謝立榮， 謝國(guó)軍

(上海外高橋造船有限公司， 上海 200137)

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船舶載重線設(shè)計(jì)問題研究

謝立榮， 謝國(guó)軍

(上海外高橋造船有限公司， 上海 200137)

摘要從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面對(duì)國(guó)際載重線在設(shè)計(jì)過程中容易出現(xiàn)的設(shè)計(jì)差錯(cuò)及其相應(yīng)的對(duì)策進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，希望能對(duì)廣大船舶設(shè)計(jì)人員和管理人員有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞船舶載重線ICLL干舷

1前言

載重線是船舶最大的允許吃水線，是船舶安全的保險(xiǎn)線，轟動(dòng)全球的韓國(guó)“歲月號(hào)”事件再次敲響了船舶安全的警鐘，遵守載重線的相關(guān)規(guī)定顯得更加重要。

船舶載重線的確定是一項(xiàng)系統(tǒng)化工作，它對(duì)強(qiáng)度、線型、穩(wěn)性、上層建筑及機(jī)艙棚出入口的門檻高度、通風(fēng)筒及空氣管的高度，以及它們的關(guān)閉設(shè)施是否符合要求，甲板排水口的面積，以及舷墻、欄桿、安全通道等是否合理合規(guī)都有具體的要求。如果從船舶設(shè)計(jì)的各個(gè)專業(yè)角度分析，更是每個(gè)專業(yè)都牽涉其中。本文針對(duì)設(shè)計(jì)過程中筆者遇到的有關(guān)載重線的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行總結(jié)和討論，對(duì)極易引起混淆的概念也將一并進(jìn)行澄清。

2核定載重線采用的船長(zhǎng)

根據(jù) ICLL第5條規(guī)定，載重線標(biāo)志圓圈的中心應(yīng)該位于船長(zhǎng)(L)的中心處，簡(jiǎn)潔，易理解。然而一艘船，它的長(zhǎng)度有多長(zhǎng)，看起來是個(gè)很簡(jiǎn)單的問題，然而在各種技術(shù)資料里，定義得卻異常復(fù)雜，有垂線間船長(zhǎng)、分艙船長(zhǎng)、規(guī)范船長(zhǎng)、登記船長(zhǎng)、干舷船長(zhǎng)等，雖然復(fù)雜，但各有用處。

核定載重線時(shí)采用的船長(zhǎng)(L)按如下定義，但在實(shí)際使用中極易與站線上垂線間長(zhǎng)混淆。

根據(jù)ICLL 第3條規(guī)定，船舶長(zhǎng)度(L)是量自龍骨板上邊的最小型深(D) 85%處水線總長(zhǎng)的 96%，或沿該水線從首柱前邊至舵桿中心的長(zhǎng)度，取大者。然而，首柱輪廓線在最小型深 85%處水線上方有凹入的，則總長(zhǎng)的最前端應(yīng)選在該水線上方輪廓線最后一點(diǎn)在此水線上的垂直投影點(diǎn)，如圖1所示。

3艏部舷墻問題

通常新船型設(shè)計(jì)初期，會(huì)綜合考慮船舶性能、主船體線型和結(jié)構(gòu)以及動(dòng)力配置等，不會(huì)考慮到次要結(jié)構(gòu)，諸如舷墻。如忽視這個(gè)次要原因同樣會(huì)增加設(shè)計(jì)上的麻煩。筆者遇到過幾起典型的實(shí)船案例，考慮了艏部最小高度、儲(chǔ)備浮力以及完成了基本結(jié)構(gòu)，但次要結(jié)構(gòu)舷墻沒有考慮，艏部結(jié)構(gòu)最前端已做到了船舶總長(zhǎng)LOA的限制，往往與球艏最前端處于同一垂直面上。

按照ICLL 25的相關(guān)規(guī)定，從船員保護(hù)角度要求，如果設(shè)置舷墻，則舷墻高度至少離開甲板 1 m。如果按照艏部外飄線型順勢(shì)外延，假設(shè)外飄角度70°左右，舷墻高度1 100 mm，則船舶總長(zhǎng)LOA超長(zhǎng)400 mm。解決方案如下。

方案一：采用豎直舷墻，舷墻與甲板邊線或艏樓甲板邊線采用折角線焊接形式。

方案二：重新設(shè)計(jì)和評(píng)估艏部線型的外飄角度，包含舷墻，同時(shí)符合船舶總長(zhǎng)。

方案一的優(yōu)點(diǎn)是保持原有設(shè)計(jì)，已經(jīng)完成的設(shè)計(jì)工作不返工；缺點(diǎn)是，不美觀，不易于觀錨，同樣也不是國(guó)際海船的主流趨勢(shì)。方案二，優(yōu)缺點(diǎn)與方案一相反。對(duì)于最終方案的選擇，一是要看該問題發(fā)現(xiàn)的時(shí)機(jī)是早還是晚，二是要分析修改艏部線型后對(duì)相關(guān)尺寸及計(jì)算結(jié)果的影響。

4甲板線的劃定

ICLL第4條規(guī)定，甲板線上邊緣一般應(yīng)經(jīng)過干舷甲板上表面向外延伸與船殼外表面的交點(diǎn)。筆者遇到以下三種情形不能完全按照以上要求劃定甲板線，而只能以參考另一固定點(diǎn)劃定(如圖2所示)。

情形一：甲板邊板伸出舷頂列板；

情形二：舷頂列板帶護(hù)舷材；

情形三：甲板邊板與舷頂列板圓弧過渡(一般半徑R<4%型深D)。

圖2　甲板線示意圖

甲板線參考點(diǎn)的定位將在國(guó)際載重線證書上標(biāo)寫清楚。存在的問題是，以上三種情形不同于一般情況的舷頂列板伸出甲板邊板的情況，一旦出現(xiàn)，極易忽視相關(guān)細(xì)節(jié)，等送審?fù)陥D紙，CLASS順利敲章后，現(xiàn)場(chǎng)施工才暴露問題。此時(shí)恰巧于船舶建造大節(jié)點(diǎn)出塢的當(dāng)口，任何圖紙引起施工延誤或返工的問題都會(huì)引起相關(guān)方面的不愉快，且相關(guān)圖紙需要再次送審，以及審圖備案，重新發(fā)放干舷勘定，處理時(shí)間會(huì)非常倉(cāng)促。

5勘劃基準(zhǔn)相關(guān)問題的討論及設(shè)計(jì)對(duì)策

ICLL第5條規(guī)定，夏季干舷應(yīng)該從甲板線上邊緣垂直向下量取，如圖3所示。

圖3　載重線示意圖

事實(shí)上，由于船舶建造誤差的存在，主尺度完工測(cè)量表有以下三種情形。

情形一：干舷甲板兩舷型深不一；

情形二：實(shí)測(cè)型深大于理論型深；

情形三：實(shí)測(cè)型深小于理論型深。

分析：針對(duì)情形一，從保證足夠儲(chǔ)備浮力角度考慮，應(yīng)該選取較低型深的一舷從甲板線的上邊緣向下量取核定干舷，而實(shí)測(cè)型深較大的一舷應(yīng)該量取核定干舷再加上兩舷型深的差值。不能夠選取型深大的作為基準(zhǔn)，亦不能夠取平均數(shù)作為基準(zhǔn)。

針對(duì)情形二，如實(shí)測(cè)型深較大，則主管機(jī)關(guān)審批發(fā)放的核定干舷在理論干舷的基礎(chǔ)上相應(yīng)加大。

針對(duì)情形三，又會(huì)出現(xiàn)兩種情況：

(1) 原理論干舷包含的富余量足夠消化建造的負(fù)誤差；

(2) 原理論干舷包含的富余量不能消化建造的負(fù)誤差。

針對(duì)情形三(1)，經(jīng)過與主管機(jī)關(guān)溝通協(xié)商，核定的干舷可以比理論干舷小，但必須大于規(guī)范要求的最小干舷。

針對(duì)情形三(2)，載重線必須相應(yīng)下移，引起的載重量減少是不得不面臨的問題。因此，理論干舷必須包含富余量，且富余量應(yīng)該大于等于建造負(fù)誤差，按照中國(guó)造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，最大負(fù)誤差值等于D /1 000。而當(dāng)今的大型造船企業(yè)采用補(bǔ)償量的施工設(shè)計(jì)和精度造船，出現(xiàn)D /1 000的負(fù)誤差概率應(yīng)該為0。因此考慮建造成本，理論干舷包含的富余量不宜超過D /1 000，由此筆者建議，理論干舷包含的富余量為D /1 000。

6雙載重線和多載重線的問題

隨著航運(yùn)船舶大型化趨勢(shì)愈演愈烈，為了適應(yīng)航道和港口的噸位限制、吃水限制以及能夠盡量節(jié)省各項(xiàng)費(fèi)稅，大噸位船舶向主管機(jī)關(guān)申請(qǐng)雙載重線或多載重線越來越成為解決營(yíng)運(yùn)實(shí)務(wù)的必要條件。

從船舶設(shè)計(jì)和施工角度來講，雙載重線和多載重線可以分為以下兩類：

第一類：基于吃水的載重線；

第二類：基于載重噸的載重線。

第一類比較簡(jiǎn)單，完全可以在塢內(nèi)做到施工和報(bào)驗(yàn)結(jié)束；第二類只能等到傾斜/稱重實(shí)驗(yàn)完成后，方能施工。

值得討論的一個(gè)問題是，ICLL第6條規(guī)定，如對(duì)船舶所核定的干舷比最小干舷為大，其載重線是勘劃在相當(dāng)于或低于根據(jù)本議定書所核定的最低季節(jié)性最小干舷載重線位置，則僅需勘劃淡水載重線。

由該條規(guī)定推算，目前主流180 K～200 K的CAPASIZE如果營(yíng)運(yùn)在熱帶淡水區(qū)域，淡水載重線F和熱帶淡水載重線TF之間相差D/48，船舶載重噸位將會(huì)損失近5 000 t。對(duì)于該項(xiàng)規(guī)定，筆者將繼續(xù)跟蹤，期望ICLL修正的時(shí)候能對(duì)該問題有所澄清。

7結(jié)束語(yǔ)

凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢。本文討論的相關(guān)注意事項(xiàng)如果在船舶設(shè)計(jì)初期能夠得到應(yīng)有的重視、分析和落實(shí)，相應(yīng)的設(shè)計(jì)和施工將會(huì)更加順利。

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[上接第46頁(yè)]

關(guān)于平衡梁的約束問題，有些工程師在做分析時(shí)會(huì)把平衡梁與滑靴的接觸面定義成面的全約束，這樣平衡梁中間段的應(yīng)力值會(huì)略小于上述結(jié)果， 但計(jì)算應(yīng)力的最大值會(huì)出現(xiàn)在約束面的邊緣，靠近平衡梁中心一側(cè)，加約束后其實(shí)相當(dāng)于鋼性約束，不符合實(shí)際。一般情況下，會(huì)在平衡梁與滑靴之間墊木塊，以避免鋼性接觸帶來的應(yīng)力集中，在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)過程中也需避免鋼性約束的出現(xiàn)。因此本文采用的約束符合實(shí)際情況，也偏安全。

綜上所述，只要對(duì)有限元的約束和載荷考慮適當(dāng)，網(wǎng)格劃分得當(dāng)，有限元計(jì)算的結(jié)果還是非常可信的，對(duì)于某些用傳統(tǒng)方式進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的困難問題，用有限元就變得非常簡(jiǎn)單和直觀了，值得我們?nèi)パ芯亢屯茝V。

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Research on Design Issue of Ship Load Line

XIE Li-rong, XIE Guo-jun

(Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co., Ltd., Shanghai 200137, China)

AbstractThis article elaborates the possible design issues and the countermeasures of ship load line in design process from two aspects, which are the theory and the practice. The results provides a reference for ship designers and managers.

KeywordsShipLoad lineICLLFreeboard

中圖分類號(hào)U672

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

作者簡(jiǎn)介：謝立榮(1973-)，男，高級(jí)工程師。