孫 麗 娜

（上海佳豪船舶工程設(shè)計(jì)股份有限公司，上海 201612）

0 引 言

集裝箱運(yùn)輸以其高效、便捷、安全等特點(diǎn)，成為現(xiàn)代交通運(yùn)輸工具的重要組成部分。因此，集裝箱船在運(yùn)輸船舶中也逐漸顯現(xiàn)其迅猛的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

2500TEU集裝箱船為我司2013年研發(fā)，2014年主打的優(yōu)秀船型。現(xiàn)以該集裝箱船為例，闡述綁扎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和布置要點(diǎn)，以及相關(guān)優(yōu)化方案，為同類型集裝箱船綁扎設(shè)計(jì)提供參考。

1 全船概況

該船為一艘全焊接鋼質(zhì)、單甲板、艉機(jī)型、單主機(jī)、單槳、一層連續(xù)干舷上甲板、垂直球艏、方艉的集裝箱船，設(shè)艏樓和艉樓及7層起居甲板室。所有上層建筑包括駕駛室和機(jī)艙設(shè)于艉部（見圖1）。航行于我國(guó)近海航區(qū)，主要用于集裝箱運(yùn)輸。

圖1 2500TEU 集裝箱船

1.1 船級(jí)符號(hào)

船級(jí)符號(hào)：

CCS ★ CSAD Container Ship；Greater Coastal Service ；Ice Class B；Loading Computer(S,I)；In-Water Survey；Green Ship 1，EEDI (3)

★ CSMD MCC; BRC

掛旗國(guó)：中國(guó)

1.2 主尺度及主要參數(shù)

主尺度和集裝箱數(shù)分別見表1、2。

表1 主尺度

表2 集裝箱數(shù) 單位：TEU

2 綁扎系統(tǒng)設(shè)計(jì)

集裝箱綁扎系統(tǒng)受船體結(jié)構(gòu)形式、堆重、集裝箱受力、綁扎件固定件尺寸、強(qiáng)度等諸多問(wèn)題限制，需要合理布局以達(dá)到理想的方案。

該船貨艙內(nèi)可以堆放6層TEU/40英尺箱（4層TEU/40英尺箱，2層TEU/40英尺高箱，甲板面可以堆放7層TEU/40英尺箱，艙蓋上堆放2～6層TEU/40英尺箱。

2.1 貨艙內(nèi)

2.1.1 艙內(nèi)固定綁扎件

2.1.1.1 固定底錐和導(dǎo)座

常規(guī)貨艙內(nèi)固定綁扎件可選擇埋入式底座、板式底座等。埋入式底座（見圖2）需要內(nèi)嵌在雙層底內(nèi)，一旦損壞，底壓載水艙內(nèi)的水會(huì)進(jìn)入貨艙，維修起來(lái)比較麻煩。板式底座（見圖3）直接固定在雙層底上，運(yùn)輸集裝箱時(shí)需要安裝堆錐，配套使用。

考慮到該船為純集裝箱船，不需要拆卸底錐來(lái)運(yùn)輸其他貨物，因此不適合采用上述兩種形式的底座。采用在雙層底和貨艙臺(tái)階上設(shè)置固定錐頭與固定導(dǎo)座的形式（見圖4），錐頭與導(dǎo)座下都設(shè)置墊板。這樣的結(jié)構(gòu)布置可以較方便的更換墊板和底錐，而不破壞雙層底結(jié)構(gòu)。每個(gè)40英尺集裝箱的4個(gè)箱角設(shè)置固定底錐，中部設(shè)置墊板和固定導(dǎo)座，即若40英尺箱空間內(nèi)擺放2個(gè)TEU集裝箱組，這個(gè)集裝箱組的4個(gè)邊箱角設(shè)置固定底錐，中間4個(gè)箱角設(shè)置墊板和固定導(dǎo)座，以便于存放40英尺集裝箱。箱角邊沿與固定導(dǎo)座之間的間隙在船寬方向保持12～13mm，在船長(zhǎng)方向保持約19mm左右。

圖2 埋入式底座

圖3 板式底座

圖4 固定底錐

2.1.1.2 導(dǎo)軌架、支撐板

貨艙橫艙壁與假艙壁上設(shè)40英尺集裝箱用連續(xù)固定式導(dǎo)軌架（見圖5）。導(dǎo)軌架由垂直角鋼組成的剛性系固系統(tǒng)，在集裝箱的長(zhǎng)度和寬度方向留有間隙，為集裝箱堆垛提供定位和水平約束作用，上端部配不同形式導(dǎo)頭，以便于集裝箱裝卸；下端部與雙層底留有150mm間隙，用連接板固定在底錐墊板上。導(dǎo)軌架背面設(shè)支撐結(jié)構(gòu)，且盡量布置在貨艙通道平臺(tái)等強(qiáng)結(jié)構(gòu)處。貨艙縱壁上設(shè)有支撐結(jié)構(gòu)，以便船體橫搖時(shí)對(duì)集裝箱起橫向支撐作用。

2.1.2 艙內(nèi)活動(dòng)綁扎件

貨艙內(nèi)集裝箱層與層之間采用中間雙頭堆錐（見圖 6）或者自掛錐（見圖 7）進(jìn)行固定。這種類型的錐上、下錐頭固定，垂向方向無(wú)鎖緊功能。自掛錐與中間雙頭堆錐作用相同，且具有不需要裝卸工人爬到集裝箱上將其安裝和取下的優(yōu)點(diǎn)，故能最大限度地減少工人進(jìn)入貨艙作業(yè)的危險(xiǎn)，從而保證安全。相鄰兩列最上層的集裝箱可以用橋鎖（見圖8）進(jìn)行橫向連接，來(lái)分散主綁扎設(shè)備的負(fù)荷。

圖5 橫向?qū)к壖?、縱向支撐結(jié)構(gòu)

圖6 中間雙頭堆錐

圖7 自掛錐

圖8 橋鎖

2.2 貨艙外

2.2.1 甲板面

甲板面上采用單聯(lián)或者雙聯(lián)突出式底座（見圖9），相互之間的間距按集裝箱4角角件孔中心間距設(shè)計(jì)，并通過(guò)安放在其上的扭鎖、或定位錐來(lái)對(duì)集裝箱進(jìn)行定位和固定。

底座下面設(shè)置一定高度的立柱，用來(lái)調(diào)節(jié)甲板面上的梁拱，使底座保持在同一水平線上。最底層集裝箱與固定在甲板面上的集裝箱底座用手動(dòng)扭鎖連接, 層與層之間集裝箱的4個(gè)箱角用半自動(dòng)扭鎖連接。

2.2.2 艙蓋上

艙蓋上可以使用埋入式底座、燕尾式底座（見圖10）、突出式底座等。埋入式底座需要內(nèi)嵌在艙蓋內(nèi)，設(shè)置在露天區(qū)域容易積水、造成腐蝕。需要加裝橡膠蓋，操作、維護(hù)比較麻煩。燕尾式底座需要配合扭鎖使用，多用在多用途船上。

艙蓋上采用單聯(lián)或者雙聯(lián)突出式底座，直接安裝在艙蓋上。艙蓋中部、沿船寬方向需要配備不同高度的底座以調(diào)節(jié)艙蓋變形。由于本船采用吊離式艙蓋，因此在每塊艙蓋面板中心位置處需要設(shè)置起吊底座。為保證艙蓋板無(wú)序開啟時(shí)，可以將貨艙內(nèi)的集裝箱取出，艙蓋上箱角底座的布置需要避開艙蓋板縫部分，同時(shí)貨艙內(nèi)集裝箱端部與艙蓋板要留有一定間隙。

圖9 立式底座

圖10 燕尾式底座

甲板上集裝箱的綁扎形式采用內(nèi)綁式[1]，即綁扎桿經(jīng)由集裝箱端部交叉的綁扎方式，這種綁扎形式對(duì)集裝箱箱重及其所在位置有較大約束，一般箱重由下向上逐漸減小，以降低重心高度增加帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。其采用綁扎桿的一端通過(guò)自身的鎖扣與集裝箱箱角連接，另一端與花欄螺絲連接，花欄螺絲的卸扣連到艙蓋的綁扎眼板上。特別注意的是在最外側(cè)受風(fēng)浪影響較大的兩垛集裝箱上需要增加長(zhǎng)綁扎桿。

2.3 其他相關(guān)結(jié)構(gòu)

2.3.1 綁扎橋

綁扎橋是設(shè)于艙口兩端的鋼架結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)有鋼質(zhì)導(dǎo)軌可用來(lái)固定最下層的集裝箱，頂部有供人員行走的平臺(tái)和固定用的綁扎眼板，用于綁扎桿的系固操作。其實(shí)質(zhì)是將綁扎桿的位置提高，使其能夠?qū)^高位置的集裝箱進(jìn)行綁扎，有效地提高綁扎的安全性。

在上層建筑前端、機(jī)艙上部設(shè)置3層半綁扎橋，用于綁扎甲板面上2排7層集裝箱。由于艙蓋上TEU、40英尺集裝箱堆重均為90t，且根據(jù)裝載手冊(cè)相關(guān)計(jì)算及船東對(duì)于重箱標(biāo)準(zhǔn)的要求，艙蓋上最多可以裝載3層重箱，因此綁扎點(diǎn)設(shè)在艙蓋上可以滿足堆載層數(shù)和堆重要求，艙口間不需要設(shè)置綁扎橋。

2.3.2 艙間通道

由于艙口間不需要設(shè)置綁扎橋，為滿足人員通行和綁扎操作要求在艙蓋與艙蓋之間設(shè)置桁架結(jié)構(gòu)式通道，其通過(guò)支柱與艙口圍面板連接。艙間通道布置和綁扎位置設(shè)置需要滿足 CSS CODE Annex14(MSC.1/Circ.1352)[2]的相關(guān)要求及其明確的量化數(shù)值。

2.3.2.1 艙間通道設(shè)計(jì)

1) 通道凈寬度應(yīng)保證600mm，且此寬度為扣除箱架、夾板等障礙物后的通道凈寬度；

2) 平臺(tái)應(yīng)盡量與艙蓋上緣保持同一高度；

3) 平臺(tái)上所有綁扎區(qū)域的開口應(yīng)當(dāng)關(guān)閉，避免墜落；綁扎位置應(yīng)避免阻擋物出現(xiàn)；若綁扎區(qū)域含可移動(dòng)物體，需保證其臨時(shí)固定。

2.3.2.2 通道圍欄設(shè)計(jì)

1) 平臺(tái)應(yīng)設(shè)有圍欄，其強(qiáng)度和高度需要合理考慮以防止工人墜落；

2) 圍欄間距在其水平方向無(wú)圍欄空擋不得超過(guò)300mm；

3) 圍欄應(yīng)設(shè)計(jì)為可鎖緊及移開形式，以應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)變化的堆裝綁扎情況；

4) 所有臨時(shí)裝置應(yīng)考慮足夠的安裝強(qiáng)度及安全性，當(dāng)艙蓋移除時(shí)出現(xiàn)的無(wú)保護(hù)走道邊沿應(yīng)設(shè)有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。

2.3.3 甲板立柱

集裝箱甲板立柱設(shè)置在船舶兩舷側(cè)和主甲板面上，用于支撐集裝箱和進(jìn)行綁扎操作。甲板立柱結(jié)構(gòu)形式根據(jù)船舶實(shí)際裝載和所處位置有所不同。

3 系固系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化[3～5]

3.1 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

3.1.1 船體尺度

船寬和型深的增大會(huì)使集裝箱所受的橫向加速度增加。且通常，在船首尾區(qū)域垂向加速度比船中部大得多。如果在設(shè)計(jì)中只考慮了船中部集裝箱的安全而忽略了艏艉部的集裝箱安全問(wèn)題，就容易造成危險(xiǎn)。

3.1.2 單箱重量

隨著艙蓋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的增加，其允許的集裝箱堆重也大幅的增加，集裝箱橫向受力也逐漸變大。增加的橫向力全部要靠底層集裝箱的端部框架和綁扎桿來(lái)承受，底部集裝箱的橫向扭變力和立柱的壓力將超過(guò)許用負(fù)荷，造成失效。因此，需要另外增加長(zhǎng)綁扎桿對(duì)第三層箱高的底部進(jìn)行交叉綁扎。

3.1.3 綁扎系統(tǒng)強(qiáng)度

綁扎系統(tǒng)中各部件強(qiáng)度必須滿足綁扎系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。尤其是集裝箱框架、角件等， 在長(zhǎng)期的運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)發(fā)生變形、 腐蝕，難以保證整個(gè)系固系統(tǒng)的有效性。因此，需要進(jìn)行定期檢查，確保集裝箱及其部件處于完好狀態(tài), 以滿足海上運(yùn)輸和綁扎的要求。

3.1.4 許用GM的選取

綁扎方案需要滿足一定的GM值使用范圍，至少是能涵蓋該船大多數(shù)工況下的GM值。如果在配載的時(shí)候忽略了這部分內(nèi)容，當(dāng)遇到惡劣海況，船舶橫搖加劇時(shí)就非常容易發(fā)生貨損事故。

3.2 系固系統(tǒng)優(yōu)化方案

3.2.1 綁扎橋

甲板上綁扎橋的設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)集裝箱綁扎的效果，增加裝載的集裝箱單箱重；同時(shí)在設(shè)計(jì)綁扎橋方案時(shí)，將綁扎橋最外檔升高1層集裝箱高度，可以使外檔允許裝載集裝箱總質(zhì)量明顯提升，更為重要的是能確保里檔集裝箱的堆垛層高及安全。

3.2.2 新型綁扎件

隨著新型全自動(dòng)扭鎖、半自動(dòng)扭鎖、自掛錐的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，最大限度的減少了人員作業(yè)時(shí)間和作業(yè)危險(xiǎn)，適應(yīng)了美國(guó)OSHA（職業(yè)安全與健康標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定；同時(shí)，提高集裝箱在港的裝卸效率，縮短船舶在港停留時(shí)間，加快周轉(zhuǎn)速度，提高航行率和船舶運(yùn)輸能力。

3.2.3 無(wú)艙口蓋全導(dǎo)軌集裝箱裝載系固方案

無(wú)艙口蓋集裝箱省去了艙蓋所占用的空間，大大提高了單位體積的裝箱率；用導(dǎo)軌固定全部集裝箱，不需要配備扭鎖、綁扎桿和花籃螺絲等系固設(shè)備，降低了營(yíng)運(yùn)成本；可以省去綁扎和吊卸艙蓋所耗費(fèi)的在港時(shí)間，提高了營(yíng)運(yùn)效率，減少了費(fèi)用支出。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著集裝箱船舶的大型化、重箱化，集裝箱綁扎方案得到不斷地發(fā)展和完善。通過(guò)不斷地摸索和總結(jié)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)、科學(xué)技術(shù)和制造業(yè)的進(jìn)步，集裝箱船舶綁扎方案會(huì)不斷優(yōu)化，以滿足人身安全、船貨安全、環(huán)保和港口國(guó)法律法規(guī)等各方面的要求。

[1] 杜春暉. 甲板上集裝箱綁扎方式及受力分析[J]. 船舶設(shè)計(jì)通訊，2003 (3-4)：50-55.

[2] 貨物積載與系固安全操作規(guī)則（CSS規(guī)則）修正案第MSC.1/Circ.1352號(hào)通函[S].

[3] 黃 斌. 集裝箱船舶綁扎優(yōu)化方案[J]. 集裝箱化，2013 (10)：6 -8.

[4] 徐 勇. 集裝箱系固技術(shù)與發(fā)展建議[J]. 上海造船，2007 (2)：31-33.

[5] 范志勤. 談大型集裝箱船的系固方式[J]. 集裝箱化，1997 (11)：13-14.