客滚船总体研发设计的关注点简介

2020-03-06王静

广船科技 2020年4期

王静

（广船国际技术中心）

0 前言

随着船舶运营市场的风云变幻，以及目前国际组织对绿色环保的注重，传统的货船建造市场渐显低迷，船舶建造行业逐渐转向潜力更大的客船市场。其中客滚船就是其中一个分支，客滚船的研发技术也就随之发展开来。本文介绍近年客滚船研发中总体设计方面的情况变化，以及客滚船研发过程中总体设计方面发现的问题和技术特点以及应对措施，希望给予以后的客滚船研发提供一点参考建议。

1 客滚船船东意向的变化

2010 年以前，无论是国外船东还是国内船东对客滚船的要求重点，除了推进效率和载货量以外，对于乘客体验区域也有重点关注。内装装饰要求可能局限于国内航线以及市场的基础，国内船东对于内装装饰要求大多仅停留在大方、简洁、易于维护方面，内部分隔也往往是方方正正的形式，即使部分处所要求做艺术设计，但大多仅是舱室内部的装饰，如果航程需要设置乘客住舱的话，乘客住舱大多会要求分3 至4 个等级，从6 人间到单人间不等，设公共的盥洗室。国外船东对于上建的安排则往往摒弃超过4 人的住舱，且大多会在住舱内设独立卫生间，乘客公共区域的设计会要求做出各种不同的分隔，区别出不同的公共区域等级和类别，适应于不同人群的需求。

2010 年以后，随着规则规范的不断变化和EEDI的逐渐焦点化，国际市场的船舶对于节能减排的关注逐年增加，国外船东出于对船舶未来营运成本的考虑，大多开始要求设计单位在设计初期就开始考虑各种措施进行节能减排，比如新能源的使用，更高效的线型和附体等。同时由于国内消费水平和需求的逐步上升，国内旅客也更加追求高品质的体验，国内船东也开始了解国际化的信息，对于船舶的要求，在人性化和休闲娱乐性方面提出了更多的需求，比如住舱的布置倾向于更加舒适和方便，配备个人卫生间、高级套间、阳台等。船舱内也开始布置盛大的剧场、商业街和其他休闲娱乐场所，国内客滚船的内装设计逐渐向豪华游轮靠近的趋势，这也给国内的研发设计人员创造了研究豪华游轮的机会。

2 主尺度的考虑

2.1 港口条件因素考虑

客滚船设计，主尺度的考虑必须结合所处航线和港口的条件。港口条件直接限定了主尺度，一般港口都会有自己的条件，船东方也会结合自己船队的条件给出初步的主尺度限制值，包括最大船长船宽、吃水、港口的位置、潮汐情况和码头高度的限制。某些船舶会需要停靠一个港口的多个码头，这就需要研发人员考虑各个不同码头的形状条件，特别是当装卸货需要适用码头梯和跳板的情况。同时要看船东需要的航程时间是多少，结合航线的长度，确定航速和推荐的推进方式，这些数据也会影响型深的设计。

2.2 推进形式因素考虑

现在因为节能减排的原因，近几年兴起的推进方式有电力推和LNG 燃料推进。电力推进的主机尺寸跟传统推进主机比较，在同样的推进功率下，电力推进形式的船舶主尺度往往会可以小一些，要求的型深也会比较小；但是LNG 燃料推进方式涉及到LNG 燃料罐的安装位置限制，可能会需要更大的型深，具体必须结合需要的容量和双层底的高度进行考虑。还有一个限制型深的原因是，在电力推进船来看，线型和推进器布置的互相影响，当要求的航速比较高时，艉部的线型往往会有很高的挑高高度，如果电力推进船选择的是全回转推进器时，型深的选择就要考虑到全回转推进器的布置需求。

2.3 通道因素考虑

船宽的考虑还要结合需要的车道数量和烟囱的布置和宽度需求，一般的设计都是采用中间围井形式，中间围井的设计对于稳性有利，也为上建的设计预留出更多的窗户位置，营造视觉扩展，也更适用于装载人员比较多的客滚船。为了留出更多的车道数量，且尽量保证空船状态的平衡度，车道数量的设计一般为双数，目前接触的多数客滚船对于大型货车的车道宽度设计都会在3.0 至3.2 米之间，小车（即私人轿车）的车道宽度一般都会在2.2 至2.5米之间。除了这些因素，还要根据SOLAS ChapterII-2/PartD/Regulation13.5 条对于特种处所和开敞滚装处所的要求，预留出0.6 米宽的走道空间，这个走道的布置必须考虑能使人从车辆甲板的任何一个通道口和位置安全地进入逃生通道，且这些走道的设计必须保证车辆在停放布置的时候能时刻保持畅通。车库舷侧的结构和布置也要计入船宽中，如果舱壁甲板下处所的分隔设计，需要在舷侧布置逃生通道时，船宽的设计应该能保证这些逃生通道的布置需求，除此以外，车库舷侧还应考虑一些缓冲布置，消防布置和系统管系布置的宽度要求。

3 分舱设计

3.1 规范规则要求

众所周知，近十年以来，稳性计算的要求经历了巨大的变更，对于客船设计提出了更高的要求，特别是分舱设计。国际海事组织在2008 年12 月通过了完整稳性计算规则MSC.267（85）（简称为IS code 2008），并在接下来的 MSC.319（89）和 MSC.398（95）次决议案进行了修订。2005 年，国际海事组织（IMO）海上安全委员会通过了关于SOLAS 公约第II-1 章修正案的决议MSC.194(80)，该决议的附件2 对 SOLAS 公约第 II-1 章的 PartA、B、B-1 部分进行了全面的修订，第 82 届会议又在MSC.194(80)的基础上重新修订并通过了SOLAS 第II-章修正案的决议MSC.216（82），该修正案的主要内容于2009年1 月1 日生效，其中需要根据要求的分舱指数R 和达到的分舱指数A 进行核算存活概率。更重要的是接下来2017 年的MSC.421（98）决议案里面对要求的分舱指数R 的计算公式进行了更新，对不同的船上总人数进行分档计算。根据我们的试算，发现就船上总人数1350 至6000 人档次的计算公式来说，R的计算结果相对于MSC.216（82）的计算结果提高了约0.06！这对客船的分舱和系统设计提出了很高的要求，未来的船舶设计对于分舱设计，系统设计和重量重心控制的要求会越来越严格。

3.2 舱壁布置设计

客滚船分舱设计不同于其他类型船舶设计的地方，在于稳性的特殊考虑及平衡车库和上建。

舱壁甲板以下的分舱设计，稳性的考虑是最重要的。为了计算出更大的生存概率，分舱设计应该考虑避免设置单边舱室，即设置U 型舱以保持进水平衡。最大程度上设置更长的B/5 纵舱壁，以保持更小的进水体积。同时新造的船长超过120 米且主竖区数量多于3 个的国际航线客滚船都要考虑安全返港，为了进水时的横倾平衡和更多的布置宽度，建议设置为前后机舱，会更有利于稳性的计算，重型的设备也都应尽量布置在舱壁甲板以下。

3.3 双层底布置设计

双层底的高度设计，除了考虑底部破损高度和主机布置以外，可尽量在初始设计时就加高到能保证U 型舱的横贯进水时间小于60 秒。对于客滚船这一特殊的船型考虑中，由于车库进水量都非常的大，任何可能降低稳性计算结果的设计都要在前期尽可能地利用到。现在我们的设计都建议在研发阶段分舱考虑的时候，抬高双层底的高度，加大结构开孔面积，留出双层底内尽可能宽的空间，以得到尽量大的中间横贯面积，推荐前期就进行横贯时间的计算，并使其达到60 秒以内的横贯时间，可以大大提高存活率。

3.4 液舱布置及液舱贯穿设计

水舱和油舱的位置设置，除了稳性以外还应该考虑系统的走向。稳性的考虑一般都比较容易理解，大型的油水舱需要尽量布置在船的中底部，有利于降低重心和静水剪力弯矩。客滚船的特点是舱壁甲板一般都会是车辆甲板，大面积的甲板用于装载车辆，所以在这个装载面积上都不允许有任何可能阻挡车辆通行的设施，这就需要研发人员在进行舱室布置的时候就考虑系统的走向，在中间围井和舷侧空间处预留出足够的系统布置空间，管系的布置要尽量采用直上直下的设计，尽量少地穿透水密舱壁和甲板，一旦穿透水密舱壁就要在出口和入口附近设置水密阀件，以保证在所有破损工况中不会因某一水密舱室破损进水而导致其他舱室的累计进水。但实际上进入详细设计和生产设计阶段，经常会发现有部分系统设计不可避免地会贯穿水密舱壁和甲板的情况，有的系统是可以在水密舱壁和甲板上设置阀件以保持水密舱壁的完整性，但是某些系统设计则无法设置阀件，比如透气系统。这种系统在设计的时候要将它们的出口高度设置在破损中间阶段进水水线的上方，并且如果使用联通的透气主管的话，透气主管的设置高度也要在这个破损中间阶段进水水线的上方，否则在破损计算的过程中会产生很多的opening 和connection 点，大大降低了分舱指数A，这样的情况应该尽量避免。

3.5 车辆甲板布置设计

出于稳性和装卸路线的考虑，一般的客滚船舱壁甲板都是车辆甲板，而且为了重心考虑，这一层装载的车辆一般都是重型车辆。布置的原则都是按照重量的大小从下至上，当有多层车辆甲板时，要考虑不同车辆层之间的通道，可以是固定坡道加水密舱盖或者可移动的坡道，有的时候考虑到适应淡旺季不同的装载车辆种类，会布置可升降的车辆甲板，随时可以将一层大货车的车库变为两层小车库，是很实用的设施。由于安全考虑，一般在布置通道的时候会考虑人车分流，不驾驶车辆的乘客会在上建区域有专门的乘客登乘点，登乘点的布置要考虑选择港口的岸接设施或者配备专门的登乘梯。

设计车库高度的时候，注意SOLAS Chapter II-2/ Part G/Regulation 20.2.2.1 中主横区的设置高度要求是车库总净高不超过10 米，也就是如果多层车库的总净高加起来不超过10 米的话，可以设置为同一个主横区，可以节省A60 防火绝缘的敷设面积，而且可以降低车辆甲板的层高设置，出于重量重心的考虑，应尽量考虑把主横区的分隔线定义于可以设置的最低一层甲板。

3.6 车库通风布置设计

车库通风的系统设计，为了给车库的固定消防系统和电缆布置空间留出足够的高度，也不要加高车库，建议采用前后通风的设计，也就是将车库的风机室设置在车库前后位置，风道设计为直上直下，不出现横贯车库的大型风管。

3.7 梯道布置设计

梯道布置的考虑应考虑船员和乘客的分流，乘客有其专用的梯道，这一设计不仅仅是避免船员跟乘客混杂，且方便管理船上的乘客，为了保证安全，在航行过程中是不允许乘客进入车库区域的，仅值班船员可以进入，乘客梯道的门上都会设置专门的锁进行管理。根据SOLAS 的要求，除了每个主竖区都应该有自己专属的梯道以外，客滚船还需要在车库两端距离端部不小于船宽的距离内设置可以通往集合站或者撤离甲板的逃生通道。通往舱壁甲板以下区域的通道，SOLAS Chapter II-1 / Part B-2/Regulation 17-1.1.1 的要求是通向舱壁甲板以下空间的所有入口的最低点应不小于舱壁甲板上方2.5米，所以除非这些梯道的设计都直接通往集合站或撤离甲板，否则需要转接的梯道要注意转接点的高度必须在舱壁甲板上2.5 米的高度以上，否则在挂旗国允许的前提下，还可以设置水密门来满足这个规范条款。

进入上建设计的时候，根据航行时间的长短和船东的要求，看是布置坐席区还是住舱区，由于客滚船有车库的存在，船体结构强度在上建的区域都会比较柔软，如果可以设置住舱区的话，可以在住舱区设置适当的横舱壁数量，以增加结构强度降低振动强度；如果仅设置公共区域的话，建议采用适当的分隔和支柱设置，舱壁分隔优于支柱，这些设施应该在前期有适当的考虑，艺术设计时应该结合这些分隔和支柱设置进行，减少后期的设计修改，也不会发生后期详细设计时减少坐席的情况，对于船东方也是有利的。

在这里提醒各位研发设计人员注意SOLAS Chapter II-2/Part D/Regulation 13.7.1.2 针对客滚船有一条特殊要求——“从任何乘客处所到达集合站或开敞甲板，不需要上下爬超过两层甲板”。这个条款的理解在不同的船级社会有不同的理解，比如DNVGL 对于“不需要上下爬超过两层甲板”的理解是人的攀爬距离不能超过一个甲板层高，也就是说任何乘客处所都必须设置在集合站的上一层，下一层或者同层甲板，这个条款的理解直接限制了客滚船乘客甲板的层数，在设置乘客甲板前应该跟船级社联系了解他们对这一条款的理解，以免后期发生大面积的修改。

4 重量重心的控制

对于客滚船来说重量重心的控制贯穿研发、设计和建造各个阶段，要编写重量重心控制程序，采取各种可能的手段进行控制，任何可能抬高重心的布置设计都必须谨慎。在我们的设计经验里面，前期做研发的时候就可以考虑舱壁甲板以下使用普通钢，舱壁甲板以上采用高强钢，目的就是降低重心。系统的设计也是采用类似的原则，舱壁甲板以上的附件和设备尽量采用轻质的。当上建的区域比较大的时候，早在艺术设计的阶段就要考虑轻质材料，在保证效果的前提下选择更轻的材料。为了能够敷设尽量薄的甲板敷料，甲板的变形应该被有效地最小化，薄板焊接的工艺希望能够有进一步的发展，减小甲板变形的发生。

设计建造阶段可能采用的控制手段包括但不限于分段称重，来货称重，物资发放称重，上船称重等。由于重量重心在生产的过程中往往很难把控，我们每一个部门都应该有自己的重量重心控制程序和手段，仅靠设计人员来设置门槛是不可能完全控制住的，现场的管理人员应当有相关的手段，找专人来进行记录跟踪，至少每个月反馈给各设计专业的负责人员，再由各设计专业的负责人整理反馈给总体负责人。

现在遇到的问题都是倾斜试验得出的重量重心情况比设计阶段统计的结果更坏，这样的情况应该随着接触客滚船项目越来越多而得到越来越多的改善，但是还是希望这个过程需要的时间越短越好。