130m全平甲板大件货物甲板运输船开发设计

董恩春

（新世纪船舶设计研发（上海）有限公司，上海 201203）

0 引 言

随着世界经济的不断发展，工业设备呈大型化、重型化趋势。大件货物增多，相应的运输要求越来越苛刻，在部分大件货物的质量和体积不满足常规道路、桥梁和涵洞等设施的限载或通行标准的情况下，这些货物的运输就不得不借助海运。

大件货物主要指超重和超限的大型机械设备，如发电厂的变压器、化工厂的反应器和海洋石油平台维修件等。对于重达千吨、尺度上百米的大件货物而言，确保将其安全、迅速地运抵目的地，不仅对整个世界经济的发展具有重大推动作用，而且对确保大型工程项目和基础设施建设正常开展具有重大意义。针对大件货物运输和港口的特点，船东BOXCO提出很多限制条件，如型宽小于等于25m、吃水小于等于5.2m、上甲板距基线高度小于等于7.8m且不能有任何凸起、全平甲板的长度大于等于105m、总长小于等于130m、载重量大于等于10000t和能从船舶的两舷及艉部装卸货物等。对此，根据最新的国际公约及船东的特别需求，为船东设计130m全平甲板大件货物甲板运输船。

1 船舶概述

该船为双机、双桨推进，适于在无限航区航行的全平甲板大件货物甲板运输船。该船的线型为倾斜艏柱带球鼻和方艉，全船设有全平连续甲板，上甲板以上的艏部设有艏楼和甲板室，中部设有全平甲板，艉部设有全平甲板和凹陷的干舷甲板。上甲板以下的艏部设有侧推器，以改善船舶的操纵性能；船体中部设有5对底压载舱（左、右）、5对舷侧压载舱（左、右）及连接生活区域和机舱的逃生通道，逃生通道顶部设有机舱通风结构风管及空舱/压载水处理装置间；机舱和舵机舱设在艉部（见图1）。

图1 船舶总布置

2 船型特点及船舶主要参数

2.1 船型特点

该船航行于无限航区，入印度船级社（Indian Register of Shipping，IRS），船旗国为印度，参照IRS颁布的现行规范[2]进行设计，满足国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）在签合同时生效的一切公约及国际噪声和振动标准，同时满足巴拿马运河和苏伊士运河现行规则等。

该船需满足能从两舷及艉部装卸货物和甲板装货区域全部装满货物的需要，由此延伸出该船的甲板上不得设置固定栏杆、系泊设备、烟囱、通风和透气等一切凸起物。船舶在海上航行期间，甲板面在大部分装载工况下不允许人员通行。

2.2 船舶主要参数

根据船东对船舶主尺度的限制及该船的船型特点，选取表1所示的船舶主要参数，并选取B-60类型干舷。

表1 船舶主要参数

表1中的参数选取满足船东对该船运营参数的要求，为船东提供经济、适用的船型。

3 设计难点及其解决方法

由于该船的生活区远离机舱，噪声和振动可满足国际噪声和振动标准，无须重点关注。但是，由于该船需满足能从两舷及艉部装卸货物和甲板装货区域全部装满货物的需要，上甲板设计、干舷、机舱通风和机舱逃生、压载舱及其空气管的布置和完整稳性及破舱稳性成为该船的设计难点和影响该船顺利交付使用的重要因素。

3.1 上甲板设计

若按照一般的处理方式设置上甲板，则系泊、风雨密舱口盖和栏杆等必然高于甲板，该船将无法满足从两舷及艉部装卸货物的要求。对此，在需设置系泊设备的位置处设置凹陷的上甲板以避免系泊设备和风雨密舱口盖等高出上甲板，但该处的最低位置需高于干舷甲板以满足载重线公约的要求。

若设置普通的固定栏杆，该船不能满足从两舷及艉部装卸货物的要求。对此，设计为可倒栏杆，栏杆固定装置的顶端不高于舷顶列板的顶端。如图1所示，按照系泊布置图对该船两舷处的上甲板进行适当的下凹处理。

3.2 干舷

该船的型深与设计吃水的差值为1100mm，而根据国际载重线公约[3]规定，该船的B-60表列干舷达到1637mm，因此是否满足国际载重线公约成为设计的关键点。该船采用B-60表列干舷并将高于型深的上层建筑计入干舷修正的方法顺利解决该问题，具体计算过程如下：

1) B-60表列干舷

2) 船长修正

3) 方形系数修正

4) 型深修正

5) 上层建筑和凸型甲板修正

6) 舷弧修正

7) 需满足的最小干舷应为

式(1)～式(9)中：D为干舷型深；L为上层建筑有效长度，t为甲板边板厚度。

3.3 机舱通风、机舱逃生及主辅机排气

根据《国际海上人命安全公约》（International Convention for the Safety of Life at Sea，SOLAS）的规定，该船机舱最少应设2条尽量远离的逃生通道和1条垂直逃生通道，这些逃生通道应能通往安全处所或露天甲板。该船设置2条通往干舷甲板的垂直逃生通道和2条通往艏部生活区域的普通逃生通道。

由于该船要满足从两舷及艉部装卸货物的要求，艉部机舱不能设烟囱，根据载重线公约的要求，机舱通风的高度≥4.5m，按常规设计已无法满足要求，该船采用在连接生活区域和机舱的逃生通道顶部设置结构风管的方式解决机舱通风问题；采用将主机、辅机的排气管引到两舷并向两舷排出的方式解决主机、辅机排气问题。根据船舶运营之后船东的反馈，这些解决方案的实际应用效果良好。详细布置见图2。

3.4 压载舱及其空气管布置

为避免船舶在装卸货期间和在海上航行期间出现倾覆危险并使运营方能对该船进行更加灵活的配载，在设计阶段对该船的压载舱及其空气管进行特殊布置。

在该船双层底设置底压载舱以增加货物重心的垂向范围和纵向范围，进而增加货物装载的灵活性。底压载舱的空气管设置在连接生活区域和机舱的逃生通道及中部空舱的顶部，在艏部向上穿过上甲板并满足载重线对空气管头距甲板高度的要求。

图2 机舱通风、逃生和压载舱及其空气管布置

在该船的两舷设置舷侧压载舱以平衡装卸大件货物时的稳性，为满足破舱稳性的要求，舷侧压载舱的设计宽度＞5.0m。舷侧压载舱的空气管设置在连接生活区和机舱的逃生通道及中部空舱的顶部，在艏部向上穿过上甲板并满足载重线对空气管头距甲板的高度要求。

3.5 完整稳性和破舱稳性

根据IRS规范及稳性公约[4]规定，适用于该船的完整稳性衡准为：

1) 当最大复原力臂（GZ）对应角=15°时，至15°角的复原力臂曲线下的面积（AREA（0～15））应≥0.07m·rad；当最大复原力臂（GZ）对应角≥30°时，至30°角的复原力臂曲线下的面积（AREA（15～30））应≥0.055m·rad；当最大复原力臂（GZ）对应角在15°～30°时，复原力臂曲线下的面积（AREA（15～30））应是

式(10)中：θmax为复原力臂曲线达到其最大值的横倾角，即最大复原力臂对应角，(°)；由于该船在所有典型工况下的最大复原力臂对应角均＞30°，因此至30°角的复原力臂曲线下的面积（AREA（15～30））应≥0.055m·rad。

2) 当横倾角在30°～40°或30°～θf（θf＜40°）时，复原力臂曲线下的面积（AREAGZ）应≥0.03m·rad，其中θf为进水点的进水角。

3) 在横倾角≥30°时，复原力臂（GZ）最小应为0.2m。

4) 最大复原力臂对应角（Anglemax）应≥15°。

5) 初稳性高度（GM0）应≥0.15m。

6) 气象衡准数（b/a）应≥1.0。

该船的完整稳性满足以上衡准，见表2。

表2 完整稳性衡准

该船设有2道纵舱壁和8道横舱壁并设置双层底。根据IRS规范和载重线公约规定并经验算，该船的破舱稳性满足SOLAS对甲板货船的要求和载重线公约对减少干舷船舶[5]的要求（见表3）。

1) SOLAS对破舱稳性的要求为：第6条和第7条规定分舱长度(Ls) ＞100m的货船达到分舱指数≥R=1- 1 28/(Ls+ 1 52)，在最小吃水、部分吃水和分舱吃水状态下分别达到的分舱指数≥0.5R；第9条规定在所有双层底破舱工况下，残存概率(Si)≥1.0。

2) 载重线公约对破舱稳性的要求为：除与破损舱室连接的进水点以外，均不得导致更危险的进水情况出现(WETD≥0m)；在浸水状态下的初稳性高度应为正值(GMD≥0m)；复原力臂曲线超过平衡位置的最小稳距有20º(GZD≥20°)，且在该稳距内的最大复原力臂(GZD)≥0.1m，在该稳距内的复原力臂曲线下的面积(AREAGZD)≥0.0175m·rad，则剩余稳性可认为是足够的（见表3）。

表3 破舱稳性衡准

4 结 语

本文结合当前通用的规范规则的相关规定和普通甲板货船及大型滚装船的设计经验，根据船东提出的特殊要求，阐述130m全平甲板大件货物甲板运输船开发设计过程中遇到的重点和难点以及解决方法。经IRS审核和检验，这些设计均满足国际航行海船规范和规则的要求，船舶已顺利交付和运营。经技术追踪，该船运营良好，获得船东和船检部门的一致认可。经后期问题分析，管弄设计和艏部生活区域逃生通道可做进一步优化。通过分析该特殊设计存在的问题和解决方法，可为类似船舶的设计、优化和建造提供参考。