起重鋪管船的破損穩性

鄭鵬翔

（上海佳豪船舶工程設計股份有限公司 上海 201612）

0 引 言

起重鋪管船是一種較為熱門的海洋工程服務類船舶，船上一般都配有眾多的施工人員，屬于特種用途船的一種（特殊用途船定義為不小于500 GT、載有12名以上特殊人員的船舶），其破損穩性需滿足《特種用途船舶安全規則 2008》（以下簡稱SPS 2008）［1］的要求。 本文以一艘具有 3 800 t起重能力的起重鋪管船為例，簡要說明了起重鋪管船破損穩性的整個計算過程和需要注意的地方，以及如何改善總體布置來滿足破損穩性的要求。

1 船舶概況

本船是一艘具有3 800 t起重能力的大型鋪管船，該船主要參數如下：

總長/m 196.90

垂線間長/m 191.69

型寬/m 43.40

主甲板型深/m 19.60

干舷甲板型深/m 12.60

設計吃水/m 7.50

定員/人 350

2 SPS 2008分艙和破損穩性對分艙指數的要求

SPS 2008引用國際海上人命安全公約，2009（簡稱 SOLAS 2009）［2］對客船的概率破損穩性計算方法，按定員的數量進行分檔，對要求的分艙指數進行不同程度的折減，如60人以下取0.8R，240人

式中：N=N1+2N2；

N1為救生艇可使用的人數；

N2為船舶在N1以外允許載運的人數（包括船員）。

我們應該注意的是，SPS 2008第2.4條規定（適用于2.2.2或2.2.3定義的特種用途船），即240人以下，除2.5規定外，應將其視為貨船且將特殊人員視為船員，而適用SOLAS第Ⅱ-1章B-2、B-3和B-4部分的規定，不必適用SOLAS第Ⅱ-1章 第8條和第8-1條且不適用SOLAS第Ⅱ-1/14條和第Ⅱ-1/18條。這里所說的“將其視為貨船且將特殊人員視為船員”并不是針對破損穩性計算的。當然本船N＞240人，滿足2.3條就可以（將其視為客船且將特殊人員視為乘客而適用SOLAS第Ⅱ-1/8條和第Ⅱ-1/8-1條，以及SOLAS第Ⅱ-1、B-2、B-3和B-4部分的要求。但是不適用SOLAS第Ⅱ-1/14條和第Ⅱ-1/18條）。

本船：N=N1+2N2=350，N1=350、N2=0， 所以要求的分艙指數不能折減，按式（1）計算得到R=0.693 15（本船定員為350人，救生艇可容納人數為360）。以上R不折減，60～240人按人數在0.8R～R之間線性插值。

客船要求的分艙指數R的計算公式如下所示：

3 達到的分艙指數A的計算

達到的分艙指數A的計算式為：

式中：As、Ap、Al分別是最深分艙吃水（ds）、部分分艙吃水（dp）、輕載航行吃水（dl）下達到的分艙指數（As、Ap、Al均需大于0.9R），每個部分指數均為所考慮的全部破損情況所起作用的總和，所用公式如下：

式中：i為所考慮的每一個艙或艙組；

pi為所考慮的艙或艙組可能進水的概率；

si為所考慮的艙或艙組進水后生存概率。

我們現在著重考慮的是生存概率si，其計算公式如下：

式中：sintermediate，i是在最終平衡階段之前所有進水中間階段的生存概率；

sfinal，i是進水最終平衡階段的生存概率；

smom，i是經受住橫傾力矩的生存概率。

破損穩性計算中如要求設有橫貫進水裝置，則需滿足平衡時間不得超過 10 min。本船在 2、6、7、8、9、10號邊壓載水艙都設有橫貫進水裝置，壓載艙分艙如圖1所示。

圖1 橫貫進水裝置及分艙布置示意圖

本船艙室分隔比較復雜，圖1只顯示了雙層底以下部分的分艙。具體的橫貫進水計算我們可以參照海事安全委員會第83屆會議第245號決議（簡稱MSC.245（83））中對橫貫進水量和時間的詳細計算方法。

由于本船的壓載艙艙容比較大，而連接的管道直徑相對比較小，最終計算結果表明，本船每個設置橫貫進水裝置艙室的進水平衡時間都超過10 min，所以根據MSC.281（85）對“SOLASⅡ-1章 分艙和破損穩性規則的解釋”中“7-2.2 橫貫進水的解釋”［3］，我們可以取假設10 min平衡時的sfinal，i和最終平衡時的sfinal，i小者。當然如果船舶破損穩性富裕度較大，也可以不考慮橫貫進水，按偏危險的狀態來校核即可。

其實對一般的艙室分隔來說，sfinal，i會比 sintermediate，i更加危險，這從他們各自的公式就可以看出來。所以在我們的計算過程中要更加注意sfinal，i，若檢查發現實際分艙指數不夠，則檢查sfinal，i往往能較快發現和改善實際的分艙指數。

smom，i往往也決定一艘船的分艙指數大小，特別是在對于單純的客船，smom，i的影響則更加明顯，我們從smom，i的公式上就可以理解這一點：

式中：GZmax、Mheel和排水量均需要按照具體破損的分艙吃水（ds，dp，dl）來取，對于吃水 dl有：

Msurvuvalcraft是因船舶一舷滿載，釋放所有救生艇筏而造成的最大假定橫傾力矩。

Msurvuvalcraft=1 14.5 t·m

以上列出了本船的各個力矩的大小，我們從中可以看出船上人員引起的力矩，以及救生艇筏降落引起的力矩小于風力引起的力矩。所以對于一般鋪管船，人員相對于同尺度的客船來說要少得多，風力引起的力矩是我們需要重點關注的。

對于設有橫貫進水裝置的船舶，smom，i計算公式中的GZmax也可以在橫貫進水平衡后和進水10 min時候取小者，這和前面所述帶橫貫進水裝置的sfinal，i計算情況相同。

在破艙損穩性計算過程中，我們平常關注的都是空氣管、風雨密門窗等一些風雨密點和一些非保護性開口的選取，而對于垂向逃生艙口、艙壁甲板上的操作位置（一些水密門、平衡裝置、保持水密艙壁完整性的管路閥或通風管道閥）和水平撤離通道，我們卻很容易忽視。按照SOLASⅡ-1章第7-2/5.2和5.3節的說明，這些部位在破損水線以下時，si取為0。因此，在設計時應注意將這些操作位置放到水線以上。

本船分艙指數的計算結果如下所示。不計橫貫進水的結果見表1［4］，計及橫貫進水的結果見表2。

表1 不計橫貫進水的結果

表2 計及橫貫進水的結果

Required subdivision index R=0.693 15

Attained subdivision index A=0.702 46

表1、表2中：

INIT為初始工況；

T為吃水；

TR為縱傾值；

GM為初穩性高；

WCOEF為比重系數；

AI為對應吃水達到的分艙指數；

0.9R為0.9倍的要求分艙指數；

A為達到的分艙指數。

通過兩個表格我們可以看出，計及橫貫進水之后，A值增加了0.012 97。從數值上看對A值的增加也不是特別明顯，這是因為本船的橫貫進水裝置管路直徑相比艙容還是比較小，以致在橫貫進水10 min的時候才通過了少量水，而且本船也只是在其中的6對壓載艙設置了橫貫進水裝置。事實上，本船設置橫貫進水裝置的最終目的并不是為了提高實際的分艙指數A，而是為了減小由于舷側破損和底部破損引起的橫傾角，使之滿足橫傾角不大于7°的要求，另一個目的是為了起重機全回轉作業調撥水的需要。

計及橫貫進水的結果如下：

Attained subdivision index A=0.715 43

4 SOLASⅡ-1章B-2部分 第9條（底部破損）

本條計算主要考慮底部破損情況，其初始的破損工況需選取營運工況中的危險工況，按照第7-2條計算的si要不小于1。按照規范定義的破損范圍計算破損后的si，一般貨船只考慮sfinal，i的計算就可以了，本船按照客船破損來校核的話，還需考慮smom，i和sintermediate，i的影響。根據si的計算公式（我們主要參考sfinal，i），可以設定以下幾個衡準來考核該破損情況的si是否達到1：

（1） 橫傾角要＜7°；

（2） GZmax要＞0.12 m；

（3） 正復原力臂范圍要＞16°；

（4） GZmax要大于 0.04+Mheel/排水量（smom，i＞1 的要求，按最危險情況考慮，可選取最輕分艙載重線時的排水量來計算，得：0.04+1 546.9/5 2621.7=0.07 m）；

以上幾個衡準其實只是針對sfinal，i·smom，i的要求而定，而沒有考慮sintermediate，i的影響，中間破損情況一般都是在有累進進水的情況下才需要考慮，所以本船的si在沒有橫貫進水的時候只要滿足sfinal，i·smom，i的要求就可以了。在有橫貫進水的破損情況下，我們需考慮在橫貫進水之前滿足sintermediate，i的要求，橫貫進水10 min后和平衡后的sfinal，i·smom，i。

本船的底部破損區域，見圖2。陰影部分表示本船的雙層底部分，其余部分是沒有設置雙層底的地方，這些區域是我們需要考慮破損的區域。方框表示破損的橫向和縱向范圍。

圖2 底部破損區域示意圖

前面我們已經說明了本船設置橫貫進水裝置的目的之一是減小底部破損的橫傾角，我們現在選取其中一個比較危險的破損情況：破損艙室：WT_08_PS_WB.P WT_09_PS_WB.P

DB_08_PS_WB.P DB_09_PS_WB.P pipe_p橫貫進水艙室：WT_08_SB_WB.SWT_09_SB_WB.S

由表3我們可以看出，假如不設置橫貫進水裝置，破損后的橫傾角會超過7°，使si不能達到1。當然從破損情況考慮，我們也可以調整艙壁間距來減小進水量，使橫傾角減??；或者把壓載艙分成上下兩部分。不過就本船來說，由于起重作業工況本身就有設置橫貫裝置的需要，通過橫貫進水裝置來減小橫傾角應該是最佳選擇。

表3 各破損階段破損情況

5 SOLASⅡ-1章 第8條（舷側破損）

本條計算需注意的是Ls需要根據第2條定義來選取，而人員則不需要按照第6條所定義的N來選取。其中3個分艙吃水的si＞0.9，跟底部破損一樣，我們需要考慮sintermediate，i，sfinal，i·smom，i的要求。對于一般的分艙來說，除了累進進水的情況外，一般都不 需 考 慮 sintermediate，i， 就 算 考 慮 此 時 的 sintermediate，i， 從sintermediate，i本身的計算公式上我們就可以發現，相同破損階段下，sintermediate，i比 sfinal，i富裕度更高。

本船定員為350人，把他們全當成乘客來考慮，根據本條3.3，我們只需考慮水密橫艙壁之間的破損。除非相鄰兩水密橫艙壁間距小于假定的破損長度，否則僅需將這兩個艙壁中的一個視為有效。

具體破損區域見圖3。

圖3 舷側破損區域示意圖

圖3陰影部分為舷側破損的范圍，方框長度表示本船的破損長度，寬度表示舷內穿透值。當然我們可以在程序中直接輸出對應的破損情況si是多少，不過這樣我們就比較難發現引起si不夠是什么原因，所以我們最好還是參照本文第4節中所述的方式把具體的破損情況按設定的衡準來考核。由于本船的舷側破損只發生在水密橫艙壁之間，進水量比底部破損小得多，且si＞0.9比底部破損要求低，故舷側破損還是比較富裕的。

6 結 論

按照上述分析，起重鋪管船的破損穩性計算過程中我們需要注意以下幾個方面：

（1）在分艙指數的計算中我們不要忽視受風面積、垂向逃生艙口、艙壁甲板上的操作位置和水平撤離通道對破損穩性的影響。若船舶分艙指數比較富裕，我們可以不考慮橫貫進水的影響，以免加大計算工作量，特別是分艙比較復雜的時候。就該船而言，考慮橫貫進水影響比不考慮橫貫進水影響的分艙指數的計算時間要多出3倍左右。

（2）底部破損的時候往往會在橫傾角方面出現危險，所以在想辦法提高此類船舶破損穩性的時候，減小橫傾角是改善破損穩性的一種重要手段。比如設置橫貫進水裝置、改變艙室分隔、連通艙室，當然這也可能會減小GZmax和正復原力臂范圍，所以需要仔細權衡得失。

（3）盡量控制人員不超過400人，當人員大于400人的時候，舷側破損需在舷側外板任何一處考慮破損范圍，對分艙要求會有很大的提高。

（4）破損后的橫傾角大小在鋪管船破損穩性計算中有著舉足輕重的作用。合理設置橫貫進水裝置是提高破損穩性的一種重要手段，特別是大型的起重鋪管船上，增大橫貫進水管子直徑能有效提高破損穩性，這比增加艙壁來提高破損穩性具有更大的優越性（增加艙壁會增加較多空船重量）。

起重鋪管船在目前的市場比較活躍，國內很多船舶單位都在設計和建造，還有很多難點和關鍵技術需要克服。本文僅對這類船破損穩性計算時需要考慮的方面予以闡述，希望能對讀者有一些幫助和啟發。

［1］海事安全委員會.MSC.266（84）決議.特種用途船安全規則 2008［S］.London：IMO，2008.

［2］國際海事組織.國際海上人命安全公約，綜合文本2009［S］.北京：人民交通出版社，2010.

［3］海事安全委員會.MSC.281（85）決議.對SOLASⅡ-1章分艙和破損穩性規則的解釋說明［S］.London：IMO 2008.

［4］NAPA.Napa manuals［S］.Helsinki，Finland：NAPA，2010.