40000 t举力多功能运输坞的研发设计

罗 良，李卫华，陆懿东

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

0 引 言

随着现代造船技术的发展，为了进一步缩短建造周期，提高生产效率，往往选择在岸上进行船体分段建造，待合拢后再将其从岸上平移下水；更有考虑到船厂建造设备能力的限制，需要将建造中的船舶或海上设施从A地转移到B地、继续建造的情况。针对新涌现的上述设施及其分段的下水、上排，以及短途转运的需求，常规的浮船坞已然难以应对。本文以上海船舶研究设计院为俄罗斯石油公司旗下的红星造船厂设计的40 000 t举力多功能运输坞为例，对其研发设计进行分析。结合船东的实际使用需求，所设计的该运输坞针对建造中的船舶或海上设施，能完成从岸上平移下水、从水中移至岸上，以及予以装载后在指定水域运输的多项操作，是适用于船厂修造船作业的核心装备。

1 船舶概况

1.1 主尺度

该40 000 t举力多功能运输坞的主尺度见表1。

表1 40 000 t举力多功能运输坞的主尺度

1.2 船级

船体（包括设备）、轮机（包括设备）、电气及特殊设备等按俄罗斯船级社现行的规范和规则设计、建造，并受其检验，取得船级符号：KE R3 FLOATING DOCK / PONTOON FOR TRANSPORTATION SERVICES。

2 船舶作业功能和作业方式

2.1 作业功能

该运输坞是一艘集船舶和海工设施下水与转运功能于一体的多功能运输坞，其主要功能如下：

1）具有将最长为300 m、最宽为51 m、最大吃水为5 m、最大重量为40 000 t的新建船舶从岸上纵向滚装上坞之后在水中出坞的能力；

2）具有将最长为118 m、最宽为70 m、最大重量为40 000 t的“MOSS”型钻井平台从岸上横向滚装上坞之后在水中出坞的能力；

3）具有将在水中进坞的被载船从坞内滚装上岸，或在水中出坞的能力；

4）具有载运船舶或海工平台在指定航区拖航的能力。

2.2 作业方式

2.2.1 纵向装船下水作业

纵向装船作业采用液压轮式移船台车方式，将浮船坞坞尾与码头靠泊定位，在坞内和码头上铺设台车轨道，运输坞与码头之间的轨道通过连接梁连接，采用移船台车将下水船舶从岸上滚装上坞，在装船过程中运输坞处于漂浮状态，通过调配压载水使运输坞与码头的轨道保持在同一水平线上，之后下水船舶由工装支撑，以撤离台车。随后将运输坞拖曳至沉坞坑下沉，直至下水船舶漂浮并与运输坞脱离，完成下水作业。

2.2.2 横向装船下水作业

横向装船作业运输坞舷侧与码头靠泊定位，采用ENERPAC 液压滑移系统，在坞内和码头上铺设滑道，运输坞与码头之间的滑道由滑道连接梁连接，采用滑移台架将“MOSS”型钻井平台从岸上滑移上坞，在装船过程中运输坞处于漂浮状态，通过调配压载水使运输坞与码头的滑道保持在同一水平线上，钻井平台上坞之后由搁墩支撑，以撤离台架。随后将运输坞拖曳至沉坞坑下沉，直至钻井平台漂浮并与运输坞脱离，完成下水作业。

2.2.3 带载转运作业

在1 艘或多艘拖船拖曳下，运输坞装载船舶产品或海工平台在总厂与各分厂之间的指定海域（R3 航区）拖航转移运输。

3 船型和总布置

该运输坞为集下水工作船、甲板运输驳、半潜驳和浮船坞的功能于一体的多功能运输坞。船舶总布置是与船型研发有关的众多关键技术的一个综合表现，需考虑的因素有很多，是多参数、多目标、多约束的求解和优化问题，是一个逐步近似的过程，通常按螺旋线形式进行。例如：

1）实现超长货物的上排下水，要求具有足够的长度；

2）实现超宽货物的上排下水，要求具有足够的宽度且浮箱不能连续；

3）实现货物的短途运输，要求具有足够的干舷；

4）实现船舶的沉浮功能，要求具有足够的储备浮力和下潜深度；

5）实现纵向40 000 t的装载，要求具有足够的甲板纵向强度；

6）实现横向40 000 t的装载，要求具有足够的甲板横向强度。

不同于常规浮船坞具有连续坞墙，该运输坞并没有设置连续坞墙，而是在浮箱甲板的4 个角上设置4 座塔楼，每座塔楼设有5 层甲板。该设计不仅能使运输坞装载比自身长度更长的货物，而且能使其装载比自身宽度更宽的货物，大大提高作业效率。不同于常规浮船坞的干舷，该运输坞的干舷需满足《国际载重线公约》的要求，其值确定为4 m，使该运输坞具备在指定水域进行海上转移运输的能力。

基于上述要求，综合考虑各因素对船型设计方案的影响，确定该运输坞主体由1 只整体式浮箱和分布于浮箱甲板4 个角上的4 座浮力塔楼构成，船体为全电焊钢结构。浮箱内设有1 道水密中纵舱壁、4 道左右对称的水密旁纵舱壁和6 道水密横舱壁。这些水密舱壁将整个浮箱分割成纵向、横向对称布置的40 个压载舱和6 个泵舱。该运输坞的总体布置图见图1。

图1 40 000 t举力多功能运输坞总体布置图

4 设计理念

在研发该40 000 t举力多功能运输坞过程中，始终遵循结构安全、作业效率高和自动化程度高等设计理念。

1）在结构安全方面，在规范设计的基础上，采用全船有限元计算方法确保多种作业工况和复杂受力状态下的船体结构强度满足要求。该运输坞不同于常规浮船坞，除了具有浮船坞的功能以外，还具有下水工作船、甲板运输驳和半潜驳的功能，作业工况和受力状态比较复杂。因此，在设计该运输坞时，除了考虑常规浮船坞在沉浮作业工况下的结构安全以外，还要考虑船体结构在载货航行工况、纵向轨道进驳工况和横向滑道进驳工况下的强度。此外，结构安全还体现在该运输坞的横向下水能力方面。常规下水工作船的横向下水能力通常低于其纵向下水能力，该运输坞在控制船体结构重量的基础上，在确保结构安全的前提下，实现了横向下水能力与纵向下水能力相同，大大增强了自身的作业能力。此外，该运输坞配置有2 套不同型式的挠度测量系统，用于实时监测船体结构在作业时的纵向和横向变形挠度状态；同时，设定最大挠度报警，防止装载过程中因船体变形过大而导致结构应力超出设计范围。

2）在作业效率方面，提出变截面箱型梁形式的过桥连接梁，两端支承设计成搭接铰支形式，既能满足连接梁的强度和刚度要求，又能使其外形尺寸较好地适应可能出现的浮态变化和运动位移，通过有限元计算对运输坞作业过程中连接梁结构的最大挠度位移进行校核，保证移船小车安全行走和作业，提高作业效率。此外，在浮箱甲板的结构形式设计上，该运输坞采用非常规的船体结构形式，实现纵向进驳时可在浮箱甲板纵向位置上任意布墩和横向进驳时可在浮箱甲板任意位置摆放滑道的功能，大大提升产品的作业能力和适应能力。

3）压载系统是针对该运输坞作业情况和功能要求专门开发设计的关键核心系统，所有压载舱被划分成14 个区域，每个区域由2 ～3 个压载舱组成。通过压载水加载排放和强大的调拨功能，既能满足沉浮作业要求，又能满足横向移船和纵向移船作业的配载要求。压载系统中配置有14 台单级双吸离心泵并采用变频控制，每个压载泵进出口都设置有流量计，可根据流量计的信号反馈对压载泵进行变频调节，结合装载计算机预配载功能，实现该运输坞在沉浮作业状态下的自动配载功能，大大提高其自动化程度。

5 结 语

运输坞的设计基于常规浮船坞的尺度特点展开，根据作业功能和作业方式对船型和总布量进行了优化设计。在充分考虑结构安全的基础上，采用特殊的结构设计形式，通过调整滑道的间距、数量和位置，实现了与滑道轴线垂直方向上任意移动以及在浮箱甲板纵向位置上任意布墩的功能，大幅提高了作业效率，将多种作业功能集成于一艘船上。目前，该运输坞已成功交付使用，各项指标优异，有望大幅提高红星造船厂的海洋工程设施建造能力。