集装箱船系固系统及其设计要点

章泉 王朝 吴敬一

随着集装箱船运输的不断发展，集装箱船的安全系固作业日益受到重视。本文介绍集装箱船系固系统及其设计要点，以期为集装箱船系固系统设计提供参考。

1 集装箱船系固系统概述

1.1 系固设备

集装箱船系固设备按结构形式大致可分为固定式系固设备（见表1）和便携式系固设备（见表2）。

1.2 系固方式

（1）紧固 紧固指利用角件锁具将相邻层和相邻列的集装箱紧密连接起来，从而使集装箱固定在箱位上，防止集装箱发生水平位移或倾斜。

（2）绑扎 若系固受力计算结果表明，集装箱所受外力超出其许用负荷，仅用紧固设备无法减轻外力对箱体的作用，则需要对集装箱实施绑扎（见图1），以抵消作用在集装箱上的水平外力。绑扎分为交叉绑扎和垂直绑扎：交叉绑扎可防止集装箱倾斜或歪斜，分为单层绑扎和双层绑扎，应根据受力计算结果确定具体的绑扎方式；垂直绑扎可防止集装箱倾斜，常用于计算所得的分离力不超过375 kN的情况。在集装箱仅堆放1～2层或未满载货物的情况下，一般仅采用角锁固定集装箱，而不采用绑扎方式；但对于堆放在距船首0.75倍船长范围内的载货集装箱，需要经核算确定是否采用绑扎方式。

（3）支撑 对于堆放在舱内或无绑扎操作空间的集装箱，如果系固受力计算结果表明，集装箱所受外力超出其许用负荷，则需要沿水平方向在集装箱与船体结构（如纵壁或横舱壁）之间安装支撑件，以抵消作用在集装箱上的外力。

2 集装箱船系固注意事项

2.1 甲板或舱盖上集装箱的系固

2.1.1 堆放3层以下集装箱的系固

在甲板或舱盖上堆放1～2层集装箱的情况下，若系固受力计算结果表明，集装箱所受外力未超出其许用负荷，且集装箱底座处以及角件上下之间不产生分离力，则仅安装横向底堆锥和横向双堆锥即可；但由于外侧集装箱会受到风压作用，最好在每垛外侧2个集装箱的角件处安装底鎖和中间转锁，以防止集装箱发生水平和垂直位移。

在甲板或舱盖上堆放重箱的情况下，若系固受力计算结果表明，集装箱所受外力超出其许用负荷，则必须对集装箱实施绑扎，并根据实际受力情况确定具体的绑扎方式。绑扎需要预留操作空间。此外，40英尺集装箱必须两端绑扎，20英尺轻箱允许一端绑扎。

甲板或舱盖上堆放的最底层集装箱在4个底角件处通过底转锁与甲板或舱盖上的底座或底板固定，第2层集装箱在4个底角件处通过中间转锁、半自动转锁或自动可锁堆锥与下层集装箱固定。若系固受力计算结果表明，集装箱底座处以及角件上下之间不产生分离力，则可以采取以下系固方式：（1）在最底层内侧集装箱的底角件处安装底堆锥或中间堆锥来代替底转锁或中间转锁；（2）在第2层内侧集装箱的底角件处安装横向双堆锥和横向底堆锥来代替中间转锁和底转锁，并在顶角件处安装桥锁；（3）在外侧集装箱的每个角件处仍采用中间转锁、半自动转锁、自动可锁堆锥或底转锁。

2.1.2 堆放3层及3层以上集装箱的系固

在甲板或舱盖上堆放3层轻箱的情况下，若系固受力计算结果表明，集装箱所受外力未超出其许用负荷，则一般无须绑扎；但这种情况不常见，除非设计时有特殊要求或为满足船舶浮态要求。通常根据系固受力计算结果确定是否需要绑扎以及具体的绑扎方式，此时绑扎需要预留操作空间。根据中国船级社《货物系固手册编制指南（2014）》附则14的要求，供作业人员操作使用的安全通道宽度应不小于600 mm。

在甲板或舱盖上堆放3层及3层以上集装箱的情况下，若系固受力计算结果表明，集装箱所受外力超出其许用负荷，则必须对集装箱实施绑扎，并根据系固受力计算结果确定具体的绑扎方式。在最底层集装箱的底角件处安装底转锁，在相邻层集装箱的角件处安装中间转锁。若系固受力计算结果表明，集装箱底座处以及角件上下之间不产生分离力，则可以在内侧集装箱的底角件处安装横向双堆锥或连接板来代替中间转锁，但在外侧集装箱的底角件处仍采用中间转锁和底转锁。

在甲板或舱盖上堆放4层及4层以上集装箱的情况下，即使选用常规的系固设备对第1层或第2层集装箱实施绑扎，有时也难以使集装箱受力控制在允许的范围内。大型和超大型集装箱船在甲板或舱盖上堆放的集装箱往往达到6层，常规的绑扎方式无法满足堆高和堆重要求；因此，需要对第2层及以上的集装箱实施绑扎，可设置1层、2层或3层绑扎桥来绑扎4层以上的集装箱。

绑扎桥指在集装箱或舱盖的纵向间距内，沿船宽方向设置的单层或多层的钢架桥式结构。绑扎桥顶部有操作平台和绑扎眼板，可供作业人员实施绑扎杆系固操作。设置绑扎桥的目的是通过提高集装箱的绑扎高度来提高重箱的堆放高度，从而有利于优化堆重分布。绑扎桥的优点是不仅能够缩短绑扎所使用的绑扎杆、绑扎链或钢丝绳的长度，而且能够在方便实施绑扎操作的同时显著改善绑扎效果；其缺点是增加船舶设备和造船成本。对于大型和超大型集装箱船而言，设置绑扎桥总体上利大于弊。

绑扎桥的设置不得妨碍舱盖关闭和吊离以及集装箱就位和吊离，而且应便于存放和保管系固设备。根据国际海事组织海上安全委员会的通函MSC.1/Circ.1352和《货物系固手册编制指南（2014）》附则14，绑扎桥的设置应符合以下要求：集装箱的纵向间距不小于1 190 mm；绑扎桥通道的净宽度不小于，顶栏杆的净间距不小于750 mm，栏杆顶部距平台的高度不小于1 000 mm；系固点与集装箱之间的最大水平距离不超过1 100 mm，最小水平距离分别是220 mm（系固点在绑扎桥上）和130 mm（系固点在其他位置）。

2.2 舱内集装箱的系固

在舱内堆放集装箱的情况下，相邻层集装箱之间的系固采用中间堆锥或底堆锥，相邻列集装箱之间的系固采用横向双堆锥或横向底堆锥；但若集装箱底座处或角件上下之间产生分离力，则必须用中间转锁、底转锁、半自动扭锁或自动可锁堆锥代替堆锥。受空间限制，舱内集装箱系固一般不采用扭锁，但仍需要通过系固受力计算确定是否选用锁具。若系固受力计算结果表明，集装箱所受外力超出其许用负荷，则采用横向支撑方式对集装箱实施横向约束，即在集装箱与船舶纵壁之间安装横向支撑件，使集装箱所受外力传递至船舶舷侧结构或纵壁，从而大幅减小集装箱的横向扭变力和向下的垂向压力，并减小或消除向上的分离力，使外力引起的扭变力控制在允许的范围内。此时可用堆锥代替扭锁。

从目前的绑扎件市场来看，支撑件一般分为顶部支撑器和中间横向支撑器，其尺寸可根据客户要求定制。设计实例的系固受力计算结果表明，顶部支撑器的系固效果更好。集装箱侧壁与船体纵向结构的间距以120～400 mm为宜，且设置横向支撑装置的船体结构处应作适当的局部加强。横向支撑件的位置和数量由《系固受力计算书》确定，而系固受力计算选取的集装箱堆垛数量直接决定选用的横向支撑器是压力式还是拉压式。目前，中小型集装箱船舱内系固一般采用横向支撑，大型或超大型集装箱船舱内系固一般采用箱格导轨。

3 集装箱船系固系统设计要点

3.1 初稳心高度

初稳心高度较大意味着船舶有足够的稳性，这对船舶自身安全而言是有利的；但初稳心高度较大同时也意味着船舶横倾时的复原力矩较大且横摇周期较短，导致集装箱承受的横向加速度较大，使集装箱容易翻倒。在系固系统的设计初期，需要预估最危险配载工况下可能出现的最大初稳心高度，使绑扎方式满足一定初稳心高度的适用范围（至少涵盖计算工况下的初稳心高度），从而为后续设计中初稳心高度变化预留足够的调整空间；否则，在恶劣海况下，船舶横摇加剧时易发生货损事故。船舶建造规范建议：在初始设计阶段，设计初稳心高度的最小值可取为船舶宽度的0.025倍，最大值可取为船舶宽度的0.075倍。

3.2 集装箱配载和布置

集装箱配载和布置除需要考虑船舶浮态、驾驶视线的要求外，还应注意：（1）船舶首尾处适当地配载轻箱或空箱；（2）在设计初期确定舱盖许用堆重和箱柱强度等，按“下重上轻”的原则配载，并根据系固受力计算结果确定集装箱系固方式。

3.3 系固设备配备和维护

集装箱船应根据《系固受力计算书》的系固受力计算结果配备系固设备。系固设备的安全工作负荷必须大于其在集装箱角件处受到的拉力、压力或剪力，并且系固设备应确保集装箱所受外力不超过其许用负荷。在船舶实际营运过程中，应注意系固设备的保养和维护，以确保其正常工作。

专用集装箱船的甲板活动件一般符合美国职业安全和健康管理局的要求，普遍采用半自动锁和全自动锥；舱内系固设备则由导轨、导座和锥头等组成。多用途船舱盖或甲板上的活动件通常为燕尾底锁配合燕尾底座和眼环，以及底转锁配合立式底座和眼板；舱内系固设备采用底锥配合埋入式底座或带孔底板；为防止顶层集装箱横向摆动幅度过大，一般对顶层集装箱沿横向设置桥锁。系固设备的定位尺寸根据《集装箱布置图》的集装箱位置来确定。由于不同的箱体横向间距对应选用的横向系固设备的标准孔中心距离不同（见表3），选型前应明确箱体横向间距。此外，为确保绑扎效果，绑扎眼環或眼板与集装箱角孔中心的间距应不小于230 mm，即与集装箱之间的最小水平距离不小于130 mm。