散货船临时装运集装箱的探讨

吴九强 中国船级社江苏分社

2021年以来，集装箱海运运价飙升，截止目前中美航线40英尺的货运箱运费已经超过20000美元，与去年同期相比上涨幅度超过了500%，航运市场出现“一箱难求”、“一船难求”的行情，一些航运企业着手改造现有散、杂货船等方式增加集装箱运力。7月18号62000t多用途纸浆船“中远海运荣耀”在宁波港装载841TEU标准箱，7月19日38000吨灵便型散货船“大美”在太仓886TEU标准箱，实践以散货船装载集装箱项目，缓解集装箱运输市场运力供需不平衡的现实问题。但大美轮随后在开航不到两天内就发生集装箱挤压塌陷，导致箱损和货损。可见利用散货船装载集装箱存在诸多安全风险因素，对其有效的分析和研究有着积极意义。

根据SOLAS IX章定义，散货船系指在货物处所中通常建有单层甲板、顶边舱和底边舱，且主要用于运输散装干货的船舶，包括诸如矿砂船和兼装船等船型。由此定义可见，公约对于散货船的装载货物并不仅限于散装的货物，对于包装货及非标准货物也同样具有装载的能力，从而散货船载运集装箱从公约层次上是可行的。但集装箱船和散货船两种船型是为了装载不同形态货物和不同装卸型式设计的，其总体设计、货仓设计、稳性计算、货物绑扎等存在多方面不同，散货船不仅满足随时装载集装箱的功能，并且即使经过加装集装箱绑扎装置后仍然存在可能不适货情况。本文就某61000吨散货船提交审批的拟装载集装箱的设计方案，对散货船用于兼装集装箱的要求予以讨论，并给予相应的安全意见。

1.集装箱载运方案

1.1 船舶基本信息

该轮为单舷侧、具有顶边舱和底边舱的散货船，主要设计用于装载矿石、煤、谷物及钢卷之类的钢铁制品。货物区域布置如图1所示。

图1 船舶总布置图

该轮主要参数见表1。

表1 船舶主要参数

1.2 集装箱选择

本轮拟改装用于中国——美国、加拿大行线航行，从中国至北美装载集装箱，从北美至中国载运大豆、小麦、矿石等散装货物，考虑到该轮为典型的单舷侧散货船，货仓开口小于货仓平直部分尺寸，装载集装箱时无法有效利用全货仓空间。故在不破坏船体结构的基础上应尽可能利用货仓仓口围开口尺寸装载。查国际标准集装箱尺寸，采用组合方式，本轮货仓内可横向布置7列，No.1-4货仓长度方向可布置40f t、20f t各一只，可得每层可装载容积约为80m3＊7=560m3，No.5货仓长度方向可布置40ft一只，每层可装载容积约为54m3＊7=378m3。

考虑到本轮主要航行于北美，其市场上超过1000公里的长距离运输，大约80%货物是通过53英尺半挂车直达运输，相比传统40英尺集装箱，使用53英尺集装箱服务可节省总物流费用的15%-20%。。故根据为减少集装箱在美国的转运成本，并减轻集装箱绑扎、系固工作和货仓改造工作，且本轮也并未专门设计装载标准集装箱，从而采用53英尺的集装箱更具有优势。其具体尺寸为外形尺寸16138×2600×2900mm。53 英尺集装箱内部尺寸16000＊2490＊2580mm，内部装载容积约为113m3。货仓可采用每层7只的方式装载，从而每层可装载容积约为113＊7=791m3。在采用此方案时可统一全船装载集装箱尺寸，也可有效提高装载容积和效率，并能减少集装箱固定、绑扎和装卸工作量。

1.3 集装箱积载

根据上述集装箱选择方案，拟对货仓、舱口盖和主甲板分别予以配载，共计拟装载193只。考虑到该轮非专设集装箱船，无相应绑扎桥等设施，且53英尺集装箱绑扎困难，最高堆放层数设定为三层。具体配载图如图2。其中具体分布如表2所示。

图2 集装箱拟积载布置图

表2 集装箱积载分布

2.装载安全性分析

鉴于本设计方案属于初步设计改造方案，在本文中假设所有集装箱下方垫有方木等均匀负载，且系固绑扎满足要求的基础上从货物积载、船舶稳性和驾驶室视线等三个方面对集装箱装载安全予以讨论。

2.1 积载负荷计算

本轮设计为内底板、主甲板和舱口盖均可装载货物，各装货处所甲板均匀负载限额如表3。

表3 许用均匀负载

根据ISO668标准，53ft集装箱最大箱重为67.2t，文中以此校核积载负荷。在假定装载集装箱已通过垫木等材料与船体均匀接触的条件下，其均布载荷如表4。

表4 均布集装箱载荷

由以上计算均匀负载的计算可见，目前的积载方案中货仓和主甲板面装载相应集装箱时满足允许均匀负载限制要求，而货仓舱口盖积载超过两层时，则不能满足相应要求。

2.2 稳性安全分析

散货船货仓结构设计主要便于舱内散装货物的装卸。当装载集装箱时，限于方便集装箱吊的操作，只能装载在舱口围范围，在此基础上还应留有安全检查通道，绑扎系固空间等。由此，货物较为集中在舱中间，货仓亏空较多，虽不会存在货仓超载的问题，但在稳性计算时，已不能按照原批准稳性的散装货物进行，而应按照实际装载集装箱的重量和重心位置核算。同时，由于货物重量过分集中在舱内中部位置，船体梁的受力过于集中，可能造成船体梁弯曲超过极限要求。

根据船舶静力学原理，船舶的初稳性高GM越大，横摇周期越小，横摇频率越高，横摇速度越大。本轮为典型的单舷侧散货船，其典型工况的GM统计如表5，由表中数据可见，该轮各工况下GM值均较大，最大已超过9m。而对于杂货船和集装箱船其GM一般均在2米以下。当本船装载集装箱时，货物移动的惯性矩要远大于专用集装箱船，特别是在主甲板和舱口盖以上装载的集装箱移动风险更高。

表5 本轮典型工况GM统计表

2.3 装载仪功能分析

根据CCS《钢制海船入級与建造规范》要求，船上配备的装载仪一般要求规定如下：

“装载仪的功能应至少包括能迅速、方便地计算和显示其所安装的船舶任一装载或空载状态下船体指定部位的静水弯矩和静水切力。

软件应至少能计算任意装载工况下的排水量及其重心，完成总强度（和稳性，如适用时）计算及衡准，并以屏幕显示及打印输出进行计算和保存计算结果的日期和时间。”

根据本轮设计原则，其货物主要为大豆、矿石等散装货物及钢卷等，无非标准货物的装载情况，查其装载仪批准文件，其中无对应的计算模块，无法完成本文中的装载情况下的稳性和强度衡准的计算，不满足规范的要求。

2.4 驾驶室视线要求

根据SOLAS V.22条的规定“从驾驶位置上所见的海面视域，在所有吃水、纵倾和甲板货状态下，自船首前方至任何一舷10°范围内均不应有两个船身以上的长度或 500 m（取其小者）遮挡”，当按本文中集装箱积载计划，其需要在货仓甲板面上装载相应的集装箱，其对应位置的集装箱最高高度应能满足批准的驾驶室视线图的要求，如图3所示。

图3 驾驶室视线图

本轮驾驶位置距离基线以上32.95m，船艏最前方距离基线以上22.75m。由于舱口盖上积载集装箱时高度高于相应位置的甲板货位置，故仅对舱口盖上装载的集装箱前后两点进行计算，即可判断是否超过视线图要求。详见表6。

表6 视线计算表

从以上计算可见，该轮第二货仓舱口盖在堆积两层集装箱时，其前端点超过了最大允许高度，不能满足公约规定的驾驶室视线的要求。

3.改进与建议

3.1 积载方案变更

根据前文对该轮的均布积载的校核，本轮在舱口盖上装载集装箱时，出现了相应的均布载荷超过许用值情况，应将堆积的集装箱限定在一层或对堆积超过一层的集装箱位置进行减载才能满足均布积载限额的要求。考虑到本轮装载的53ft集装箱专为美国加拿大市场，其主要用于水路联运，可按当地高速公路限重要求，限定集装箱重量不超过20t，在此情况下，舱口盖堆积三层集装箱时，其均布载荷仅1.43t/m2，从而满足设计要求。

同时，散货船的均布载荷主要是散装货物的平均分布的情况，与集装箱的集中载荷有着本质区别。虽然理论计算能够满足相应的均布载荷要求，但是往往会出现局部应力超过许用范围，导致局部失稳，从而造成全船整体结构性损坏。故此，应该结合系固方案，通过垫木等合理的方式将载荷均匀分布至装载各个位置。

根据驾驶室视线的计算分析，为满足视线要求，应将原计划在No.2货仓舱口盖装载两层变更为仅装载一层。

3.2 增加系固绑扎方案

本装载方案因是一个预配载方案，未能详尽描述绑扎系固状况，所以本文未对绑扎系固进行讨论。但查询本轮批准的系固手册中，未有对集装箱这种非标货物的绑扎系固工况，故在装载前应根据CCS《钢制海船入級与建造规范》及MSC.Circ 745编制绑扎系固方案提交船级社审批。

本轮配备舱口盖为折叠式风雨密舱口盖，每舱舱口盖前后各一，当在货仓舱口盖上装载集装箱，每一集装箱以货仓舱盖交界处前后平均分布，在保证货仓舱盖不产生局部变形的情况下，也应对舱盖的锁紧和液压系统进行校核，并在必要时增加固定装置，确保运输过程中舱盖不会产生位移，从而导致其上的集装箱坍塌。

3.3 增加稳性及船体梁强度计算

由于该轮批准的稳性工况中，无对应的装载情况，无法判断装载情况下的船舶稳性安全。应根据本轮实际装载及压载情况，重新校核船舶稳性。并应建议按照CCS《钢制海船入級与建造规范》中集装箱船要求，对船舶货物区域的剪流、屈曲能力和船体梁极限弯曲能力进行校核，确保船舶安全。

3.4 升级装载仪装载工况

应根据规范要求，将装载集装箱的工况纳入装载仪计算工况中，确保船员随时能够利用装载仪对船舶的装载情况进行有效配载。增加的计算工况应获得船级社的认可和批准。

3.5 增加体系文件要求

由于该船东经营船舶均为散货船，其体系文件中无对应的集装箱运输和操作安全须知等文件，无法有效指导船员安全装载集装箱。应进行相应的安全风险评估，并增加相应的操作须知，必要时应将对应操作纳入关键性操作。

3.6 制定相应指南和规范

船级社作为规范的制定者，在船舶安全方面有着绝对的权威性，应根据船东对船舶功能的这种特殊性改造尽快出台相应的指南性，指导航运企业，合理、有效、经济、安全的利用现有散货船兼装集装箱运输，为船东提供增值性服务。

4.结论

利用散货船装载非标准货物可以更好发挥散货船的运力，提高船公司的经济收益。但是在装载各种非标准货物时，其装载状态将发生不同变化。本文中的拟在全货物区域内装载集装箱的情况目前没有成熟的经验可以借鉴，各家船公司采用的方式也不尽相同。本文中虽然从多个方面对这种装载可靠性进行了分析和判断，并给出了切实的指导性意见，但是各船舶仍应根据船舶的具体情况，按照上述方面独自校核，确保船舶航行安全，货物装载安全。