多用途船起重及重物失落工况分析

孙海晓

(上海船舶研究设计院，上海 201203)

多用途船可载运的货品种类多，包括大、重型工程件，例如,导管桁架、风车叶片等，甚至游艇、小船等。因此多用途船上配有起重能力较强的甲板起重机，有些还会配置吊梁，实现起重机的联吊功能，从而获得更大的起重能力。多用途船起重作业时，起重货物产生较大的横倾力矩，船舶通过压载水调整自身浮态，避免过大横倾，保证起重设备正常工作和船舶安全，一旦发生重物失落，由于船舶压载水左右分布不平衡，自身状态发生剧烈变化，极易导致事故发生，见图1。

图1 典型事故现场场景

1 起重作业稳性

2016年，IMO海上安全委员会第97次会议，通过了MSC.415(97)决议关于2008 IS Code中B部分修正案，增加了对从事起重作业船进行起重作业时的稳性考核要求，于2020年1月1日生效，适用于铺龙骨日期或者类似建造阶段在2020年1月1日及之后的新造船，或者在此日期后改造为用以起重作业的改装船。

MSC.415(97)决议中明确了适用于以下两种情况。

1)起重作业引起的最大横倾力矩大于公式(1)计算结果。

(1)

2)起重作业无横倾力矩。由于起吊重货导致船舶重心加高1%以上的情况。船级社通常认定有横倾力矩且起吊重货导致船舶重心加高1%以上的情况，也应计入在内。

同时，MSC.415(97)决议还明确要求考核最不利的起重情况。

MSC.415(97)决议中2.9.3条款给出了一般工况中的稳性衡准，区分为暴露海域作业和非暴露海域作业两种情况，决议2.9.4条款给出了在环境和操作限制下的起吊衡准，可替代2.9.3中的稳性衡准。此外从事起重作业的船舶还应承受2.9.5条款中关于“重物失落”工况的衡准要求。2.9.6条款则是给出了2.9.3条款到2.9.5条款所有衡准的替代方法。本文主要以一般工况采用的2.9.3条款和2.9.5条款作为主要分析内容，也是多用途船设计中最常采用的衡准要求。

起重作业时应满足的稳性衡准。

1)IS Code中A部分对于完整稳性的要求。

2)船舶横倾角度φ1，不得超过起重设备允许的工作角度，通常由设备资料确定，一般为5°[1]。

3)对于非暴露海域起重作业，船舶剩余干舷不小于0.50 m。

4)对于暴露海域起重作业，船舶剩余干舷不小于1.00 m或75%最大有义波高，取大值。

重物失落时应满足的稳性衡准。

复原力臂曲线上，重物起吊相对另一侧复原力臂下的面积大于起吊一侧复原力臂下的面积，见图2。

图2 典型重物失落复原力臂曲线

1)暴露海域起重作业时，面积A2>1.4倍面积A1。

2)非暴露海域起重作业时，面积A2>1.0倍面积A1。

虽然MSC.415(97)决议对船舶起重作业提出了具体的衡准要求，但遗憾的是并没有给出统一的方法解释如何确定船舶起重作业的最不利情况。目前重吊多用途船稳性校核中，多考虑船舶空载时起重作业的状态[2-4]，此时船舶装有大量压载水，吃水浅，重心低，稳性好。船舶实际装载过程中，有可能会出现多次重货起重作业情况，每一次的起重作业时的船舶状态较前一次都有所不同，甚至可能出现舱内装满货品，将大、重型工程件最后吊装在舱盖上进行运输的情况。

2 船型概况

以一艘8 800 DWT多用途船作为分析对象，分析内容和结论也同样适用其他类似从事起重作业的船舶。

8 800 DWT多用途船是上海船舶研究设计院开发的新一代多用途船(见图3)，适用于装载杂货、钢卷和大型工程件、煤和矿石等散货，舱盖上可装载集装箱和甲板货。该船的主尺度为总长：122.20 m；垂线间长：119.60 m；型宽：19.80 m；型深：10.70 m；设计吃水：7.20 m。

图3 8 800 DWT多用途船总布置

主甲板上左舷设2台起重能力50 t的起重机，具备联吊功能，实现大型工程件的装卸，联吊时吊梁距船舶舷侧最大距离12.0 m。全船设艏尖舱，4对底压载舱和5对边压载舱，用于调整船舶浮态，其中第3边压载舱和第4边压载舱用作防横倾舱，可用来控制船舶起吊过程中的横倾角度。

3 衡准适用性

船舶正常压载到港时，大部分压载舱都携带有压载水，靠码头后进行装货作业。随着舱内装货的增加，船舶吃水逐渐加深，压载水逐渐排出舷外。由于无法确定货物的具体形状和位置，因此假定货物以均值货形式装载在货舱内，此时假定的货物重心高度较实际高度偏高，可认为船舶处于一种较不利的状态。假定联吊时重物起吊高度超过舱盖顶高度位置2.0 m，根据MSC.415(97)决议计算船舶各吃水状态下横倾力矩衡准值，以及各吃水状态下起吊货物对重心变化的影响，见表1。

表1 不同吃水横倾力矩衡准值及起重作业重心高度变化

4 起重工况

国内外主要船级社起重设备规范要求，起重设备工作时，船舶横倾角度不大于5°，纵倾不大于2°，国内外一些主流船用起重机生产商也按照此标准设计船用起重机。船舶起重作业非常缓慢，中间伴随着压载水的调配，以使得船舶处于良好的浮态范围。以8 800 DWT多用途船为例，船舶整个起重作业过程，分为4个阶段。

1)起吊准备，此时起重机吊臂伸出左舷舷外，处于联吊最大舷外跨距位置处，通过防横倾系统向右舷预置压载水，船舶右倾，处于允许的角度范围内，为左舷起吊重货做好准备。

2)重物吊起，随着起重机举力的增加，压载水系统继续将左舷压载水调拨到右舷，随着重物的吊起，压载水调拨到位，船舶左倾，仍处于允许的横倾角度范围内。

3)重物经过舷侧，起重机吊臂相互配合旋转90°，此时重物位于船舶舷侧上方，同时压载水舱配合调拨，保证船舶的浮态。

4)重物装船，起重机吊臂继续旋转，重物吊至货舱舱口中间正上方准备装船，同时压载水舱配合调拨，保证船舶的浮态。

对上述起重作业过程分析可知：①船舶在重物吊起时受到的外界横倾力矩最大；②船舶重物吊起至装船，船舶经历一个时历过程，起重过程横倾力矩由最大逐渐减为最小，起重机的旋转速度可随着压载水调拨能力调整，船舶相对而言比较安全；③起吊准备到重物吊起，相对是一个瞬时过程，船舶状态发生突变，不确定因素较多。

8 800 DWT多用途船按照空载和满载情况进行计算的起吊准备和重物吊起后的状态见表2，工况计算中假定船舶处于一个特定状态，并预置特定量的压载水，可避免起吊前和吊起后发生过大横倾。

由表2可见，起吊过程中，如保证起吊准备预横倾角和吊起后横倾角度控制在较小范围内，需在起吊时调拨大量的压载水，这就对防横倾泵或压载泵提出了很高的要求，同时，还应考虑起重机举力从零到吊起重物的时间，尽量延长起重机的发力时间，缓慢增加起重机的举力，避免重物吊起时，压载水还没调拨到位的情况。当不采用压载水调拨时，满载状态横倾角度更大，已达到了起重机正常工作允许的横倾角度，可以判断，船舶满载进行起重作业时处于一种更不利的状态。船舶实际建造中，通常不具备满载状态进行起重试验的条件，营运过程中，船舶实际装载时状态多种多样，进行起重作业时，应对船舶的实时状态进行核算，根据起吊货物的重量，确定合适的预横倾角度，保证船舶起重作业安全。

表2 8 800 DWT多用途船工况计算起重状态

5 重物失落工况

为保证装卸安全，一些重大件运输公司要求多用途船装卸过程中，船舶横倾不超过3°，而在工程实践中，对横倾的要求会更高，通常不超过1.5°。对横倾角度的要求，意味着压载水调载能力需要增强，船舶另一侧重物失落时平衡角度也会相应增加。一旦出现重货失落的意外情况，在防横倾水舱产生的平衡力矩与突然增加的初稳性高的双重作用下，会产生剧烈横摇，甚至会导致船舶倾覆[5]。

8 800 DWT多用途船重物吊起时不同初始角度发生重物失落后的计算结果见表3。

由表3可见，重物吊起时初始角度较小时，由于较多压载水调拨到起重货物的另一舷，发生重物失落后的平衡角度较大，计算的复原力臂下对应的面积比值较小，即采用较大的横倾限制角度进行起重作业时，发生重物失落时船舶相对更安全。对比空载和满载起吊状态，在相同重物吊起的初始角度下，满载起吊较空载状态发生重物失落后的平衡角度更大，横倾进水角度更小，复原力臂下对应的面积比值更小，因此满载起吊情况下，发生重物失落时，船舶处于一种更危险的状态。

表3 8 800 DWT多用途船重物失落状态

6 船舶极限起重能力

由表2和表3计算的工况可知，8 800 DWT多用途船联吊100 t时稳性仍具备一定的余量，在不考虑防横倾泵配置，起重时间，起重机自重增加等因素的情况下，逐步增加船舶的起重能力，直至达到稳性极限状态，见表4。

表4 8 800 DWT多用途船极限起重时重物失落状态

当船舶按照空载状态核算起重能力时，其极限起重能力可以达到360 t，按照满载状态进行核算时，极限起重能力仅为155 t，因此在船舶设计过程中，如参照船舶空载起吊状态配置船舶起重机的起重能力，应同时对船舶满载及其他装载状态起重作业情况进行约束，避免发生起重事故。

7 结论

以往多用途船设计中，部分船级社对于船舶起重作业稳性都有各自的建议衡准，MSC.415(97)第一次从法规层面规定了具体的衡准要求，本文通过对一艘8 800 DWT多用途船进行起重作业分析研究，得到以下结论。

1)采用MSC.415(97)在判定船舶的衡准适用性时还存在一定的盲目性，应当进一步明确船舶的最不利起吊情况。

2)多用途船设计中，起重工况的校核通常采用船舶空载状态，此时船舶重心低，稳性好，根据计算可知，船舶满载起重作业时处于一种更不利状态，应对满载时的起重工况加以核算；如参照船舶空载起吊状态配置船舶起重机的起重能力，应同时对船舶满载及其他装载状态起重作业情况进行约束，避免发生事故。

3)船舶实际装载时状态多种多样，存在诸多不确定因素，进行起重作业时，应对船舶的实时状态进行核算，根据起吊货物的重量，确定合适的预横倾角度，横倾角度变化量，以及合适的调拨压载水量，保证船舶起重作业安全。

文中假定的满载状态，以船舶货舱满载均质货品为基础，重心位置偏高，船舶处于自由漂浮状态，而实际船舶装载时重心位置较均质货品偏低，且处于码头系泊状态。船舶设计时，如采用较高的重心位置核算工况，则会影响起重机的配置，无法发挥船舶的潜力，如何平衡船舶起重机配置的起重能力和明确船舶起吊工况的最不利状态，还有待法规进一步明确。