豪华邮轮总体设计分析

2019-07-03

船海工程 2019年3期

(中国船舶工业集团公司第七〇八研究所民船部，上海 200011)

1 概述

豪华邮轮与一般的交通型客船在设计理念上有本质区别[1-3]，用普通客船或运输船的设计思路进行邮轮设计，存在方向性的错误。而一味套用西方现成邮轮设计，也很容易存在本土邮轮水土不服的问题。针对以上问题，本文整理并综合国内十几年的邮轮设计研究经验，论述豪华邮轮总体前期概念设计的基本流程方法，提炼设计要点。

2 豪华邮轮总体设计流程

豪华邮船设计较普通客船、运输船更为复杂，这主要因为邮船不仅是搭载游客的交通工具，除了满足游客的衣、食、住、行和安全等最低生活保障之外，还要提供游客娱乐、休闲、购物等活动的服务，给游客以美好而舒服的旅行体验。为满足这些需求，邮轮设计无论是在主题概念、性能、材料使用或是工艺方面都提出了极高的要求。

豪华邮轮总体概念设计是一个循环迭代的过程，基本任务如下。

2.1 设计任务描述

豪华邮轮总体设计任务的首要工作就是了解船东的需求，即重要的设计任务输入要素。邮轮的主要设计输入要素包括：

1)航线与营运周期。确定邮轮主要航线是最为关键设计输入要素之一。航线涵盖丰富的设计信息，包括目标邮轮所途径海域、河道以及停泊的港口。此外，邮轮在其航线单航次营运的周期也是邮轮设计的主要影响因素。通过这些信息可以初步确定以下设计条件：

①目标船的设计环境。包括海况和温湿度等。有些航线如北冰洋、阿拉斯加航线等气温较低，对船上空调负荷、保温措施等方面需要特殊考虑，尤其对于露天泳池是否需要保留或增加可移动顶棚值得斟酌。

②尺度限制。包括码头回转直径的设计参数对船长的限制、码头水深和登乘设施对邮轮吃水以及登乘甲板高度的影响、特殊航道如巴拿马运河对船宽的影响、航线如途径大桥则还需考虑邮轮的空高限制等。

③续航力。主要航线一经确定，目标船的续航里程要求也可以大致确定。

④航速。单航次里程与营运周期确定后，再考虑主要营运海况的风浪情况，可以推算目标邮轮的服务航速要求。

目前国际上典型的邮轮航线包括：加勒比海航线、地中海航线、大西洋欧洲沿岸、夏威夷北太平洋、巴拿马运河、北冰洋、印尼+新马、泰越新、中日韩航线等。

2)邮轮容量与品质。邮轮容量最主要的输入就是旅客数量，确定了旅客数量及邮轮品质定位后，根据表 2可推算对应的乘客船员比和客容比范围，进而得到目标邮轮的船员、服务以及文娱人员数量范围，以及下铺或总吨位范围。

3)初投资预算。事先了解船东的投入倾向，设计方可协助船东选择更为合理的配置方案，包括邮轮量化方面的邮轮大小(总吨位)、旅客数量，邮轮品质方面的客容比、乘客船员比、主要设备选型方案及内饰装潢档次等。以设计邮轮主推进系统为例，如果船东初投资较高可以考虑轴桨电推甚至吊舱推进，这样全船的振动噪声更容易控制，旅客舒适度更佳；但如果船东初投资不高，邮轮定位本身是经济性的，则主推方案可以考虑柴油机直接推进，并需要更多考虑优化舱室布局，保证旅客舒适性。

某些情况下，船东根据市场调研和经济性测算对这些设计输入已经有了一定的想法，但有些时候，尤其是对于国内刚刚起步的邮轮船东，他们在设计初期无法给出十分明确的设计需求，可能需要总体设计单位引导帮助船东一起进行多方案对比论证后确定设计方向。

2.2 功能需求分析

2.2.1 基本需求

1)船上人员对生活的基本需求。

2)对安全的保障需求，即满足规范、标准等一系列硬性要求，如防火、稳性、救生、安全返港[3]以及环境保护[4]等。

3)基本船用功能需求，包括推进、操控、通信导航、能源供应等。

2.2.2 主题娱乐休闲需求

1)邮轮目标服务人群的定位。不同的目标人群定位，娱乐休闲项目的类别侧重也会有所差异。如以儿童为主的家庭群体对儿童娱乐设施、亲子餐厅与活动的需求更大；而面向中老年退休人群的邮轮，其侧重点可能更多的是健康饮食、养生休闲、文娱演出等。

2)文化融入。作为邮轮主题的一大源泉，文化元素如何渗入邮轮主题设计是重要的研究工作之一。文化融入不一定对邮轮大框架的设计有大影响，但对于细节处理、整体内饰风格等方面起着主导作用。在邮轮概念设计初期就要有计划的设想文化元素具象化的体现手段与形式。

3)亮点项目。每艘豪华邮轮基本都有其独特的卖点、标志性特征。比如量子号的全景海上观光球、喜悦号的跨层卡丁车、盛世公主号的玻璃廊桥等。一艘成功的豪华邮轮少不了与众不同让人记忆深刻的亮点项目。这些亮点往往在概念设计初期需要予以考虑，最好可以围绕主题文化的定位进行设计构思。

4)舒适度需求。舒适度表征的是游客个体综合体验水平，是一艘旅游型邮轮的优劣考核的基础条件；而主题、文化或是娱乐亮点项目都只能算是锦上添花的之作。邮轮振动、噪声和耐波性在方案设计阶段就要予以评估考虑，一旦到了详设后期再发现有重要薄弱点是很难调整解决的。

2.3 主要系统设备量化估算

邮轮上主要系统可以分为两类：宾馆系统和船用系统。对应关系和量化估算工作内容见表1、2。

表1 邮轮宾馆系统对应功能需求关系

表2 邮轮常规船用系统对应功能需求关系

邮轮功能需求对应的系统中还有许多没有反应在上面两个表格中，主要是考虑这些需求对应的系统对于后续的主尺度与总布置设计中影响不是很大，所以暂且忽略，比如，通信导航系统、消防与舱底水系统以及监测报警系统等。

2.4 主尺度与重量估算

根据对邮轮容量、总吨位的估计，参考相关母型初步得到主尺度方案，然后根据对于航线码头情况得到尺度限制，对目标船主尺度进行调整。

邮轮空船质量的估算是一大难点，主要源于母型船参考数据太少，而邮轮空船质量涉及的杂项很多，统计误差会受诸多因素影响。建议：如果有参考船型空船质量数据，可将母型船根据专业拆分，然后结合空船质量母型估算方法[5]及系统设备量化估算结果估算目标邮轮空船质量；如果缺少母型船资料，则参考文献[6]进行粗估。

邮轮的载重量涉及分项繁多，见表3[7]。

表3 豪华邮轮载质量分项

2.5 型线设计

除常规水线以下的型线设计以外，水线以上的邮轮外形设计也是重要设计工作。

邮轮Fr在0.20～0.25范围，为减小兴波阻力，船艏多采用长球鼻形式。

豪华邮轮船身较瘦，平行中体很短，但不是没有，不少邮轮都有加长改造的需求，从平行中体入手相对简单，因此，从邮轮可改造性角度看平行中体还是建议保留。

邮轮艉部根据推进器的不同形式略有不同，多采用鸭艉形式，为缓解振动问题，螺旋桨上部线型留有气穴。

邮轮水线上外形设计是最先为游客所关注的，重要性毋庸置疑。不同邮轮品牌一般拥有其家族性独特的外观特征[8]。根据对船体与美学的融合理解，邮轮外观设计时应考虑的因素主要包括：①主要设备设施的布置位置约束，如救生艇位置、雷达桅以及烟囱的位置限制等;②外形与空间、总吨的关系;③造型整体协调、美观;④空气阻力性能优化;⑤排烟烟迹优化问题等。

2.6 总布置设计

邮轮总布置设计应考虑的因素如下。

1)规范要求。邮轮总布置设计首先要满足相关规则规范硬性约束要求，尤其是和安全相关的稳性、防火、逃生、救生、以及安全返港等方面要求。

2)人流导向。船上大部分舱室或区域(包括居住舱室、公共场所、走道、电梯等)的使用主体是乘客，在进行总布置设计时需要考虑人流走向，避免拥堵，合理化布局。

3)舱室相关性。邮轮系统种类繁杂，有些系统间关系紧密，而有些系统间耦合性又不那么强。在布置时应尽可能考虑将关系紧密的系统所对应的舱室就近布置或考虑便利的连通方式。以餐厅、厨房和冷库三类舱室为例，这三者关系极为紧密，有较强的前后逻辑关系，在布置时应尽量考虑餐厅和厨房相邻布置，冷库与厨房相邻布置，如果冷库无法与厨房相邻布置可考虑设置便利的传输通道，如厨房专用电梯等。

4)主题空间需求。某些舱室由于其自身特点的原因，对于布置位置或空间有一定的要求，在总布置时须作为刚性设计约束优先考虑。比如大剧院由于观众视野要求对舱室高度有一定要求，一般会跨3～4层甲板高度；水滑梯等泳池娱乐项目对于空间高度、开阔性都有要求，一般会放在邮轮顶部露天甲板；对于登乘大厅，一方面要考虑大量人员聚集对面积的需求，同时又要体现登乘大厅的开敞大气感觉而作顶部多层挑空。此外，对于登乘大厅的位置还要兼顾码头情况和人员集散便利性。

5)性能优化需求。合理布局可以优化船舶性能，包括重心控制、材料工艺精简、舱室舒适度提升等。比如对于物资仓储类舱室由于载货较多，尽量放在邮轮下层甲板；旅客住舱则尽可能远离噪声源(如机舱)布置在上层甲板；此外，根据SOLAS对于防火等级划分要求，合理化调整不同类别舱室毗邻关系可以精简舱壁或甲板的防火等级，节约材料成本，减轻重量。

邮轮总布置设计犹如雕刻雕塑，需要由粗到细、由整体到局部逐步细化确定。这里给出一个邮轮总布置的基本绘制流程。

1)依据典型单元房间宽度，选定肋骨间距与强框间距。

2)考虑船长与大型公共区域要求及机舱烟囱位置，确定主防火隔堵与水密横舱壁。

3)结合功能需求确定甲板层数与层高。

4)确定上下主梯道位置。

5)确定典型住舱布局。

6)根据各系统量化空间要求，初步安排不同系统的空间分配与区域划分。

7)根据总布置要求进行舱室详细划分。

2.7 安全性评估与性能计算

总布置有初步结果后，根据规范要求需要进行一系列安全性初步评估。对于总体前期设计影响比较大的方面包括[9]。

1)稳性评估。完整稳性、破舱稳性以及抗风能力校核评估。

2)逃生通道布置与集合站位置空间校核。

3)梯道宽度与面积计算校核。

4)撤离分析校核(简易或高级方法)。

5)安全返港逻辑校核。

此外，还需要计算分析以下性能。

1)推进性能。该项工作与其他运输船、客船类似，可采用简易估算方式[10-11]或CFD模拟、船模试验。

2)邮轮操纵性。尤其是港内限制水域的操纵性评估。

3)耐波性。旅客舒适度受邮轮耐波性影响极大，尤其国内大部分游客是没太多海上乘船经历，如果耐波性不佳，游客极易晕船。

4)振动噪声评估。对于振动噪声水平的预测评估需要从总体设计初期即开始考虑，包括对主要振动噪声源的确定，敏感舱室范围的筛选，以及相应的控制措施分析。随着设计的不断深入，在项目详设阶段还要更精细对全船振动噪声水平进行数值分析评估。

5)烟迹分析。由于邮轮露天甲板多为泳池甲板，包含众多露天运动娱乐场所，是游客休闲活动的主要区域，烟囱的烟迹对于露天泳池甲板的影响很大，如果设计不当，极有可能导致烟囱排除的废气灰尘落在游客活动区，造成不佳的体验。烟迹分析手段主要包括CFD模拟以及风洞试验。

6)露天甲板舒适性和挡风玻璃布置。露天泳池甲板是人员活动密集场所，海风对于露天顶层甲板影响比较明显，需要考虑增设特定的挡风玻璃、隔断调节风场作用。该项评估主要也是主依靠CFD模拟和风洞试验确定。

2.8 经济性分析评估

邮轮经济性分析是邮轮前期总体设计工作起决定作用的一环，尤其对于国内邮轮项目，相对于国际成熟邮轮公司，国内船东对于豪华邮轮的收支情况相关经验比较少，船型尺度、参数和成本、收入的关系是模糊的，这需要设计者在制作技术方案的同时做好经济性分析评估的支持，并提供合理的决策优化建议。为实现这一目标，需要了解邮轮的建造成本、营运税费以及主要收入来源，并建立合理可用的邮轮经济性快速评估模型，方便多方案比较与迭代。

邮轮的建造成本包括船体、设备、设计与建造费用、以及内饰装潢费用等。营运成本方面主要包括燃料费、食品供应品费用、人工费、码头停靠、税费及管理费、渠道宣传等费用。而收入来源方面，除了船票外还包括船上各类服务、餐饮、购物、娱乐消费等。这些收入除了与旅客数量有关，还与不同等级房间分配比例、邮轮班期、航线吸引程度等诸多因素有关。

邮轮经济性分析往往需要依托邮轮公司以及旅游平台过往邮轮产品统计数据，文献[12]提供了一些邮轮公司的历史数据，可供参考。