航速。试航结果表明，该船设计服务航速不小于18.5节。

2.3 稳性计算

稳性是船舶设计的关键。客货滚装船是一种以水平分隔为主的特殊船型，其车辆舱位于船舶的下部，舱高要求为4.60m。该船设有3层车辆舱，2层客舱和2层船员生活舱，此种设计的原因包括两方面：一是干舷甲板以上甲板层数较多，装载货物重心高，横摇工况下力矩较大；二是由于汽车运输的特殊性，水密舱壁越少越好。因此，船舶分舱既能满足破舱稳性，又能满足便捷使用的要求，是客货滚装船设计成功的关键。

此外，为保证甲板贯通，方便车辆进出，车辆舱应尽量少设或不设水密横舱壁。破舱后，多层甲板同时进水将使船舶在短时间内迅速沉没。因此，需对客货滚装船的分舱与破舱稳性研制进行细致的分析与论证，并对各装载情况的完整稳性进行校核，对大风影响下的风倾稳性进行分析和论证。

2.4 船舶强度分析及结构设计

客货滚装船的船体结构设计是一个技术难点。该船设3层车辆甲板及4层客舱和生活舱，型深高，干舷也高，为船体结构设计增大了难度。并且，当船舶受到波浪的作用而产生横摇时，左右舷水压不对称产生较大的横向弯矩，所装载的车辆的重量以及客源的流动和因横摇面产生的作用等易产生非对称载荷。在剪切效应的作用下，客货滚装船的横向强框架会发生倾斜。甲板一般都是贯通于整艘船长度，横舱壁尽量少设且一般开有较大的门孔，这将致使横舱壁的强度大大削弱，船体容易发生扭曲变形，故该船型的总纵强度、扭转强度的设计亦是特别重要的问题。由于横向强框架倾斜，在客货滚装船的强横梁、强肋骨甚至半横舱壁的开口角隅处可以找到裂纹，疲劳问题严重。甲板强横梁、纵桁的构件尺寸受到货舱空间最大宽度、高度及许用变形等因素限制。另外，现在重型运输车辆增加，载重100t至200t的车辆也可以上船，这也增加了结构设计的难度。

针对上述问题，在该船设计建造中，我们进行了专题研究：1）对减小横摇工况下的扭曲变形及由此引起的附加应力进行设计计算。 2）甲板强横梁、纵桁的构件尺寸受到货舱空间最大宽度、高度及许用变形等因素限制，需要对强横梁、纵桁的跨距进行合理选择，对支柱进行合理设置。3）根据需要对配有多层升降甲板、系统复杂的船体结构强度进行设计计算。

2.5 车辆舱的布置

目前，在航船舶受当时运输条件的限制，车辆舱较小，且布置不合理，特别是大型集装箱车。在以前的客滚船设计上，布局车辆舱时较少考虑大型车，主要集中在中小型车辆。要适应目前大型车辆运输的需要，应对车辆舱的总布置进行调整。设计时，经过几次对车辆舱的布局进行比对，最后确定以“渤海金珠”号为母型船，船体线型及主尺度稍作变化，以适应现代车辆运输的特点。两柱间长增加了4m，型宽增加了200mm，设计吃水基本不变。虽然船体主尺度改动较小，但由于布局合理，总车道由1,800m提高到2,025m，载车重量由4,250t提到5,000t，并且适合装载15m以上的大型拖车。

2.6 滚装通道系统设计与制造关键技术

滚装通道系统是影响船舶装载效率的决定因素，其配置既要保证滚装通道畅通无阻，又要充分利用船舶的舱容，提高装载能力。滚装通道系统技术含量高、难度大，实践中以分组形式进行专题攻关。

1）系统研究各主要船级社规范、国际公约、法规对滚装通道系统的具体要求，调查、收集、整理和分析各种与滚装通道设备相关的设计资料和数据，对各种典型滚装通道设备的布置方案进行系统分析研究。

2）在满足规范和船东要求的前提条件下，布置滚装通道设备时需考虑诸多因素的影响，包括码头情况，潮汐变化，车辆参数，如车辆载荷、车辆尺寸、车辆转弯半径等，以保证车辆装卸的顺利通畅。同时，还需对下列通道设备进行型式确定和布置：艉斜跳板、活动坡道、升降平台、艏门、艏跳板、气密/水密舱壁门等，包括设备主要尺度的决定、结构型式及重量控制、与船体结构的协调和对码头的适应性进行设计计算。

3）制定滚装设备的制造工艺，如活动坡道，其顶板和腹板多为薄板以减轻重量，故必须进行焊接及变形控制，以保证建造质量。滚装通道设备的正确安装与否与其性能有着密切的关系，安装时要协调好其与船体界面的间隙，做到一次正确安装到位，避免返工。

4）滚装通道设备传动及控制系统设计。滚装通道设备质量大，跳板自身重量甚至超过百吨，传动装置大，控制设备运行的液压系统流量大，因此，保证通道设备在操作过程中的平稳可靠显得非常重要。同时，应用PLC控制元件开展复杂的控制流程与简单的用户界面间的协调研究。

2.7 特殊系统配置选型

客货滚装船专用特殊设备多，系统复杂，这些特殊设备系统的配置和选型都将影响目标型船的整体功能和船舶造价。该船在设备选型时首选国产设备，并与专业设备厂联合攻关，取得了良好的效果。

2.8 建造工艺关键技术

建造客货滚装船有以下几大难点：1）该船有着与常规船不同的特殊建造工艺，采用易变形的高强度薄板，一旦变形，很难利用火攻进行校正，故研制过程中制订了专用工艺以指导施工；2）建造过程中各种工序复杂，交叉往复，增大了工艺建造施工难点；3）该船型构造复杂，且极不规则，甚至还有很多需现场安装的散装构件；4）采用船台下水方式建造时，由于客货滚装船型方形系数小，且重量大，下水时需要大吃水，对有效水深要求极高。因此，根据公司船台实际情况，作了相关计算分析，并进行场地规划以充分利用产能。

此外，在该船的建造过程中，自制了许多专用工具和专用设备，如多工位内孔端面加工和多锥孔加工等大型加工设备，解决了舵孔及端面加工困难的技术难题，过渡圆角加工工具和螺栓孔表面加工工具解决了过渡圆角和螺栓表面加工质量问题等，保证了船舶质量，提高了工作效率，为该船的设计建造打下了良好的基础。

3 结束语

“渤海珍珠”号1600客位/2000m车道客滚船的主要技术指标均满足规范和设计要求。经过两年多的使用，船舶各方面的性能良好、质量稳定。“渤海珍珠”号1600客位/2000m车道客滚船是产学研相结合的产物，通过该船的设计、攻关和建造，掌握了大型客滚船的关键设计与建造技术，提高了大型客滚船的设计建造能力和水平，标志着我国已经跨入自主设计建造大型豪华客滚船的新时代。

[1]陈可越.船舶设计实用手册[M].北京:中国交通科技出版社,2007-10.

[2]中国船级社.国内航行海船入级规则2006及修改通报[Z].北京:人民交通出版社,2006.

[3]中国船级社.国内航行海船建造规范2006及修改通报[Z].北京:人民交通出版社,2006.

[4]中国船级社.国内航行海船法定检验技术规则2004及修改通报[Z].北京:人民交通出版社,2004.