散货船装载集装箱方案及可行性分析

◎ 谢坤 中远海运散货运输有限公司

1.前言

2021年受新冠肺炎疫情影响，全球港口严重拥堵，集装箱码头的空箱周转率和船舶运行效率大幅下降，导致国际物流供应链不畅，全球供应链出现了前所未有的危机，国际航运集装箱市场运力供需出现失衡，运价持续保持高位。为了进一步挖掘运力潜力，缓解集装箱船运力的供给矛盾，本文对散货船的运力进行了挖掘，就散货船装载集装箱的可行性作了分析[1]。

散货船主要用于运输散装干货，也具备装载包装货及非标准货物的能力[2]。但在船型的设计上目的是为了满足装载干散货这一要求，如需具备装载集装箱的功能，还要在装载集装箱后满足结构安全、稳性安全、消防安全、系固绑扎等各方面的要求。

中国船级社2021年发布了《关于利用散货船运输集装箱的技术通告》，要求散货船装载集装箱应满足公约、规则、行业的相关要求，具体如下：

（1）结构安全。船舶应采取有效措施将集装箱的箱角载荷传递至船舶承载区域的主要船体构件。集装箱箱角和系固绑扎的船体支撑结构应有足够的结构强度，防止承载区域的结构损坏。集装箱堆重限制应不允许超过货舱内底结构、舱盖最大许用载荷。

（2）稳性安全。船舶装载手册（含完整稳性和总纵强度）与破损稳性计算手册中增加装载集装箱、甲板货的典型工况，更新装载仪软件。

（3）系固安全。按照M SC.1/Circ.1623《货物系固手册编制指南》的相关要求制定安全系固方案，保证集装箱、甲板货系固安全。系固需按照IMO《货物堆装和系固安全操作规则（CSS Code）》适用要求，确保载运的集装箱整体刚度和固定，对集装箱整体底部、四周和顶部与船体结构之间采取有效措施进行系固，防止移动、倾斜和崩塌。

（4）消防安全。按照SOLAS公约II-2章10.7条要求，2014年7月1日后安放龙骨的船舶，装载集装箱的处所要有固定式气体灭火系统。

（5）驾驶室可视范围。按照SOLAS公约第V章航行安全第22条，对驾驶室可视范围进行了明确的规定，集装箱、甲板货积载于散货船甲板和舱盖上不能影响驾驶位置、主操舵位置、驾驶台两翼位置的视线和盲区。

（6）舾装数。核查船舶舾装数，确保锚泊设备满足规范要求。

2.装载方案

2.1 船舶基本信息

选取船舶为2017年国内某船厂建造的3.8万吨散货船，为大舱口、双壳的无限航区散货船。船舶的总布置图如图1所示。

图1 总布置图

2.2 集装箱布置方案

40尺集装箱尺寸为长12192mm、宽、2438mm、高2896mm,20尺集装箱尺寸为长6058mm、宽2438mm、高2591mm。

综合考虑货舱开口、货舱和舱口盖的堆重要求、驾驶室视线和绑扎能力等，对货舱、舱口盖分别装载集装箱，一共装载40尺集装箱334箱、20尺集装箱108箱。具体的箱位布置如图2所示。

图2 集装箱积载图

3.规范校核和可行性分析

3.1 结构强度计算

按照《钢制海船入级规范》第二篇第1章第5节的要求对货舱结构强度直接计算[3]，以三维有限元模型为一个舱段，并向首尾分别延伸半个舱。结构计算的设计载荷需要包含总体载荷与局部载荷，考虑垂向弯矩、货物载荷等。总纵弯矩分为中拱和中垂，包含静水弯矩和波浪弯矩。弯矩和加速度按照规范要求选取。

表1 船舶主要参数

在集装箱下方沿船宽布置30毫米厚的钢板，让集装箱的垂向载荷作用在这样的钢板上。以一组点的载荷施加于模型，载荷包括总纵弯矩、绑扎力、箱角载荷，并对箱脚附近的结构进行评估。计算结果显示，箱脚布置在实肋板上能满足80吨堆重，布置在纵骨上能满足60吨堆重。

3.2 稳性安全校核

按照船舶静力学原理[4]，船舶初稳性高度GM值越大，复原力矩越大，抵抗倾斜力矩能力越强。船舶在甲板或舱盖装载货物后重心变高，GM值会变小。根据本文的装载方案，对满载离港工况进行稳性计算，并与IMO的规范进行校核。

《2008年国际完整稳性规则》对船舶稳性给出了一系列要求[5]，包括静稳性和动稳性。静稳性的衡准主要是关于复原力臂曲线特性，动稳性则要求为强风和横摇衡准。国际完整稳性规则的要求主要包括以下方面：

1）初稳性高度G M 值不小于0.15米。

2）复原力臂曲线（GZ曲线）下的面积在横倾角=30度或以下时，应不小于0.055米-弧度；在横倾角=40度或以下时，应不小于0.09米-弧度。此外，当横倾角在30～40度之间时，复原力臂曲线下的面积应不小于0.03米-弧度。

3）在横倾角等于或大于30度时，复原力臂至少为0.2米。

4）最大复原力臂应出现在不小于25度的横倾角时。

5）复原力矩曲线下的面积大于风倾力矩下的面积。

表2为稳性的计算结果，均满足IMO国际完整稳性规则的要求。

表2 稳性计算结果

3.3 舾装数计算

海船的锚泊设备应根据船舶种类、航行水域及其CCS《钢制海船入级与建造规范》求得舾装数，并按照舾装数配备拖索和系船索的数量、长度及破断负荷等[6]。按照CCS《钢制海船入级与建造规范》，舾装数N计算公式如下。

式中：

Δ—夏季载重水线下的型排水量（t）；B—船宽（m）；h—从夏季载重水线到最上层舱室顶部的有效高度（m）；Sfun—烟囱的有效正投影面积（m²）；A—船长（L）范围内夏季载重水线以上的船体部分和上层建筑以及各层宽度大于B/4甲板室和烟囱侧投影面积的总和（m²）。

原船的舾装数如下：

装载集装箱后侧面积增加522.4平方米，舾装数为：

锚、锚链按照舾装数2530～2700选取，拖索、系船索按照舾装数2700～2870选取。经核实，船舶配置的锚泊和系泊设备均满足要求。

3.4 其他要求

1）驾驶室可视范围。按照SOLAS公约V章22条求，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度范围内均不应有两个船身以上的长度或 500米（取其小者）遮挡。该轮舱盖按照该方案装载集装箱后，舱盖上集装箱高度能满足驾驶室视线图的要求。

2）消防安全。按照SOLAS公约II-2章10.7条要求，2014年7月1日后安放龙骨的船舶，装载集装箱的处所需要有固定式气体灭火系统。该轮货舱配有二氧化碳气体保护，满足要求。

3）绑扎系固方案。根据CCS《钢制海船入级与建造规范》及M SC.C i r c 74 5《货物系固手册编制指南》，该轮对舱盖和货舱的集装箱计算绑扎力，编制绑扎系固方案，并提交船级社审批，确保装载的集装箱整体刚度和固定；对集装箱整体底部、四周和顶部与船体结构之间进行系固，防止移动、倾斜和崩塌。

4.结束语

本文在船体结构不进行重大改造的前提下，充分利用现有船体结构的水平，对灵便型散货船进行货仓内和舱盖上装载甲板货的改装设计。并根据船级社的规范、规则和公约的要求，对装载集装箱后的船体结构、船舶稳性、消防、系固绑扎等方面进行了校核，结果均能满足公约和规范要求。通过本文研究，能进一步挖掘灵便型散货船运力潜力，在保证货物和航行安全前提下，进一步提升灵便型船舶市场竞争力,缓解集装箱船运力的供给矛盾。