400客豪华客货船结构设计影响因素概述

周晓明

（上海船舶研究设计院，上海201203）

0 前言

与三大主力船型的低迷市场相比，客货船作为兼具载客和载货的多功能船型，近几年得到了船东的赏识和青睐。该船型突破了单一船型在使用功能上的局限，兼具客船和货船的功能特点，丰富了客船系列船型产品，具有广阔的市场发展前景，在船市处于整体萧条的环境下，有利于提升营运公司的综合竞争力。该船型的设计和建造将为国内豪华邮轮产业积累宝贵的设计经验，巩固扎实的建造能力，有利于提升设计公司和建造船厂的综合竞争力。

400客豪华客货船由上海船舶研究设计院（SDARI）负责详细设计，其使用功能要求复杂多样，需要额外配备吊机、登陆艇等设备。该船布置一定数量的豪华配置型客舱，可供乘客在岛屿之间进行休闲旅游，又兼具货船的功能，能够装载包装货及一定数量的有危险品等级的集装箱，同时还有一定容积的柴油舱和淡水舱，为岛屿上的本地居民补给食品、柴油和淡水。该船由山东黄海造船有限公司承建，挂法国旗，已于2015年10月顺利交付使用，在实际营运中具有优异的操纵性、安全性、舒适性，为船东带来了稳定的经济回报和乘客美誉，取得了良好的经济效益和社会效益。

基于该船特殊的布置特征和独特的功能区域划分，本文分别从强度连续性、水密舱壁破损进水、双层底横贯进水、舒适度对结构设计的影响等方面分别阐述。

1 船型布置及主尺度

该船是一型无限航区客货两用船，采用双尾鳍线型，双机双桨推进，由中速机配合齿轮箱连接可调桨推进，操纵性能优异，此外还配置两台轴带发电机，推进系统冗余设计，满足安全返港要求及法国海事当局要求。

该船主尺度及基本参数如下：

总 长 约126.08 m

垂线间长 117.00 m

型 宽 22.20 m

型 深 7.85/8.00 m

结构吃水 5.20 m

载重量（结构吃水时） 约3 300 t

船级符号：

I+HULL+MACH，unrestricted navigation，passen ger ship-SRTP，+AUT-UMS，CLEANSHIP，COMFPAX-2，COMF-CREW-3，LOCAL PASSENGER-3，CPS（WBT），INWATERSURVEY，MONSHAFT

该船前半部为货舱区域，共布置有4个货舱，配置有两个最大安全负荷36 t的吊机。货舱内可装载集装箱，舱盖上可装载冷藏箱，其中第一货舱可以装载危险品等级为三级的集装箱。同时，货舱也可以装载杂货、散货、包装货和托盘货等。因货物多样性，为使配置更加灵活，方便装载，第二、第三货舱各设置一层前后滑移式活动二甲板，第四货舱内设置一层单向后滑移式二甲板。由于第二、第三货舱宽度较宽，特设置双排活动二甲板舱盖以及双排上甲板舱盖。在第二货船下方设置6个柴油舱，其中1个柴油舱供该船使用，其余为沿途岛屿本地居民提供柴油供给。在尾部双层底布置有6个淡水舱，除2个用于该船使用外，其余为航线沿途岛屿提供约400 m3的淡水供给。

后半部为乘客居住区、休闲区、船员居住区及机舱区，共11层甲板，分为前后两个主竖区，前主竖区为乘客居住区域，后主竖区为乘客活动区域以及机舱区。每个主竖区设置前后主梯道，共设有两部乘客电梯，一部货梯（兼行李电梯）。侧视图见图1。

图1 侧视图

2 设计影响因素

2.1 客舱与货舱交界区域强度连续性

客舱区、货舱区典型横剖面分别如图2～3所示。由于首半段是货舱区域，尾半段是客舱、机舱区域，所以二者连接区域处于船中位置。同时，船中0.4L范围正好是总纵静水弯矩最大的区域。货舱区域是典型的双底双舷侧结构，货舱纵舱壁双壳结构恰好在船中位置终止，此区域内参加总纵强度的船体构件急剧减少，导致船体梁剖面在上甲板处剖面模数及惯性矩大幅下降。为弥补剖面模数损失，此过渡区域的纵舱壁、纵向舱口围板、上甲板、舷侧外板等需要额外加厚，以满足规范总纵强度要求。同时在构件终止处还应注意结构的良好过渡，便于总纵应力逐步过渡和释放，避免出现较大应力集中现象。

图2 典型客舱区横剖面(主船体部分)

图3 典型货舱区横剖面

经过客舱区域剖面特性计算，按照规范要求，上甲板在沿着开口线画15。线内区域的纵向构件是不参与总纵强度计算的。为满足规范要求，开口线外的上甲板区域板厚需要适当增加。

为了增加船体梁剖面模数，将第二、第三舱的纵向舱口围保持连续，使纵向舱口围两端尽量向首尾端保持延伸，并与首尾两端区域的舱室纵壁完全对齐，增加了其参加总纵计算的范围，同时确保了总纵应力的逐步释放。在设计时需要注意沿着构件终止两端或开孔两端内30°范围内构件是不参与总纵强度计算的。

在货舱过渡到客舱交接且靠近上甲板的舷侧外板区域，由于它距离船体梁中和轴较远，对增加船体梁剖面模数有利，同时考虑到端部应力较大的缘故，相应外板也需要进行局部加厚。

2.2 破损进水对结构的影响

根据法国船级社（BV）规范要求，水密横舱壁需要考虑进水（flooding）工况，即进水静载荷以及动载荷对水密构件的影响，其中进水静载荷压头高度取为从载荷计算点量至最深平衡水线的距离。

最深平衡水线（V LINE）是在考虑概率破舱稳性时，各种破损工况组合下的最大进水水线面高度。针对横向、纵向水密分隔划分众多的客船来说，它实际上是沿着X向和Y向的包络线。由于该船的特殊性，干舷甲板以下有客舱水密分隔区域划分，即使最深平衡水线超过干舷甲板，该船仍然具有漂浮于水线上的抗沉性，因此在结构设计初期，最深平衡水线需要取为干舷甲板的上一层甲板。

2.3 横贯进水对结构的要求

横贯进水是指船舶未破损一侧处所进水以减小最终平衡状态的横倾角。根据国际海事组织（IMO）决议 MSC.245（83），对左右贯通的舱室，应根据MSC.245（83）和结构开口大小计算横贯进水时间，如果流动平衡时间小于或等于60 s，可将其处理为瞬时浸水，不需要进一步计算。针对该船，根据总体专业破舱稳性计算需要，对于双层底区域横跨船体中心线的空舱以及压载舱来说，区域内的双层底纵桁需要增加大量开孔来满足此要求。如果开孔面积无法满足要求的话，还需要额外增加结构连通管来增加连通面积。

图4为该船双层底空舱及压载舱典型布置情况，空舱702、703、704均为左右连通布置。

根据BV规范规定，纵桁上开孔高度一般不大于其高度的50%，否则需要进行额外加强。因此，针对每一个开孔区域须依次进行强度等效评估，根据需要，按等强度原则进行加厚补偿处理。另外，由于舱室布置所限，开孔面积无法达到要求，在空舱702所在纵向区域上增加了结构连通管，如图5所示。

2.4 舒适度船级符号对结构设计的影响

虽然该船为客货船，但船东对乘客的舒适度要求非常高，希望大部分乘客客舱舒适度等级要达到BV规范1级（舒适度最高级别），允许部分达到2级，仅靠近机舱区客舱可为3级。船级符号中明确要求有舒适度符号（COMF-PAX-2，COMF-CREW-3），因此优化振动、噪声性能指标显得尤为重要，需要多专业密切配合，且预防控制措施要贯穿在整个设计建造进程中。规范对舱室噪声具体要求见表1。

图4 双层底区域典型舱室布置

图5 双层底结构连通管示意图

表1 BV噪声等级要求

根据表1可以看出，针对某些特定区域，BV规范中3级的噪声指标要求比目前国际IMO标准要求更高。

在前期结构设计时，使用专业软件对相关区域进行结构扶强材（Stiffeners）、平面板架（Panels）及板格（Plate Fields）进行振动评估，将计算结果及时反馈到结构设计中。

为了满足设计指标要求，各专业均采用了大量减振降噪措施，如上层建筑钢围壁应尽量使主船体连续横舱壁与上层建筑前端壁对齐，并使横舱壁延伸至船底。上层建筑主要分隔舱壁与主船体舱壁对齐，并尽量往船底延伸或由强力桁材支撑。上层建筑侧围壁与主船体纵舱壁对齐或采用纵桁支撑，提高上层建筑根部的刚性。在布置以及通道允许的前提下，适当增加钢围壁和支柱，提高板架刚度，控制变形，同时便于振动能量传递和耗散等。

通过采用合理有效的预防措施，根据试航振动噪声测量结果，该船振动噪声指标相当优秀，部分舱室噪声实测值如表2所示。

表2 部分典型舱室噪声实测值、BV衡准值、IMO衡准值对比

所有舱室均满足指定标准，有部分客舱舒适度等级达到了BV 1级标准，全部达到预期设计指标，BV船级社授予该船COMF-PAX-2以及COMF-CREW-3入级符号。

3 结语

在400客豪华客货船的设计过程中，设计者深深体会到结构设计工作的精细性、繁复性。结构设计不仅要满足规范规则强度要求，还需要考虑结构骨架布置不影响设备操作及维护，不妨碍人员通行，还要兼顾结构重量重心的有效把控。需要从大处着眼，小处着手，对细节处理上仔细斟酌，不断优化结构布置，完善结构细节。

400客豪华客货船是SDARI首艘为国外船东设计并建造的客货船，也是SDARI首艘取得舒适度船级符号COMF的客船，也是第一艘既满足安全返港，又完全满足SOLAS 2009客船破舱稳性的客货船，且该船根据船东特殊需求度身定做、精心打造。该船型研制成功，为今后研发更为复杂的豪华邮轮积累了一定的技术基础。希望本文能为今后类似船舶的结构设计提供参考和借鉴。