16000 GT客滾船的研究和設計

王 麟 張敏健

（上海船舶研究設計院,上海 200032）

0 前 言

客/車滾裝船是運載旅客和用車輛直接上下船進行貨物裝卸的船舶，其特點是裝卸快、航速高、操縱靈活，可以裝載旅客拖車、集裝箱、貨車等各種貨物；客/車滾裝船還具有軍民兩用的特點,可以乘載軍人和運輸各種軍用物質和坦克兵等；正是由于客滾船具有客船和滾裝船的雙重功能，它又具有貨艙甲板面積大，線型特殊（方形系數較小，具有全寬的船尾等）；具有主推進裝置功率較大，機艙體積小且高度低、貨艙通風量大，操縱自動化程度高，載客量多等特點，它是一種高新技術的船型。

隨著我國人民生活的不斷改善，公路網絡的日臻完善，汽車工業的快速發展，家庭轎車的擁有量在不斷的增加，自駕旅游的人會越來越多，因此對客滾船的市場需求也日趨旺盛。由上海船舶研究設計院為中?？洼喒驹O計的16000 GT客滾船，正是在這種市場背景下應運而生，該船主要航行于大連和煙臺之間，兼顧國際短程。

1 16000 GT客滾船的主要參數

2 設計背景

16000 GT客滾船是在渤海灣客貨運輸日益繁榮，渤海灣的客滾船事故頻發，交通部對渤海灣水域的船舶安全性逾加重視，國家法規日趨嚴格的背景下開始設計，它是我國自主設計的第一艘客滾船。

3 總布置特點

本船為雙機雙可調槳、雙舵、球鼻首、方尾，并設有首側推、減搖鰭和防橫傾裝置。

本船具有多層連續甲板，機泵艙位于尾部。

車輛裝在第一和第三甲板，車輛裝卸通過三甲板尾部的尾門進入三甲板（上貨艙），并可通過設于尾部右舷的固定坡道進出第一甲板（下貨艙）。

旅客和船員區域布置在第五至第八甲板。五甲板中部主要布置旅客進廳，服務臺、小超市及三、四等客艙，尾部布置一般船員居住區。六甲板主要布置旅客、船員餐廳和酒吧、多功能娛樂廳等公共艙室，首部布置二、三等客艙。七甲板主要布置一、二、三等客艙，八甲板為駕駛臺和高級船員居住區，其后布置一等客艙。

4 線型及螺旋槳激振力

根據客滾船航速要求高和布置上要求尾部寬，適合安裝尾門、跳板和寬大的汽車甲板面積等特點，要求客滾船的線型快速性好，具有良好的推進因子，同時伴流場要均勻，避免由螺旋槳產生的振動。希望通過攻關研究，優選快速性、穩性、耐波性和操縱性等綜合性能良好，并能獲得避免尾部振動的優良線型。

作為16000總噸客滾船設計的母型船 “棒棰島”號和“海洋島”號，是船東在荷蘭訂造，于1996年相繼交船的二艘客滾船，現為大連—煙臺航線營運的主力船型。經過長時間的使用考驗，船東認為除了交船時就存在的倒航時尾部振動的缺陷外，其他諸如船型尺度、航速、穩性、抗浪和操縱等方面性能良好，使用滿意。關于倒航時尾部振動問題在第二艘船“海洋島”號的尾部結構作了局部加強，振動情況有所改善，但仍未能徹底消除。因此船東特別強調在新船設計時注意振動問題。為此，我們線型研究重點是對尾部線型作了研究。抬高螺旋槳附近縱剖線，加大與螺旋槳的間隙會使尾管出船殼位置的前移，造成尾管進水部分過長，尾管和尾管軸承制造和安裝困難。因此，我們選擇在原線型平行舯體處加長2.5 m，倒車振動問題可通過螺旋槳設計和尾部加強予以克服。

應船東要求，為增加客船的舒適性，在壓載工況和主機MCR功率下，設計的螺旋槳不得有面空泡和槳轂渦空泡，葉背不得產生云霧狀空泡和球狀空泡，不得產生有害的葉稍渦空泡，葉背的片狀空泡必須是穩定的。同時船東要求尾部螺旋槳激振力峰值不得超過3 kPa。

為保證本船空泡試驗的成功，也為了使試驗的方法與實船的工況更接近，為此，我們安排本船的空泡和激振力試驗在大型循環水槽進行，專門做了一個玻璃鋼船模，以模擬實船航行的狀態，最后測試的結果是螺旋槳激振力峰值為2.1 kPa。這也是我國民用船舶第一次在大型循環水槽中做螺旋槳空泡和激振力試驗。

5 分艙和破艙穩性研究

按照IMO海大A265（VIII）決議，采用概率論方法計算客船破艙穩性，其作為對“1966年SOLAS第II章B部分（確定性計算方法）等效和全部代替的辦法，已是客船特別是客滾船破艙穩性計算的趨勢。

確定性計算方法的主要優點是計算原理簡單，概念清晰，規則條款可操作性強。在計算手段缺乏的情況下，還可手算完成。

概率論計算方法不提一艙或二艙，三艙不沉的概念，只講“能達到的分艙指數A”需足夠大，應不小于“要求的分艙指數R”。這既體現了破艙浸水的機率性又在具體計算過程中予以涵蓋。A.265（VIII）規則的條款繁復，理解不易，猶如游戲規則，若能融會貫通，便可獲得對分艙指數A的最大貢獻。而計算過程的工作量大，手工根本無法完成，即使借助電腦，也需比較完備的計算程序。我院2002年引進的NAPA系統軟件，為研究計算破艙穩性，提供了良好的條件。

基于母型船通過A.265（VIII）規則并計算合格，本船基本布局和主要參數類同。但由于增加了半層上層建筑,結構重量和空船重心則應有增加和提高，使相應GM值下降。同時因船長略有增加，所要求的分艙指數也隨之略有提高。此外，最引人關注的則是母型船原設計在通往底層汽車艙的固定坡道下半截做成活動式，絞鏈設在坡道底端，翻開豎起后，即成坡道下口水密門。坡道處形成一水密艙，利用它在計算中可對分艙指數A有貢獻。估計原為達到滿足破艙穩性而設置。這些即為研究本船破艙穩性的要點。同時，通過對NAPA程序和A.265（VIII）規則的學習和使用，加深了理解并進一步提高。計算結果表明本船滿足A.265（VIII）要求。

本船設計采用干舷甲板下橫向B/5分割，由于載客人數較多，采用概率論方法時，較難達到分艙指數“A”，需將B/5以內破損組合的貢獻計入，才能達到。另外,我們曾經將確定性方法與A.265（VIII）的概率論方法進行了比較,就本船而言，確定性方法只考慮分艙程度較高的B/5以外部分的破損情況,會得出更好的結果,只要較小的GM值就能滿足要求。但我們認為概率法應該更符合客滾船的實際情況。

6 結構設計

在結構設計時,我們與船級社的有關技術人員進行了交流,首先是車輛甲板強度問題。根據規范，對于1個板格有2個輪印時，則可將其視為一個輪印，設于板格中間并取輪印上的荷重之和。但我們認為,根據滾裝船的裝載情況，兩輪印有一段距離時，一般取板格上1個輪印，其受力點位于板格的中間，此力學模型更能真實反映實際情況，甲板的強度應按此種情況計算。根據船級社的要求，我們對板格單元進行了有限元分析（簡支邊界條件）結果顯示，在輪印間距為1360 mm時，板格上受2個輪印與板格中間受1個輪印的作用，其應力情況基本一致，從而證明板格上算一個輪印的荷重是正確的。甲板厚13.5 mm滿足強度要求。

母型船“棒槌島”和“海洋島”的車輛甲板也只有13.5 mm，經過十年的使用，情況良好，絲毫沒有變形。

第二個問題是強力甲板的選取。根據規范，強力甲板是指上層連續甲板。而本船有多層連續甲板。我們認為，規范中強力甲板的定義是針對一般貨船而言，即單甲板船，而本船是客滾船，有多層連續甲板，應該區別對待。本船將強力甲板定義在五甲板較為合理，各層甲板構件尺寸以實際應力計算值確定。

第三個問題是七甲板、八甲板的板厚按甲板室還是按上層建筑計算。根據規范，上層連續甲板上，由一舷伸至另一舷或其側壁板離船殼板向內不大于4%船寬的圍蔽建筑為上層建筑。所以七甲板、八甲板的板厚應按上層建筑甲板的要求計算。但我們認為，本船干舷甲板為三甲板。干舷甲板離七甲板、八甲板的距離足夠遠，航行時，海浪基本不會打到七甲板和八甲板，如按LR的定義七甲板已為型深上部第四層甲板，甲板6 mm已滿足要求。母型船的七甲板、八甲板厚度也只有6 mm。按LR對客滾船的要求，其居住甲板的厚度6 mm也滿足要求（Part4,Ch2,Sec.3.2）。另外，上層甲板的厚度增加，會引起本船重心的提高，對滿足破艙穩性的要求十分不利。

另外，我們結構專業采用了DNV船級社的SESAM軟件進行了有限元計算分析，通過逐步近似的方法，反復合理調整構件布局和尺寸，進行強度校核。關于疲勞強度問題，考慮到本船載荷變化影響很小，由此引起的吃水變化范圍不大。載荷分布均勻，航行區域海況變化不大。所以就本船而言，結構疲勞強度不是主要問題。經向船級社咨詢，援用了GL的Poseidon計算軟件進行了計算。結果顯示，本船結構設計良好，能滿足疲勞強度要求。

7 救生設備配置

16000 GT客滾船是一艘航行于國內近海和國際短途的客滾船。其救生設施的配置，主要考慮二方面，一方面是國際短途航行時，其載客人數為640人，按有關國際規則的要求，配備了4艘半封閉式救生艇和4組可吊式救生筏，滿足640名旅客應急撤離的要求。另一方面是國內沿海航行時，該船載客人數為1500人（包括船員），按《非國際航行》法定檢驗規則的有關要求，合同設計時救生配置情況如下：

a）救生艇4艘，每艘100人，共乘400人；

b）可吊式救生筏16只，每只25人，共乘400人；

c）自扶正式拋投式救生筏5只，每只25人，共乘125人（存放于6甲板）；

d）拋投式救生筏29只，每只25人，共乘725人；

e）2艘救助艇（其中一艘為快速救助艇）；

f）36部登乘梯。

雖然上述設施配置滿足我國法規和規范的要求。但隨著渤海灣客滾船事故頻發，國家對航行于渤海灣區域的客滾船安全問題格外重視，于2003年11月25日在大連召開了客滾船的審圖原則專題研討會。會后，國家海事局頒布了《渤海灣客滾船審圖原則》，作為對現行規范和法規的補充和完善。

國家海事局頒布的《渤海灣客滾船審圖原則》規定:

按法規第4篇第3章對客船的要求,其中,救生艇、筏的配備可按如下三者之一要求,且對于吊架降落的救生艇筏,其在登乘位置時吊架頂部至最輕載航行水線之間的高度應盡可能不超過15 m：

a）按《國際航行海船法定檢驗技術規則》第4篇第3章第26條對短程國際航行客滾船的要求配備：或

b）救生艇的配置不少于全船總容量的30%（每舷至少應配備1艘機動救生艇），以及拋投式救生筏（自行扶正的/帶頂篷的兩面可用的）加海上撤離系統的配備不少于全船總容量的80%或吊架降落救生筏（自行扶正的/帶頂篷的兩面可用的）的配備不少于全船總容量的80%；或

c）救生艇及吊架降落救生筏（自行扶正的/帶頂篷的兩面可用的）的配備不少于全船總容量的50%（每舷至少應備1艘機動救生艇）,以及拋投式救生筏（自行扶正的/帶頂篷的兩面可用的）加海上撤離系統的配備不少于全船總容量的60%或吊架降落救生筏（自行扶正的/帶頂篷的兩面可用的）配備不少于全船總容量的60%。

為此，我們對救生方案進行了重新調整。依據審圖原則第5條第C款，目前該船救生設備的配備情況如下：

1）救生艇：4艘，每艇100人；

2）可吊筏：2組，每組配3只筏，每只筏可載37人；

3）可吊筏：2組，每組配3只筏，每只筏可載25人；

4）斜滑道：2部，每部可撤離人員250人（含拋投式救生筏50人×10只）；

5）垂直滑道：2部，每部可撤離人員200人（含拋投式救生筏100人×4只）；

6）救助艇2艘，其中1艘為高速救助艇。

可撤離的總人數為1672人，滿足規范對1.1倍總人數的要求。本船的七甲板距輕載水線的高度為18 m，但目前國內生產斜梯滑道的廠家只能做到12 m高度。12 m以上的產品尚沒有開發和研制，更談不上申請船檢證書。所以本船采用進口的垂直滑道撤離裝置。

8 車輛布置

16000 GT客滾船是一艘以載運旅客為主兼運汽車、集裝箱拖車的滾裝運輸船。一般遵守“船舶到埠，小車先行，上、下自由，不受大車阻礙”原則。根據這一要求，我院進行了研究,將原設在底艙后端的小汽車活動載車平臺移至主車輛甲板首端。平臺長度的確定是一關鍵。原則是不影響大車行駛掉頭，同時考慮適當的小車裝載排數和不裝小車時，能在平臺上裝載常規長度的大車而又不浪費甲板面積。這樣的設計結果，保證了當裝載小車時可無妨礙地先上平臺，裝滿后平臺吊起，平臺之下可裝小車。卸車時，只要卸空一條車道，小車便能自由下船。

9 貨艙通風

客滾船貨艙通風系統的設計原則與滾裝貨物運輸船大同小異。但在系統布置上要遠比滾裝船復雜，制約因素需要考慮的方面增多?？蜐L船有龐大的上層建筑，客船對寧靜環境的要求要高于貨船，客船的安全性又更為突出，風管的布置需考慮破艙穩性，因此通過本船的設計研究，可以歸納幾點如下：

1）根據現行規范要求：貨艙通風要求通風次數為航行工況10次/小時，而裝載工況20次/小時。所以貨艙抽風機的風量較大，相應的風機尺寸也較大，同時本船對噪音有較高的要求。貨艙風機上均帶有消音器。

2）因受船舶的上層建筑的制約，本船無法采用橫向通風的通風形式，只能采用貫通整個艙長的縱向通風形式，致使貨艙風機的風壓較高。另外由于破艙穩性的制約，貨艙的通風管不能布置在1/5船寬范圍之內，所以一甲板貨艙的風管只能布置在中部，造成阻力增大，抽風機的風壓升高。

3）為避免通風死角，設計應力求使貨艙氣流形成良好循環，可在貨艙二端設置風機，將風道布置到貨艙的各個角落。另一種方法是在適當的地方安裝擾流風機以消滅死角，可減少風管的設置。二種方法各有利弊。本船考慮選取前者,主要出發點是減少設備。

4）本船第三主貨艙采用縱向循環通風型式，后部自然進風,首部設有4臺抽風機,強制抽風，滿足航行和裝卸貨工況之需。底層第一貨艙是密閉貨艙，設有2臺風機。航行時，一邊抽風機工作，另一邊自然進風，維持風量平衡，保證貨艙10次/小時的通風量，裝卸貨工況時，由于貨艙蓋已打開，通過風閥轉換，變成兩臺抽風機同時抽風，維持貨艙20次/小時的通風量。

5）固定通風開口的布置，避開救生艇筏的存放區域和登乘站以及位于裝貨處所上方的上層建筑和甲板室內的起居處所、服務處所和控制站，防止在裝貨處所內失火時不至危及救生區域。

10 艙底水系統

國家對渤海海域實行了渤海碧海行動計劃，嚴禁在水域內排放油污水，對油污水設備實行鋁封管理，實現油污水的零排放。為此，本船配備了專門的油污水存放艙，供航行時艙底水的存放。本船共設有6臺艙底泵，分設于機艙、泵艙和首側推艙，分別由主電源和應急電源供電，艙底水總管布置在距舷側1/5船寬的范圍之外。由于對貨艙采用水霧滅火，另外五甲板的旅客客艙是做到舷側,無露天空間,無法設閥門關閉裝置，所以本船對第三貨艙的排水采用閉式排水系統,排水系統的能力不低于水霧系統泵加二支消防水槍組合水量的125%。同時,為防止舷側的排水影響海上撤離系統和救生裝置的降落,本船采用了集中排水系統。

11 結語

16000 GT客滾船是我國第一次設計、審查和建造的客滾船，很多方面有待改進和完善，但有了這可貴的第一次之后，必定會為以后客滾船的設計積累寶貴的經驗。