耙吸挖泥船DR68完整稳性及破舱稳性研究

付学辉朱云龙田严波

（1.中交海洋工程船舶技术研究中心有限公司 上海200125 ； 2.上海振华重工（集团）股份有限公司 上海200125）

耙吸挖泥船DR68完整稳性及破舱稳性研究

付学辉1，2朱云龙1，2田严波1，2

（1.中交海洋工程船舶技术研究中心有限公司 上海200125 ； 2.上海振华重工（集团）股份有限公司 上海200125）

DR68规范对挖泥船完整稳性、破舱稳性的要求与CCS规范具有较大差别，因此对泥舱设置、船体设计也提出不同的要求。文章通过对入级BV及CCS的耙吸挖泥船项目进行对比，简述了该船型稳性计算在满足DR68时需要注意的一些问题。

DR68；挖泥船； 完整稳性； 破舱稳性

引 言

DR68是《勘划减小干舷的挖泥船建造与作业指南》的文件代号。该文件最初由荷兰、法国、比利时等国的技术代表组成的“挖泥船减小干舷作业联合小组”于2001年提出（当时代号“DR67”，现行升级版DR68适用于2010年1月1日后建造的挖泥船），作为ICLL第25条“特殊规则”的应用，并报IMO备案。挖泥船满足该指南规定的设计和装备方面的要求，可获得ICLL有关减小干舷作业的免除证书。BV、LR等船级社规范对设有泥舱的耙吸挖泥船的干舷和稳性都直接引用DR68规定。但CCS并没有采用该指南，而是根据我国耙吸挖泥船等工程船的工程实践，在CCS《钢质海船入级规范》中制定了“工程船舶作业吃水标志的勘划”的规定。因此长久以来，针对挖泥船稳性的要求（完整稳性及破舱稳性），CCS与DR68一直存在较大的差异，尤其是破舱稳性部分，导致按照CCS规范设计的挖泥船并不能确保满足DR68要求。在目前国产疏浚装备日益迈向国际的浪潮下，设计方需要格外注意其中差别，以避免出现无法顺利入级国外船级社的窘境。

简而言之，在设计之初就需要根据入级的规范要求完成稳性的核算。如果是实船更换船级的情况，也要通过仔细的稳性核算，必要时采取改装措施。笔者将根据自身参与的耙吸挖泥船项目进行初步阐述，以梳理DR68与CCS规范在稳性校核上的区别，并提出部分建议以供读者参考。

1 DR68与CCS规范对挖泥船稳性校核的区别

CCS对挖泥船稳性计算的要求具体见《钢质海船入级规范》第二篇船体，第1章通则，第13节工程船舶作业吃水标志的勘划［1］。

国外船东主要入级BV船级社，其规范要求见《Rules for the Classification of Steel Ships》Part D，Chapter 13-Ships for Dredgign Activity［2］。经对比，在稳性计算方面，其要求与DR68要求完全一致。本文涉及DR68的计算数据也从某型入级BV的挖泥船项目中摘得。

上述规范在完整稳性方面的主要区别在于对校核工况的要求不一样，而对工况的稳性衡准规则方面是基本一致的。因此本章节也侧重于介绍需校核工况的具体要求。

破舱稳性方面DR68对挖泥吃水下的校核工况、稳性衡准都提出了详细、严格的要求，CCS则对挖泥吃水下的破舱稳性不作要求，即无需进行校核。可见两者在破舱稳性方面的区别更加明显。

1.1 完整稳性校核

1.1.1 CCS规范要求的工况

（1）泥舱满载，100%燃料及供应品；

（2）泥舱满载，10%燃料及供应品，此时泥浆密度ρm2；

（3）泥舱满载，泥浆密度取1.4-0.2·i t/m3，i值为0，1，2…，仅取最接近ρm2者；

（4）泥舱部分装载，泥浆密度取2.2-0.2·i t/m3，i值为0，1，2…，仅取最接近ρm2者；

（5）泥舱通海，100%燃料及供应品；

（6）泥舱通海，10%燃料及供应品；

（7）泥舱非对称卸泥。

其中需要注意的是泥浆密度大于1.4 t/m3时即视为固体，无需再考虑其自由液面影响，低于1.4即视为液体，需要考虑自由液面影响。

1.1.2 DR68要求的工况［3］

（1）泥舱满载，100%燃料及供应品；（2）泥舱满载，10%燃料及供应品；

（3）泥舱满载，100%燃料及供应品，泥浆密度分别取1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 t/m3，且泥浆视为液体；

（4）泥舱满载，10%燃料及供应品，泥浆密度分别取1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 t/m3，且泥浆视为液体；

（5）泥舱满载，100%燃料及供应品，泥浆密度分别取1.4、1.6、1.8、2.0、2.2 t/m3，且泥浆视为固体；

（6）泥舱满载，10%燃料及供应品，泥浆密度分别取1.4、1.6、1.8、2.0、2.2 t/m3，且泥浆视为固体；

（7）泥舱通海，100%燃料及供应品；

（8）泥舱通海，10%燃料及供应品；

（9）泥舱非对称卸泥。

显然，DR68要求的作业工况数目大幅增加，且须要将泥浆分别视为液体、固体进行校核，液体校核密度达到2.0 t/m3，固体校核密度达到2.2 t/m3。主要原因是DR68对泥舱内泥浆沉淀的不同阶段视为不同的装载工况，并对沉淀后的泥浆密度及其流动性进行了十分细致的界定。

在完整稳性衡准方面，CCS规范与DR68要求基本一致，仅在气象衡准的风压取值上略有差异。

小结：

（1）DR68要求的装载工况数量较CCS要求大幅增加，以笔者参与的某型耙吸挖泥船项目为例，装载工况达到36个，而以往入级CCS的耙吸挖泥船装载工况一般在10 ～13个；

（2）在计算大倾角复原力臂时，需要考虑泥舱内泥浆的流出及海水的流进，在DR68要求的大密度工况下，海水流进情况更易发生，且针对液体泥浆工况还须考虑自由液面，可见DR68对完整稳性的衡准要求较CCS要严格得多。

1.2 破舱稳性校核

破舱稳性方面CCS仅对航行工况提出校核要求（按SOLAS货船条款计算），对挖泥工况（即挖泥吃水）不作要求。

DR68对挖泥工况提出明确校核要求，并拟定如下计算工况［3］：

（1）泥舱通海，50%燃料备品，计算达到指数Au；

（2）泥舱满载，50%燃料备品，计算达到指数Ai，其中泥浆密度分别取2.2、2.0、1.8…ρd（ρd为50%燃料备品及挖泥吃水对应的泥浆密度）。

对于破舱计算结果的衡准，DR68要求：

（1）单个工况达到的指数须大于0.7R（R为规范要求生存指数）；

（2）任一密度下的计算结果Ai须满足0.5×（Au+ Ai）＞R。

破舱稳性校核中对于泥浆自由液面的计算，DR68要求泥浆密度小于1.4 t/m3时按液体考虑，大于2.0 t/m3时按固体考虑，介于两者之间的密度其自由液面倾角按下式计算：

式中：θr为船体倾角；θg为泥浆液面倾角；ρ为泥浆密度，介于1.4～2.0 t/m3。

小结：

与CCS仅对夏季干舷考核航行状态相比，BV（DR68）对耙吸挖泥船破舱稳性的要求显得十分严格。由于挖泥吃水一般为半干舷甚至1/3干舷，其破损后的浸水情况通常较为恶劣，再考虑到泥舱内大密度泥浆流动以及海水流入等状况后，其破舱稳性一般表现为较紧张，需要在设计之初引起足够重视。

2 计算建模注意事项

目前针对挖泥船（带泥舱）稳性计算比较完善的商用软件并不多，特别是破舱稳性计算，主要难点在于对泥舱破损后的计算进行正确模拟。BV等欧洲公司拥有自己开发的计算软件，而NAPA公司作为国内占有率较高的设计软件，早在多年前已推出挖泥船计算模块及流程说明，但其对泥舱破损的处理一直存在纰漏，直到2014年版本更新后才推出了新的挖泥船计算模块及计算说明，并最终完善了泥舱破损后的计算模拟。笔者按照NAPA最新的版本进行计算，并最终通过BV入级认可。在此提醒国内设计公司在挖泥船稳性的校核中，需使用得到业界认可的软件进行核算，以免造成设计返工。

图1为NAPA软件泥舱设置示例［4］。需单独考虑泥舱围板及溢流装置的定义，该定义将影响泥浆流出及海水流入的情况。

图1 NAPA软件中泥舱设置（含泥舱围板及溢流筒）

3 计算示例

完整稳性的计算过程与CCS相似，仅在工况数量及定义上有所区别。

一般在破舱稳性计算时容易产生问题。如前所述，由于软件功能的原因，部分软件在处理泥舱过程中会出现问题，如图2所示。

图2 软件计算存在的问题（工况举例）

在同样的破损工况下，虽然泥舱均作为破损舱室，但左边计算结果未显示海水流入情况，右边工况运用NAPA最新版计算，得到泥舱浸水的结果（泥舱剖面深色部分）。

由于泥舱在结构和装载上的特殊性，为解决泥舱破损的判定问题，在NAPA中需要在泥舱底部定义两个特殊的开口（见图3）。

图3 NAPA软件中泥舱破损判定设置

在破损工况生成后（GEN DAM命令运行后），通过调用宏“DA.DRED_HOPDAM”自动将开口添加至泥舱破损的工况中，进而生成全船的概率破损工况列表。

泥舱判定开口定义示例：

OPE HOP1 'HOPPER INFLOW'

TYPE UNSEAWATEROVERFLOW

POS（30 0 0）

CONN HOPPER SEA

需要注意的是，NAPA在处理泥舱时，始终将其作为“破损”来考虑（因顶部开敞），但实际计算中是根据底部特殊开口来进行判断是否发生概率破损，进而对泥浆流出、海水流入等情况进行计算。

以某型耙吸挖泥船稳性计算的具体情况为例，该船船长约110 m、型宽约19 m、型深约8.6 m、挖泥吃水7.5 m、泥舱舱容约6 000 m3，入级BV船级社。

该项目由于初始方案过度追求泥舱舱容，在详细设计中出现了破舱稳性不足的情况。但在采取必要的改善措施后，最终达到了规范要求，并获得BV的认可。最终计算结果如图4所示。可见，采取改善措施后，在泥浆密度为1.6 t/m3的破损工况下，考虑左右两舷结果的均值后，生存指数为0.363 13，恰好满足0.355 44的规范要求。若该船的空船质量及重心不理想，很容易导致最终达不到规范要求。

图4 某型耙吸挖泥船破舱计算结果

采取的改善措施主要有增加水密门以及提高风雨密开口垂向位置等手段。此外，该项目完整稳性在大密度状态下也不甚理想，在此不再一一赘述。

4 对挖泥船设计的建议

由于DR68对挖泥船的完整稳性及破舱稳性都提出了更高的要求，因此在方案设计之初需要充分校核其稳性，以便合理控制主尺度及泥舱舱容。此外还需注意以下几点：

（1）对于中小型耙吸挖泥船，完整稳性一般在大密度装载时（2.0 t/m3、2.2 t/m3）最危险，破舱稳性一般在泥浆密度为1.4 t/m3、1.6 t/m3时最危险；

（2）通过泥舱结构型式来减小自由液面，也是改善稳性的有效途径；

（3）主甲板第一层甲板室采用水密舷窗，并设风暴盖；

（4）主甲板空气管高度尽量增高，并靠近船舯；

（5）严格控制空船质量及重心高度；

（6）建议考虑首部抨击加强，否则首部吃水难以保证。

5 结 论

鉴于现阶段国产挖泥船逐步走向世界，但真正入级BV等国外船级社的挖泥船并不多见，可见以上两种规范对挖泥船设计的影响还未引起国内业界的注意。笔者根据自身经验将DR68规范与CCS规范的区别进行了初步分析，认为DR68对挖泥船稳性的要求显然更为严格，并再次提醒国内研究院所在前期设计时务必充分考虑主尺度和泥舱型式的设置，在追求疏浚能力及经济性的同时也要注意保障船舶的安全性能。

［1］中国船级社.钢质海船入级规范：第2篇［S］.2015.

［2］BV.Rules for the Classification of Steel Ships：Part D，Chapter 13［S］.2014 .

［3］IMO.Guidelines for the Assignment of Reduced Freeboards for Drdgers，DR-68［S］.2010.

［4］NAPA.NAPA for Design Manuals for Release 2015［S］.2015：2469-2484.

On DR68 intact stability and damage stability of trailing suction hopper dredger

FU Xue-hui1，2ZHU Yun-long1，2TIAN Yan-bo1，2
（1.Shanghai Zhenhua Heavy Industries Co.，Ltd.，Shanghai 200125，China；2.CCCC Marine Engineering Research Center Co.，Ltd.，Shanghai 200125，China）

Since the requirements of DR68 rules on the intact stability and damage stability of dredgers are quite different from CCS rules，there are differences of the arrangement of the mud tank and the hull design.The notices during the stability calculation complying with DR68 rules are presented based on the comparison of the hopper dredgers registered respectively in BV and CCS.

DR68 rules； dredger； intact stability； damage stability

U661.2+2

A

1001-9855（2016）05-0012-05

2016-04-12；

2016-05-18

付学辉（1985-）男，工程师，研究方向：船舶与海洋工程总体设计。朱云龙（1985-）男，工程师，研究方向：船舶与海洋工程总体设计。田严波（1989-）男，助理工程师，研究方向：新船型开发。

10.19423/j.cnki.31-1561/u.2016.05.012