◎ 許旸 交通運輸部廣州打撈局

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半潛船空船重量控制淺析

◎ 許旸 交通運輸部廣州打撈局

本文通過對半潛船空船重量的主要組成、結(jié)構(gòu)設(shè)計、船廠建造的空船重量控制研究，分析了某5萬噸半潛打撈船的結(jié)構(gòu)形式選取及材料選擇等因素對半潛船船體結(jié)構(gòu)設(shè)計，建造中施工工藝執(zhí)行及質(zhì)量監(jiān)控對空船重量控制的影響。對如何妥善處理好總體性能對空船重量的控制要求，又要保障船舶的強度，提出解決方法和措施。

半潛船 船舶 空船重量

1.前言

隨著海洋經(jīng)濟(jì)、海上資源開發(fā)工程的發(fā)展，市場對離岸石油設(shè)施及配套服務(wù)設(shè)施的需求增長，為海上工程提供服務(wù)的各種工程船舶已成為海上資源開采及勘探中不可缺少的組成部分。半潛船作為海上特種工程船在進(jìn)行海洋工程作業(yè)、重大件運輸項目及海上應(yīng)急搶險打撈的優(yōu)勢日益明顯，在整個航運市場及海上應(yīng)急搶險打撈中扮演的角色也日益重要。

半潛船是一種具有較大甲板面積，艏部和艉部有較高上層建筑（甲板室或浮箱），專門用于在甲板上裝/卸載體積或重量很大而又無法分割的超大型結(jié)構(gòu)物的船舶。在裝卸作業(yè)或操作需要時，半潛船除艏樓和浮箱外，主甲板以下船體均可潛入水下呈半潛狀態(tài)。由于半潛船半潛作業(yè)的要求，需要大量的壓載水艙來滿足完成下潛、起浮作業(yè)；又由于裝載運輸重大構(gòu)件貨物的要求，希望半潛船具有足夠大的裝載能力。因此，有效地控制和降低半潛船的空船重量，提高半潛船的載重量及其綜合性能指標(biāo)具有積極的現(xiàn)實主義。

2.半潛船空船重量的組成

半潛船的空船重量主要由船體結(jié)構(gòu)重量、舾裝重量、輪機(jī)重量、管系重量以及電氣設(shè)備重量等組成，它們是固定重量，與裝載及作業(yè)工況無關(guān)。控制半潛船的空船重量要求必須在船舶設(shè)計時，船體、輪機(jī)、電氣、舾裝各專業(yè)就要給予充分考慮?？沾亓枯p了，則在最大壓載水裝載狀態(tài)下不能達(dá)到最大下潛深度；空船重量重了，則在航行運輸狀態(tài)不能達(dá)到規(guī)定的載重量指標(biāo)。半潛船船型與一般的普通貨船具有明顯區(qū)別，龐大的艏樓和主甲板上兩個高大的艉浮箱是半潛船船型的重要特征。半潛船的結(jié)構(gòu)重量占空船重量的比例較之一般的普通貨船要高，約占空船重量的80％，是構(gòu)成空船重量的主要部分。

半潛船的工作狀態(tài)多、變化大，對重量重心控制的要求高。半潛船的空船重量及載重量之和構(gòu)成了滿載吃水時的排水量。合理有效地控制空船重量，可最大限度地提高半潛船的裝載能力。另一方面，半潛船的作業(yè)特性要求以大量壓載水的裝載完成下潛作業(yè)任務(wù)，空船重量和壓載水的重量總和又是決定最大下潛深度的關(guān)鍵因素，增加空船重量又意味著可以減少壓載艙的艙容。因此控制半潛船的空船重量是一項非同于常規(guī)船舶的一項艱巨且關(guān)鍵的任務(wù)。

3.半潛船空船重量控制分析

空船重量重心的控制關(guān)系到半潛船設(shè)計、建造的成敗。半潛船設(shè)計時必須就空船重量對半潛船安全裝載和作業(yè)能力等方面進(jìn)行全面的分析與評估，制定空船重量重心的控制措施和指標(biāo)?？沾亓恐匦目刂频臏?zhǔn)確性和可靠性，可有力保證了半潛船載重量和下潛作業(yè)設(shè)計目的的順利實現(xiàn)。

3.1主船體結(jié)構(gòu)重量的控制

根據(jù)半潛船的作業(yè)特點，其作業(yè)工況有：無限航區(qū)航行、半潛作業(yè)和甲板上貨（尾部或橫向）三種工況，每種工況又有許多種不同的裝載狀態(tài)。全船骨架形式的確定必須綜合考慮各工況及其不同狀態(tài)對強度的要求。

3.1.1船體骨架形式的選取

半潛船的骨架形式選取必須結(jié)合船舶主尺度以及其功能定位和用途?？紤]到搶險打撈和運營中重大型結(jié)構(gòu)件尾部上貨工況的情況（尾部上貨比橫向要求高，計算時考慮尾部上貨工況），某5萬噸半潛打撈船的主船體為雙甲板、雙底、單殼結(jié)構(gòu)，主甲板，平臺，縱壁（2道），舷側(cè)和船底均采用縱骨架式，主要構(gòu)件縱向連續(xù)構(gòu)件自船舯向艏、艉盡可能延伸并保持連續(xù)貫通，以保證船舶有足夠的總強度；同時又考慮到在打撈和運營中也存在橫向上貨的情況，故甲板承載貨區(qū)沿船長方向每3個肋位（2400mm）設(shè)置橫向強框架用于支撐縱向構(gòu)件，全船設(shè)11道水密橫艙壁，水密橫艙壁扶強材垂向布置，以保證船體橫向強度。

3.1.2中橫剖面結(jié)構(gòu)及材料

船體中橫剖面是承受和傳遞船舶自身載荷、貨物載荷、靜水載荷和波浪載荷關(guān)鍵結(jié)構(gòu)；是空船重量重心控制、獲取較大剖面模數(shù)的主要方面；是提高船舶強度、確保半潛船功能（大裝載能力和下潛）實施的重要環(huán)節(jié)。中橫剖面上的結(jié)構(gòu)件布置會直接影響到總體結(jié)構(gòu)的合理性。以較簡單的結(jié)構(gòu)形式和較輕的結(jié)構(gòu)重量，獲取較大中剖面模數(shù)、傳承船舶的靜水彎矩和波浪彎矩，滿足總縱強度的要求，是船體結(jié)構(gòu)研究和設(shè)計的目標(biāo)，是半潛船空船結(jié)構(gòu)重量控制的關(guān)鍵。

為此，中橫剖面設(shè)計應(yīng)綜合考慮載荷（靜水彎矩和波浪彎矩）、骨架和骨材形式選取、材料選擇等因素影響。5萬噸半潛打撈船的結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件尺寸通過多種途徑對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸及形式優(yōu)化的結(jié)果為：

（1）主船體（包括艏樓、艉浮箱）采用AH36、DH36或EH36高強度鋼，以盡量輕的鋼料重量獲取較大的剖面模數(shù)，使船體中橫剖面的設(shè)計既滿足總體性能對結(jié)構(gòu)重量的控制要求，又保障該船的總強度以及局部強度，使該船的結(jié)構(gòu)達(dá)到相對最優(yōu)化。

（2）主甲板采用普通鋼，且主甲板板厚在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上再加厚3mm，以適應(yīng)打撈作業(yè)和重大件裝缷載過程產(chǎn)生的磨損要求。

（3）對特殊構(gòu)件作適當(dāng)加強。

3.2艏樓及艉浮箱結(jié)構(gòu)重量的控制

半潛船的特殊船型決定了半潛船的儲備浮力主要是靠艏部的高艏樓及艉部的艉浮箱提供，合理設(shè)計半潛船的艏樓和艉浮箱是確保半潛船具有足夠儲備浮力的重要保障。必須注意到，艏、艉的外形尺寸及結(jié)構(gòu)合理與否，不但關(guān)系到半潛船甲板有效作業(yè)長度及面積大小，還直接關(guān)系到半潛船的適貨性（超長貨物）及裝載能力。另一方面，盡量控制艏、艉結(jié)構(gòu)的重量亦是有效地控制船舶空船重量重心的關(guān)鍵因素之一。

艏、艉的外形尺寸小了，儲備浮力不能達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)要求；艏、艉的外形尺寸大了，勢必占用了主甲板的長度，降低了裝載能力；艏、艉結(jié)構(gòu)設(shè)計大了，則會增加空船重量及其重心高，降低半潛船的載貨量及下潛過程的穩(wěn)性。

合理有效設(shè)計半潛船的艏樓和艉浮箱，盡量控制其長度，是結(jié)構(gòu)重量控制的一項關(guān)鍵的任務(wù)。某5萬噸半潛打撈船艏樓外形尺度（長×高）：46.4m×38.7m（距主甲板），艉浮箱大小（長×寬×高）：14.4m×6.125m×17.4m（距主甲板）。

3.3建造過程空船重量控制的保障措施

空船重量及重心的控制除了在船舶設(shè)計上對船舶結(jié)構(gòu)重量的控制高度重視外，還要在設(shè)備訂貨、船廠建造的全過程加以密切關(guān)注、實時跟蹤。擬定半潛船重量重心控制目標(biāo)，制定空船重量控制保障措施?？蓮娜缦聨讉€方面著手：

（1）嚴(yán)格執(zhí)行施工工藝，按圖施工；

（2）建造過程中盡量減少結(jié)構(gòu)尺寸、位置的改變，控制結(jié)構(gòu)的增減及構(gòu)件材料的代用；

（3）設(shè)備訂貨過程中嚴(yán)控裝船設(shè)備重量的偏離及設(shè)備的增減，做好設(shè)備重量統(tǒng)計；

（4）船東監(jiān)造人員、船廠相關(guān)管理人員在船舶建造全程，對空船重量實施定期通報，及時采取措施，糾正空船重量的偏離。確保船舶空船重量控制目標(biāo)的實現(xiàn)。

4.結(jié)論

某5萬噸半潛船傾斜試驗結(jié)果證明，空船重量為27945.7t，相對詳細(xì)設(shè)計差值445.7t，重心高度11.51m，相對差值-0.052m（降低），均位于預(yù)先設(shè)定的合理變化范圍之內(nèi)。主要考核技術(shù)指標(biāo)如載重量、下潛起浮能力、航速、DP動力定位性能、振動噪音等，經(jīng)實船試驗或測試，均達(dá)到或超過設(shè)計任務(wù)書的要求。

該船通過多種途徑對結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸和形式的優(yōu)化，合理使用高強度鋼，嚴(yán)控設(shè)備訂貨、建造全程材料替代數(shù)量等一系列措施，從而保障了空船重量重心的主要因素在可控的范圍之內(nèi)。