大型内贸集装箱船甲板上集装箱绑扎设计

黎 峰，刘向冬，沈立宁

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

0 引 言

近年来我国内贸集装箱航运市场保持着相对稳健的发展势头，诸多航运公司纷纷布局或深化其内贸业务，将大量集装箱船投入到内贸航线中。但是，内贸航线上的平均箱重远大于国际航线[1]，且内贸集装船的航速要求相对较低，若直接将国际航行集装箱船转入内贸航线运营，并不能契合内贸集装箱船的特点，经济性较差。在该背景下，具有载重量大、重箱数多和经济性好等优点的内贸专用集装箱船得到快速发展。

大型化是内贸集装箱船重要的发展趋势，未来4000TEU以上的大型内贸集装箱船有望成为国内南北航线上的主力船型。大型化意味着船舶的装载能力得到进一步提升，合理地设计货物系固系统，特别是甲板上集装箱的绑扎系统，充分保证船舶的装载能力，是大型内贸集装箱船设计的关键技术之一。本文以某型4 200 TEU内贸集装箱船为研究对象，对其甲板上集装箱的绑扎布置方案进行分析，确定适用于该型内贸集装箱船的甲板上集装箱绑扎布置方案。

1 设计条件

充分发挥船舶的装载能力和确保货物安全运输是设计绑扎系统的首要目标。根据4 200 TEU内贸集装箱船的初步装载计算结果，其在装载工况下的GM值为0.7～2.4。基于装载工况的甲板上集装箱装载能力为：20ft（1ft≈0.3048m）箱列堆重 90～100t；40ft箱列堆重110～120t。对应的装载情况为舱盖面或甲板上可装载3～4层重箱。该装载能力相比2 400 TEU内贸集装箱船有大幅提升。

根据船舶的主尺度、方形系数和最大服务航速，结合具体的GM值，可得到某装载工况下的集装箱系固加速度分布。船舶航区范围为国内近海，计算船舶运动加速度时取航区系数为0.9。集装箱重心位于45%箱高位置。

2 绑扎布置方案

选取以下3种绑扎布置方案进行绑扎计算分析。

1) 方案A：20ft集装箱两端无绑扎，前后20ft集装箱之间的间隙为76mm；40ft集装箱两端采用双层内绑扎，从舱盖面或箱柱顶面绑至第二层箱底和第一层箱顶；最外侧40ft集装箱箱列增加防风绑扎，绑至第三层箱底（见图1，图中层数仅为示意）。

图1 绑扎布置方案A

2) 方案B：20ft集装箱两端采用双层内绑扎，从舱盖面或箱柱顶面绑至第二层箱底和第一层箱顶，前后20ft集装箱之间留出绑扎通道空间；40ft集装箱两端采用三层内绑扎，分别从舱盖面或箱柱顶面绑至第三层箱底、第二层箱底和第一层箱顶（见图2，其中层数仅为示意）。

3) 方案C：40ft集装箱箱位前后设置绑扎桥，20ft集装箱两端采用双层内绑扎，前后20ft集装箱之间留出绑扎通道空间，桥端从绑扎桥上层平台绑至第三层箱底和第二层箱顶，非桥端从舱盖面或箱柱顶面绑至第二层箱底和第一层箱顶；40ft集装箱两端采用双层内绑扎，从绑扎桥上层平台绑至第三层箱底和第二层箱顶，最外侧40ft箱列增加防风绑扎，绑至第四层箱底（见图3，其中层数仅为示意）。

图2 绑扎布置方案B

图3 绑扎布置方案C

3 绑扎计算

基于上述设计条件，根据中国船级社《国内海船建造规范》提供的计算方法和设计衡准[2]，分别针对hGM=0.7m和hGM=2.4m 2种稳性极限状态对上述3种绑扎方案进行绑扎计算，得出各绑扎布置方案可实现的最大堆重（以下简称“最大堆重”）。20ft集装箱箱列计算对象选取为Bay 01、Bay 13、Bay 25、Bay 37和Bay 47，40ft集装箱箱列计算对象选取为Bay 02、Bay 14、Bay 26、Bay38和Bay 50。每个Bay位的舷边箱列因风压载荷的作用和绑扎布置的不同，其绑扎计算应与内部箱列相区分。由此可得到120个具体的绑扎计算模型，涵盖艏部、船中、艉部的箱列，可较全面地得出最大堆重沿船长方向的分布情况。

对不同Bay位的20ft集装箱箱列采用3种绑扎布置方案得到的绑扎计算结果见图4和图5；对不同Bay位的40ft集装箱箱列采用3种绑扎布置方案得到的绑扎计算结果见图6和图7。图4～图7可知：当装载20ft集装箱时，方案C的堆重由前后20ft集装箱Bay位之间的绑扎布置决定，此处的绑扎布置与方案B相同，即均采用双层内绑扎，因此当装载20ft集装箱时，方案C与方案B具有相同的绑扎计算模型，二者的堆重计算结果是一致的；当装载40ft集装箱时，方案A与方案B的舷边箱列绑扎布置相同，即两端均采用3层内绑扎，因此当装载40ft集装箱时，方案A与方案B的舷边箱列具有相同的绑扎计算模型，二者堆重计算结果也是一致的。

图4 hGM=0.7 m时20ft集装箱箱列最大堆重沿船长方向的分布

图6 hGM=0.7 m时40ft集装箱箱列最大堆重沿船长方向的分布

图7 hGM=2.4 m时40ft集装箱箱列最大堆重沿船长方向的分布

箱列中的箱重分布对配载的灵活性有重要影响。通过上述计算可得到20ft内部箱列和40ft内部箱列在极限最大堆重状态下的箱重分布见图8和图9。该结果兼顾了重箱尽可能多和无效轻箱位尽可能少的设计目标，与实船配载情况较为贴近。随着堆装层数进一步增加，箱列中的重箱数量将减少，轻箱数量将增多，适用于轻箱比例提高的堆装情况。层数增加与箱重分布变化之间的关系可通过计算得到，在实船配载时，可根据运营需要对箱重分布进行校核和优化。

图8 20ft集装箱内部箱列在极限最大堆重状态下的典型箱重分布

图9 40ft集装箱内部箱列在极限最大堆重状态下的典型箱重分布

4 结果分析

上述计算结果反映了在集装箱船甲板上绑扎集装箱的一般规律：

1) 在采用相同的绑扎布置方案的情况下，最大堆重随GM值的增加而减小[3]；

2) 在采用相同的绑扎布置方案的情况下，舷边箱列的最大堆重小于内部箱列，增加防风绑扎可有效提升舷边箱列的最大堆重；

3) 最大堆重沿船长方向的分布特征与横向加速度沿船长方向的分布特征[4]反向匹配，呈倒鞍状分布，即靠近船首和船尾的集装箱最大堆重小于船中的集装箱最大堆重。

针对4 200 TEU内贸集装箱船的实际情况，基于上述计算结果得出以下结论：

1) 尽管方案A具有绑扎工作量少和装卸效率高的优点，但其20ft集装箱箱列最大堆重小于80t，40ft集装箱箱列最大堆重小于110t，不足以保证该船的装载能力。

2) 除少数艏部Bay位以外，方案B的20ft集装箱箱列最大堆重超过90t；40ft集装箱内部箱列最大堆重超过110t，基本可满足该船的装载能力需求。

3) 除少数艏部Bay位以外，方案 C的 20ft集装箱内部箱列最大堆重超过 100t；除少数艏部和艉部Bay位以外，方案C的40ft集装箱内部箱列最大堆重达到或超过120t；在GM值较小的情况下，除少数艏部和艉部Bay位以外，40ft集装箱舷边箱列最大堆重也可达到或超过120t，基本可满足该船的装载能力需求。

此外，上述计算结果表明：方案C不仅具有比方案B更强的堆重能力，而且在最大堆重情况下允许装载的重箱层数更多（如图8和图9所示）。这是由于方案C通过绑扎桥升高了绑扎点的位置，增强了绑扎的有效性[5]。这一特性对于在实船营运过程中进行灵活配载而言是十分有利的。但是，对于该级别集装箱船而言，全船绑扎桥结构重量将近500t，且布置绑扎桥需要更长的纵向舱间甲板空间，采用方案C意味着载重量减少、船长增大和初始投入增加，将直接影响船舶的经济性。对于方案B，由于40ft集装箱箱列多出了一对绑扎点，因此绑扎工作量多于方案C，可能导致船舶装卸货时间延长。在实船设计时，需结合船舶具体的装载能力、船东的需求和装载习惯对上述差异进行综合考虑，在方案B与方案C中做出取舍。

5 结 语

本文从保证船舶装载能力的角度对大型内贸集装箱船甲板上集装箱的绑扎设计进行分析研究，得到了在装箱Bay位、GM值和风压载荷等因素的影响下采用不同绑扎布置方案的大型内贸集装箱船甲板集装箱最大堆重的具体分布，确认了其中2种绑扎布置方案的可行性，揭示了该级别集装箱船甲板上集装箱绑扎设计的主要特点。从布置的角度看，甲板上集装箱绑扎布置与船舶总布置之间存在显著的相互影响，如何综合协调二者之间的关系，实现船舶经济性与装箱安全性的优化统一，是在船舶总体设计前期需深入论证的问题。

需要说明的是，中国船级社最新发布的《国内海船建造规范》2017年修改通报采用了全新的加速度计算体系，将对绑扎计算结果产生影响，影响程度有待进一步论述。