运输船的发展及设计研究

高兆进

摘 要：文章分析了运输船的主要类型及技术特点，同时阐述了运输船的发展趋势，而后结合多年工作实际，围绕运输船的设计技术问题，对其主要的设计思路进行分析探讨。旨在全面掌握运输船的技术特征和发展趋势，确保设计的科学与有效。

关键词：运输船；技术特点；发展趋势；技术问题；设计思路

中图分类号：U674 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0090-02

运输船最早出现的时间可追溯到上个世纪五十年代，自出现开始便一直保持着非常强劲的发展态势。放眼整个国际航运市场，散货运输船的运输量占总货物运输量的1/3左右。凭借航线固定、运货量大、装卸效率高及货源充足等优势，散货船逐步成为运输船舶主力军，也因此获得了非常好的经济效益。随着科学技术水平不断的发展，散货船的类型逐渐增多，不同类型的散货船所表现出的技术特征有所差异，且设计方式与思路也有所不同。

1 运输船的发展

1.1 主要类型运输船的技术特点

从广义上分可将散货船分成两部分，一个为干散货船，一个为液体散货船。其中最为常见的便是干散货船，而干散货船又可分成两大类型，即按照所载货物的比重分和按照载重量分。

首先按照所载货物的比重分。IACS（国际船级社联合会）为了满足船主团体需求，在2002年的时候便按照所载货物的比重把散货船分成三类，第一类为BC-A，即专门针对运输比重大于1吨每立方米的煤炭类干散货而设计，且能够隔舱装运；第二类为BC-B，即专门针对运输比重大于1吨每立方米的煤炭类干散货而设计，且可以在所有的货舱积载；第三类为BC-C，即专门为运输比重小于1吨每立方米的谷物类干散货而设计。按照IACS的指示，新造散货船均需要附注符号。据了解，当前全世界有一多半以上的散货船为第一类。

其次按照载重量分。造船界应用最多的分类方式便是按照载重量分。通过查阅文献资料可知，按照载重量的大小能够将散货船划分成五类，即小灵便型（2-3.5万吨）、大灵便型（3.5-5万吨）、巴拿马型（6-8万吨）、好望角型（10-18万吨）超大型散货船（>20万吨）。这对灵便型的散货船，其所指代的是载重量在2-4万吨范围内的小型散货船。这一类型船吃水较浅，可以灵活进入世界上的很多港口，此外通用性特征显著，因此应用较广泛。特别是受到造船业与航运事业的影响，灵便型散货船获得了进一步发展，并逐渐从小灵便型演变成大灵便型。值得注意的是，6-8万吨的巴拿马散货船型，因受河道限制，其最大吃水为12m，最大船长为294m，最大宽为32.3m。好望角型散货船则在上个世纪六十年代就出现了，其是通过好望角衔接太平洋与大西洋的最经典船型，运输最多的散货为铁矿石、煤炭，其从最开始的载重10-12万吨，逐渐发展到今日的17-20万吨。

1.2 运输船的发展趋势

1.2.1 呈快速化发展趋势

近年来石油价格非常不稳定，时起时落，但通过查阅文献资料可知，适当调整（提高）航速在一定程度上能够确保运输稳定性与经济性，这也是为何近年来国际上知名的散货船企业相继提高了货船服务航速。以好望角型货船为案例，在2009年大部分好望角型货船服务的航速为13.5-14节左右，而现在却在14.5节之上，且有部分发展意识领先的企业，服务航速已在15节之上。针对此，在资金不充足的情况下有效提升服务航速与载重量成为了人们最急需解决的问题，而在处理这一问题时，人们将目光放在了从结构设计中巧妙减轻船体重量和大方形系数线型化快速性等方面。

1.2.2 呈寿命延长发展趋势

因受到二手船市场兴起及经济性等因素影响，逐步延长散货船的使用寿命成为了当前发展的新趋势。

1.2.3 呈自动化增强发展趋势

为减少船员定额，取得良好经济性，便需要在新技术的应用下增强散货船自动化水平，诸如：提升航海设备要求、提升船舶设备的自动化程度等，如此还能进一步提升散货船运营安全性。

1.2.4 呈大型化发展趋势

时代发展，散货船平均吨位呈逐年递增趋势，无论是何种类型的散货船其载重量均有所提高，且整个的运输能力也明显增大，尤其是好望角型、灵便型等散货船载重量增加趋势最明显。分析近两年来散货船的订单发现，人们倾向于选择吨位较大的散货船，由此便可预知，未来人们将大力发展大吨位散货船。

1.2.5 呈双壳化发展趋势

散货船结构形式在充分彰显运营优势的同时，各种各样的问题相继暴露出来。因此，人们期盼着早日对散货船现有的结构形式进行改进，使其更满足当前行业发展需要。从现阶段的发展来看，单壳体结构将逐步朝着双壳体结构发展。同单壳体相比，双壳体在原有基础上又增加了一道防线，这也就意味着安全度更高；且采用的是新型钢结构，不仅仓壁刚度良好，有效降低货舱进水与被破坏的概率；而且结构设计更负荷人性化要求，除了舱底平整，易于打整外，日常维修保护也更加便捷。

1.2.6 呈环保化发展趋势

“环保”是当今时代最为人关注的话题，无论是哪一行哪一业都需要重视环保，这便意味着在散货船未来发展中，将有一些新的关于环保的要求与法律规范出台。

2 运输船的设计

2.1 运输船的技术问题

散货船实际上指的是专门负责运送散装水泥、谷物、化肥、煤和矿石等散装类货物的船舶。最为常见的有四种形式，即单桨、单夹板、尾机型船和单机。为保证有较高的装卸速度，因而设计了大舱口；为确保总体强度较大，因而采取双层底形式，另外还设有底边舱与顶边舱。加之不同航线所要求的货舱剖面形式与船型有所不同，这便意味着在具体设计之时，務必考虑到这方面内容。

具体说来，运输船在具体设计环节所面临的技术问题有如下几方面：如何设计纵横向构件、怎样设计底边舱结构、怎样设计顶边舱结构、怎样设计箱形中桁材和怎样有效连接构件等。这些均是在设计环节会涉及到的技术问题，而下文将针对这些问题探讨其设计思路。

2.2 运输船的设计思路

2.2.1 科学设计纵横向构件

构件设计务必确保构件间的连续性，防止高度或剖面突然发生变化。诸如：液舱内构件应构成连续性支撑，尽量使其形成一个相对完整的环形框架。设计纵向构件时，应保证其强度连续性，用于承受总船体梁强度的纵向构件需要与船舶端部保持足够距离。此外，双舷侧结构需要在双层壳体的作用下逐步加大舷侧纵桁和肋骨强度。需注意的是，内舷侧的结构中包含了桁材，因此需确保货舱区连续性，并逐步向货舱区域外延伸。

2.2.2 科学设计底边舱结构

众所周知，舭部外板、斜顶板和旁桁材共同组成了散货船底边舱。其中，斜顶板与上倾式内底边板的作用相同，因而在設计环节的要求也和内底边板一样。而底边旁桁材往往会被做成水密形式，即当作双层底内水密隔板使用。一般而言，底边舱斜顶板与双层底内底板间的连接形式有两种，一种为圆弧形，一种为焊接性。当设计成圆弧形时，则需要控制好斜顶板、内底板和旁桁材之间的距离，约为5-7cm左右；若设计成直接焊接的形式，除了要斜顶板和旁桁材对齐外，双底层内底板超出旁桁材的距离应控制在5cm左右，目的在于为焊接提供方便。若距离故常，底边舱的横向框架扇形补板便会受到影响，而不利于焊接与安装。

此外，货舱区底边舱斜顶板在实际设计中应为纵骨架式，相应的舷侧和底部也应当是纵骨架式。底边舱内底板和斜顶板间的倾斜角应控制在45-50°以内。且在底边舱肋板位置应当设置横向强框架，用于支撑纵骨，且在横向强框架之上还应设计一个大通道孔，并进一步加强开孔边缘的应用扁钢。

2.2.3 科学设计顶边舱结构

常见的散货船顶边舱实际上是由舱口纵桁、斜底板、甲板和一部分舷侧的外板所构成。在具体设计环节，顶边舱内采用最多的便是纵骨架式结构，且在横向位置还设有环形强框架，目的在于支撑纵骨。需注意的是，横向强框架间距务必小于6个肋距，而框架腹板高度又需要在纵骨高度2倍以上，最终设计而成的底边舱和整体结构形式基本一致。

通过查阅资料文献发现，开孔版同样可以替代横向框架，若把顶边舱四周板统统设计成纵骨形式，那么完成设计后，还需要在每一个角上安装适宜肘板，目的在于加强节点位置的刚性。

2.2.4 科学设计箱形中桁材

结合现有技术水平，原有散货船双层底的中线面涉及到的一般中桁材被箱形中桁材取代。作为新的一种中桁材，箱形中桁材主要包含了两道平行式的底纵桁以及骨材、内外底板。作为一个通向水密的内部通道，其存在的主要目的是为了连接船舱前端壁和防撞舱壁。在具体设计环节，应集中布置管系，防止因管子从货舱穿过，而影响到装货秩序。在船舱前端壁的位置应当安装水密装置，且开孔，为工作者例行检查提供便捷。同时，箱形中桁材还应当设计专门通向甲板，为应急提供方便的应急出口；在船舱后面舱内是不需要甚至禁止设计箱形中桁材的，这是因为在船舱双层底与轴隧的上方已设置有相关管系。

2.2.5 科学连接相关构件

结合已有经验，处在船体结构高应力位置，连接构件的点应力相对集中，进而便出现了船体结构疲劳或损坏的问题。基于此，在正式设计船体结构时，应当重视构件连接位置的设计。首先要做的便是校核构件的疲劳强度，视情况调整与优化结构设计，以此确保在交变载荷作用下船体结构依然拥充足的疲劳寿命。

针对单壳体散货船设计，船舱舷侧大多选用的是横骨架式，即在每一个肋位上均设计有主肋骨，上下两端的应用肘板应当后顶边舱、底边舱连接起来。相关理论线也需要和舱内相关构件理论线对齐。且在肘板端部设计时，应将其设计成软趾，目的在于减少结构节点位置的疲劳积累损伤和应力集中问题等。一般来讲，肘板和肋骨间的连接可选用对接形式，也可选用搭接形式，若采用的是搭接形式，则需要控制好搭接长度，即需要和肋骨高度1.25倍的位置等同。

针对主肋骨的面板同上下肘面板间的连接位置，应设计成圆弧形。在设计纵向强构件的间断距离时，还需有效进行过渡，即考虑到末尾端结构、底边舱和顶边舱首端的连续性，并保证主要纵向构件间的连续性，防止因高度或者剖面的突然变化，而出现构件应力集中或者不连续等情况。

3 结语

综上所述，社会进步，时代发展，散货船的重要性逐渐凸显出来，随着人们对其的研究逐渐深入，存在于其中的问题慢慢显露出来，为确保散货船发展的持续与稳定，便需要优化其结构设计。针对此，文章通过对其未来发展趋势进行分析，再围绕其在设计环节需要注意的一些技术问题，提出了一些设计方法。

参考文献

[1]时光志，盛苏建.中小型LNG运输船设计关键技术[C].第十三届中国科协年会海洋工程装备发展论坛暨2011年海洋工程学术年会论文集.2011：40-47.

[2]胡祎萌，张浩，郭风祥，等.LNG运输船用低温材料的发展[J].应用化工，2017，46（7）：1391-1393.

[3]徐铁.自卸式散体物料运输船装卸系统开发研究[J].珠江水运，2017，（10）：40-41.

[4]孙丽娜.30000t大件运输船总体设计分析[J].船舶与海洋工程，2015，31（5）：11-16.