船舶总布置设计研究

邱 鹏，史文杰

（武警海警学院 机电管理系, 浙江 宁波 315801）

关键字：甲板运输船；总布置设计；使用性能

0 引言

总布置设计是在满足运营要求和确保船舶航行性能以及安全性能的前提条件下，合理地对船舶的结构空间进行整体布局，从而详细地绘出总布置设计图。船舶总布置设计是船舶设计中总揽全局性的一项任务，它的存在涉及到船舶的各个方面，并且都会贯穿在任何一艘新船设计的每个阶段。总布置设计不是一项独立的设计工作，而是要统筹协调各种其他设计之间的功能需求以及矛盾的综合性工作。不同类型的船舶，由于其用途及航行条件的不同，总布置的特点也有所不同。在总布置设计时，除了照顾各类船的特有需求外，都会遵循以下规则：1）要尽可能地满足和提高船舶的使用效能，例如运输船舶首先要合理地利用舱容，提高装卸能力，确保运输的安全性和运输能力；2）保证船舶的航海性能，总布置设计时应该采取适当的方式来确保船舶在航行时具备较好的稳性、浮态、操纵性以及耐波性等；3）要满足船体建造工艺的合理性与结构的稳定性要求，总布置设计应注重重量的分布，力求减少纵总弯矩和剪力，要重点关注结构的不连续性以及纵向构件截面的突变，避免应力集中带来的不利影响。各种舱壁的设置要充分考虑它们对结构强度、振动以及施工的约束等；4）要符合法规和相关标准。例如船舶消防等规定，破舱稳性对分舱的要求，以及救生设备的部署等。在后续的其余设计中，各专业开展船舶详细设计后，通常都会对初步设计的总布置设计结果提出各种调整意见，那么此时总布置设计的工作是要统筹协调各种需求矛盾，从而完善总布置设计，反馈工作一般都会延续到完工设计阶段。由此可见，船舶的总布置设计对于船舶整体设计的最终成功以及性能都起着至关重要的作用。

1 船型特点

甲板运输船主要用于运输尺寸较大的不可拆分的整体货物，其中包括海洋工程整体模块、大型发电装置、海上风力发电模块、大型钢结构或者混凝土结构、石油开采设备、卫星以及各种军事设备，该船属于布置型的特种船舶，其甲板面积非常大，货物装卸方便，能够运输的货物种类多种多样[1]。基于以上特点，该船型总布置设计的特点与难点主要表现为：

1）船宽大，型深小，长宽比小

对于甲板运输船而言，根据其用途的要求，运输的单件货物重心很高，可搭载货甲板以上30 m，只有设置足够的船宽和水线面面积，才能提供满足稳性要求的复原力矩。为提高甲板运输船的稳性，降低整船的重心高度，这也是常用设计手段，在满足压载舱和其它舱室布置要求的前提下，设计较小的型深合理。

2）全通无障碍载货甲板

典型的甲板运输船沿船长方向可分为载货甲板区和居住机舱区。根据货物的高度，载货甲板区一般设置于船尾，驾驶室和居住舱室一般位于船首，若货物高度不高，载货甲板也可设置于船首。在载货甲板下设置有压载水舱、推进器舱、燃油舱、泵舱等。

3）压载系统特点

对于甲板运输船而言，由于长期处于设计吃水和压载吃水2种工况，因此压载系统的设计在总布置设计时应着重考虑。除此之外，还要重点考虑装卸货时船舶吃水和浮态的调节能力（调节幅度和调节速度），甲板运输船整个压载系统的特点在于设置有均匀布置的压载水舱，且压载系统管路设计复杂，每个压载舱的容积也较大，一般全船会设置4台左右的压载泵，作业时需要多台压载泵同时工作[2]。

4）推进系统

由于甲板运输船吃水较浅、型宽较大，导致其航向稳定性较差，为了保证该船型具有较好的操纵性能，所以一般采用双机双桨设计。变频器、变压器以及电动机等均在船尾，布置便利。

本文甲板运输船舶的主要参数如表1所示。

表1 该型船主尺度表

2 总布置设计

2.1 纵向舱壁的布置

根据《钢制海船入级规范》结构分册中第12章节的相关要求，在全船设置2道纵向舱壁，即可满足强度要求。由于本船的型深较小，对强度要求较高，因此本船在载货甲板下方设置2道纵向水密舱壁。具体布置如图1所示。

图1 纵向水密舱壁布置形式

本甲板运输船通过设置2道纵向水密舱壁，将船体沿船长方向分隔为3列水密分舱，将舷侧2个水密舱室设置为压载水调节水舱，压载水舱的作用是船舶在码头装卸货物时可以调节船舶浮态，在船舶不装载货物时保证一定的吃水，使船舶维持良好的推进性能，设置在两侧也可以增加横倾力矩，增加船舶稳性[3]。

2.2 横向舱壁的布置

根据《钢制海船入级规范》第二章12节中的相关要求，尾机型的船舶船长在75～95 m的需要设置6道水密舱壁，考虑到本船的横向强度及稳性要求，本船实际布置13道水密横舱壁，如图2所示。载货甲板下横舱壁等距离的设置，可以保证该船横向强结构的布置更加规整。

图2 横向水密舱壁布置

2.3 机舱布置

目前大型甲板运输船采用的推进方式主要有电力推进和柴油机推进。电力推进的优势有：1）电力推进系统整体布置灵活，在使用电力推进的甲板运输船中，电动机舱一般设置在船尾，内部设置有推进电机和泵组，而动力电站一般布置在船首，动力电站内设置有电站管理系统、变压器、配电系统等。通过这种布置，排气烟道可以设置为从首部甲板烟囱直接排放，使整个载货甲板平整规范，没有突出的结构，提高甲板运输船的有效载货面积。2）节约燃料，提高船舶的经济性。在电力推进系统中，电动机的转速通过变频器来调节，自动电站输入的功率可以控制最优额定转速，其运转状态不受船舶操纵影响。柴油机推进系统中，转速在逐渐加速的过程中功率会相对降低。根据国内厂家提供的数据，电力推进系统船舶的综合油耗比普通柴油推进的要低8%左右。虽然电力推进系统有一定优势，但是其缺点在于成本过高，整套系统比常规推进系统复杂，使用电力推进系统的建造成本要高出70%左右，对于资金紧张的船东来说，柴油推进系统是比较合适的选择[4]。

机舱部位是总布置设计时必须认真研究的问题。因为它影响到全船不同区域的布局和上层建筑的位置，从而也影响到船的使用效能与技术经济问题。通常，按机舱沿船长所处的不同位置可把船分为尾机型、中机型和中后机型船等，本船所采取的是尾机型，该布置的优点是机舱布置在尾部可使中部方整的船体设有货舱，便于货物装卸与清舱，也有利于货舱口布置，这对于提高整体使用效能和经济效益都非常有利。但尾机型也有一定的缺陷，比如船舶的浮态调整显得尤为困难。同时，若机舱等都在尾部，对该部位上层建筑的船员的生活舒适性也有影响。另外，尾机型对船体尾部型线的收缩也有一定难度，容易给水动力性能带来不利影响，比如阻力增大、螺旋桨推进效率难以提升等。因此，机舱的设计尤为重要。

本船的机舱布置使用常规的柴油机推进，机舱和烟囱均设置在船舶尾部，这样设置主要是为了降低排气管路系统的复杂度。同时，方便船体前段布置货物，机舱前端设置2个燃油舱，烟囱设置在尾楼甲板最顶端。

2.4 载货甲板区域布置

载货甲板是甲板运输船最重要的技术指标，关系到整条船舶的营运性能和码头的装卸效率[5]。本船在尾部设置生活舱室和烟囱、桅杆、缆桩、系泊绞车等设备，载货甲板设置在船舶中部，因此其装卸方式为侧面滚装或者吊装。本船在进行载货甲板布置时应尽量减少载货区域甲板舱室和设备布置。载货甲板布置图如图3所示。

图3 载货甲板布置图

2.5 船舶压载系统布置

甲板运输船由于装载的货物重量一般较大，货物通过吊装进行装载时，船舶浮态的变化会比较剧烈。因此，合理设置压载水舱和保证足够的调节能力十分必要。本船在载货甲板下左右舷侧及船尾设置压载水舱，既可以降低船舶重心，也可以增大横倾力矩，提高稳性。

为保证本船能够快速调整浮态，沿舷边从船首至机舱布置2套压载水管系，如图4和图5所示，整个压载水管系布置简单，不占用船舶中部空间，使用2台500 m3/h的压载泵，可以在1.5 h内完成压载水排舷操作。

图4 压载水舱布置图

图5 压载水舱管路布置图

2.6 首楼的设计布局

首楼的设计一般与船舶用途、船的大小、船舷高度、海域环境和干舷高度有关，还与甲板上的设备布置有关。根据规定，为了使船首的最小高度符合要求，对于通过设置艏楼来满足首部最小干舷高度的船舶，首楼的长度自艏垂线算起应不小于0.07Lpp。除此之外，首楼甲板的面积还需要满足甲板上设备的布置要求。一般而言，甲板运输船首楼甲板的长度为船长的8%～10%。

本船首楼的设计首先考虑甲板上浪，因为对于甲板运输船，首部型线一般比较宽扁肥大，航速较高时，非常不利于首部水的排开。当船迎浪航行，波浪较大时，容易出现首部上浪情况，而对于甲板运输船，水会直接作用于载货甲板上，对甲板上人员、货物以及设备的安全构成威胁[6]。因此，首楼的设计对甲板运输船很有必要。本船在首楼布置锚机、锚链舱、灯具间等。具体布置如图6所示。

图6 首楼布置图

2.7 系泊设备的布置

甲板运输船的系泊设备一般布置较为灵活，可以在首尾甲板设置带缆桩、带缆孔，也可以在中部载货甲板舷边设置下沉式带缆桩。本船在首部设置4个带缆桩，8个导缆孔，在尾部设同样数量的带缆桩和导缆孔。出于甲板整体性和经济性的考虑，本船中部载货甲板未设置下沉式带缆桩。

2.8 上层建筑布置

本船在主甲板之上设起居甲板、驾驶甲板和罗经甲板。而各甲板室高度的确定需要根据规范要求、驾驶室盲区要求和上层建筑对舾装数的影响等3个方面决定[7]。首先，规范中对层高的要求是净高必须大于2030 mm；其次，本船属于布置型船舶，舱室布置在满足正常生活需要的前提下，根据布置进行设计。

各层甲板室主要布置情况如下： 上甲板室内布置有厨房、餐厅与娱乐区、船员室、机舱棚、杂物间、办公室、吸烟室、货油控制室、应急发电机室、CO2室、船员室（2间）、卫生间、索具间、油漆间、机舱棚、管弄、梯道。尾部设有液压系泊绞车2台和带缆桩、导缆孔、导缆滚轮等系泊设备。

起居甲板内布置有船员间、卫生间、大副室、三管轮室、楼梯。

驾驶甲板室内布置有驾驶室、报务区、海图区、船长室、轮机长室、会客厅、梯道。罗经甲板上设有信号桅、船名牌、磁罗经、探照灯和各种天线。

主甲板起居处所具体布置如图7所示，其它各层甲板室的具体布置情况如图8～图10所示。

图7 上甲板室内布置图

图8 起居甲板室内布置图

图9 驾驶甲板室内布置图

图10 罗经甲板室内布置图

3 结语

通过对甲板运输船的总布置进行设计，对纵横舱壁、载货甲板、首楼、尾楼、系泊设备、压载系统等进行讨论。全船从船首至船尾分别设置帆缆舱、锚链舱、首尖舱、压载水舱、空舱、燃油舱、机舱、舵机舱、尾压载水舱等水密舱室，压载水舱对称设置在载货甲板下，压载水舱之间设置空舱，以保证其有足够的稳性。除此之外，还设置有应急消防舱、测深仪舱、滑油储存舱和冷却水舱等。本船在船尾设置3层甲板，分别是起居甲板、驾驶甲板和罗经甲板。载货甲板四周设置围板，形成巨大的露天载货甲板，各甲板舱室按照工作要求和生活要求，力求简洁和完备。