李海洲，李會華

（江南造船（集團）有限公司，上海 201913）

0 概 述

5100TEU集裝箱船是江南長興重工有限公司的首制船和主打產(chǎn)品，該船為無限航區(qū)，具有連續(xù)的上甲板，球艏方艉，單舵單槳，有艏側推，可裝載冷藏箱，干舷甲板為17332平臺，兩側為服務通道的巴拿馬極限型集裝箱船。設計和建造的技術含量都相當高。

本文從船體結構專業(yè)的角度，闡述了該船在送審設計，詳細設計到生產(chǎn)設計以及現(xiàn)場施工幾個階段中出現(xiàn)的5個技術問題的處理方法及結果。

該船主要要素見表1。

表1 5100TEU集裝箱船要素表

1 技術問題的提出和處理

1.1 結構修改引起箱位數(shù)變化

第一貨艙前部艙口（FR133-FR137）原設計為T形，即 FR133-FR135箱位的橫向邊界到 11580 OFF CL.，F(xiàn)R135-FR137箱位的橫向邊界到 9062 OFF CL.（如圖 1(a)所示）。

在送審前的預審階段，發(fā)現(xiàn)船體梁在設計方案一中位置1處結構過于薄弱，在FR134剖面上結構最窄處最小寬度≤d1400mm，與其他位置相比變化過大，而且主甲板以上，11580 OFF CL.向舯為貨艙，所以無法采取加強措施。集裝箱船因大開口而導致船體梁在距中和軸最遠的甲板處的應力集中尤為突出，雖然縱向位置已經(jīng)靠近艏部，但從結構強度上考慮，如果要改善這種情況，只能封掉一個箱位以補償強度（如方案二云狀線所示），見圖2。經(jīng)過再進一步的應力計算和分析后，驗證了原先的結構設計，在最危險狀態(tài)下的應力與許用應力相比已經(jīng)沒有裕度了。

封掉箱位的結果是裝箱數(shù)將比規(guī)格書中要求的5086TEU少掉2個，為5084TEU。船東不予接受。

經(jīng)過多方考慮和權衡，強度的風險必須要規(guī)避，最終將一艙前部的艙口形狀改為矩形，封掉1個箱位。這樣艙口蓋就可以做成規(guī)則的矩形；至于少掉的2個箱位，考慮到機艙的空間相對比較寬裕，決定作如圖3所示的修改，這樣可以加出5個箱位，使裝箱達到了5089TEU，滿足了規(guī)格書的要求。

圖1 艏樓甲板2種方案對比

圖2 設計方案一和二對比

1.2 艏部線型過尖做成鑄件

集裝箱船的一大特點就是航速高，所以它的線型都比較尖瘦。5100TEU集裝箱船是極限巴拿馬型的主尺度，為了保證25.2kn的高航速，采用非常尖削的艏部線型，尤其是艏部球鼻艏上部。

鑒于5100TEU集裝箱船艏部如此尖瘦的線型，在拿到第一版基本結構圖后，針對艏部球鼻艏上部位置的結構形式和建造方法初步探討了各種方案的可能性。方案一：傳統(tǒng)的板結構，但需要在得到進一步的線型資料后，判斷是否可以通過線型光順的余量給施工空間和外板加工帶來根本的改善；方案二：借鑒尾部尾軸處結構形式的解決方案，考慮采用鑄件形式的可行性。

在第一版線型圖上（線型未光順前），見圖4。14740A.BL 前端直接就形成了尖角，而且距離較長；線型光順后，在14740A.BL開口寬度為350mm的位置距最前端約2100mm（已經(jīng)考慮了外板的板厚）處，并在高度2m的范圍外空間逐漸開敞，如此狹小的空間施工人員根本無法進入施工，況且外板的加工也無法進行。

圖3 FR30處增加5箱位

圖4 線型光順前后艏部空間對比

經(jīng)過進一步考慮和論證后，船廠定下最終解決方案：把球鼻艏上部做成鑄件，從而從根本上解決這個難題。

1.3 集裝箱船三向通斷問題

為了裝卸集裝箱方便，集裝箱船都具有大開口的特征。5100TEU貨艙開口約為 28.1m，型寬為32.2m，開口達到了型寬的 87%，這樣對集裝箱船總縱強度就尤為重要，GL船級社針對縱向構件的連續(xù)性也有比較明確的原則要求：所有縱向的平臺和縱壁在縱向應盡量地連續(xù)[1]。

在集裝箱船中相當普遍的是手槍形的平臺或縱壁，使這個原則給三向通斷帶來了很大的問題。在第一版預審圖中，三向通斷未作具體地考慮，從圖紙上理解，在縱壁上出現(xiàn)了非常多的平臺，必須要開槽才可以裝配，給現(xiàn)場的施工帶來不可想象的難度和工作量。

在對通斷方案進行分析比較后，認為增加板縫是最佳方案，應用到實船后取得了很好的效果。現(xiàn)以內(nèi)殼板（14100 OFF CL.），9556平臺，F(xiàn)R105三向相交處的通斷為例來說明這個設計方案，參見圖 5～7。

根據(jù)縱向連續(xù)的原則，F(xiàn)R105在9556平臺和內(nèi)殼板設計成間斷。

在14100 OFF CL.處，9556平臺上，角隅嵌補板連續(xù)是最優(yōu)方案，如圖5所示（如果9556平臺在14100 OFF CL.處設計成間斷，那么角隅嵌補板必須要在內(nèi)殼板上開槽才可以裝配，對施工裝配難度太大，不予采用）。

圖5 9556平臺結構

圖6 FR105剖面結構

圖7 縱艙壁結構

圖7所示云狀線中9556平臺上方板縫為大合攏縫，F(xiàn)R105-500處板縫之后內(nèi)殼板連續(xù)，F(xiàn)R105-500處板縫之前平臺板（9556 PLATFORM）連續(xù)。增加FR105-500處板縫的好處是可以將內(nèi)殼板分為2個部件，從根本上解決了裝配難的問題。

1.4 高應力區(qū)的典型節(jié)點

H2390在塢內(nèi)搭載接近完成的時候，GL的現(xiàn)場巡檢提出5100TEU艙口圍的縱向掛落板大合攏處存在R50的過焊孔，而在高應力區(qū)的過焊孔是不允許存在的。

集裝箱船的大開口導致抗扭箱區(qū)域應力集中非常大，在最初送審時要求把5100TEU集裝箱船抗扭箱區(qū)域內(nèi)縱骨型材等的過焊孔設計為Ω形，適用范圍是抗扭箱區(qū)域高度高于300的縱骨型材，并且在送審圖中就已用詳圖標出，見圖8。

圖8 縱向艙口圍掛落板大合攏處節(jié)點

圖9 FR126（船艏1/4L）通風結構布置

針對艙口圍掛落板大合攏過焊孔的問題，生產(chǎn)設計時采取的是R50的過焊孔形式（滬東8530TEU集裝箱船入GL船級社也是同樣節(jié)點）。經(jīng)過應力分析計算后，發(fā)現(xiàn)開R50的過焊孔的許用應力剛處于臨界點，GL在考量了現(xiàn)場施工質量的因素后認為節(jié)點要求須偏保守，節(jié)點的要求要跳高一檔。根據(jù)GL規(guī)范中的節(jié)點要求，扇形孔跳高一檔應該是Ω形，跳高兩檔是無過焊孔。最后，對于已經(jīng)下料結束的分段，采取嵌補掛落板（無過焊孔）的措施來補救。

1.5 船艏1/4L貨艙通風帽的結構布置

5100TEU集裝箱船的艙口圍甲板在橫隔艙處是封閉的，而主甲板在此處是開放的。根據(jù)載重線公約[2]，對于船艏1/4L向后的貨艙通風的通風帽從水密甲板（艙口圍甲板）算起是760mm（位置2，本船干舷甲板是二甲板），見圖9。綁扎橋平臺的通道高度和貨艙艙口蓋是一致的，都是700mm，這樣通風帽的高度基本不影響通道。但船艏1/4L范圍內(nèi)的通風帽的高度按載重線的要求是 900mm（位置1），通風帽高出綁扎橋通道高度200mm，通道將無法滿足要求。所以將主甲板在橫隔艙處做成水密，這樣通風帽就可以低于綁扎橋通道。同時考慮到貨艙直梯的布置，主甲板只在一側做成了水密，另一側還是艙口圍甲板水密。

這個方案綜合考慮了通風帽，小艙口蓋（通往貨艙的直梯）和綁扎橋平臺的通道布置，而且也基本滿足相關規(guī)范規(guī)則的要求。

但是GL認為：通風帽布置在兩艙口蓋之間，且距艙口圍甲板只有200mm，在船舶航行中，一旦上浪，在兩艙口蓋之間的空間短時間內(nèi)會聚集大量的海水，則通風帽有被反灌海水的可能。為避免這種風險，需要在艙口圍甲板（對應于圖9中右舷標示對角線空間即②的上方）開足夠大的孔保證海水可以盡快的泄到圖 9中右舷標示對角線空間。GL同時提出要保證圖9中右舷標示對角線空間的海水在船舶左右橫傾的情況下都可以順利排出，右舷可以開流水孔將水排到主甲板，而左舷就只能接管子排到主甲板；考慮到11mm的管子直接跟縱向艙口圍40EH36焊接顯然無法滿足相關的要求，所以只能把管子連接到箱體圖9中左舷標示對角線空間即①，再在艙口圍縱向板上開流水孔。

2 結 語

2009年10月，5100TEU集裝箱船首制船“天寶河”號順利簽字交船，這對中船長興重工有限公司具有標志性的意義。5100TEU集裝箱船的順利交付，為公司的設計、建造和管理積累了寶貴的經(jīng)驗，也為以后承接更高附加值的船型提供了技術和人才儲備。

[1] Rules for Classification and Construction (GL 2006)-Ship Technology - Seagoing Ships-Hull Struction[S].

[2] Load Lines, 1966 - International Convention on Load Lines, 1966 - Annex I - Regulations for Determining Load Lines - Chapter II - Conditions of Assignment of Freeboard - Regulation 19 – Ventilators[S].