李學(xué)菊，張海華

（1. 中國船級社規(guī)范與技術(shù)中心，上海 200135；2. 中國船舶科學(xué)研究中心上海分部，上海 200011）

特種用途船舶分艙穩(wěn)性計(jì)算的應(yīng)用分析

李學(xué)菊1，張海華2

（1. 中國船級社規(guī)范與技術(shù)中心，上海 200135；2. 中國船舶科學(xué)研究中心上海分部，上海 200011）

簡要介紹了特種用途船破損穩(wěn)性的計(jì)算原理和適用規(guī)則。以某型特種用途船為例，分析了影響要求的分艙指數(shù)R值和達(dá)到分艙指數(shù)A值的主要參數(shù)，以及提高指數(shù)A的相應(yīng)措施。通過分析通風(fēng)管路布置、長艏樓中梯道口的型式以及橫向破損寬度的要求，解讀了規(guī)則中一些較難理解的條款，分析其對特種用途船的影響，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

特種用途船；分艙指數(shù)A；優(yōu)化措施

0 引 言

隨著船舶市場的多樣化，特種用途船的需求量將日益增加。然而，由于船舶功能的特殊性使得這類船型尺度受限且布局緊湊，關(guān)鍵是如何滿足船舶分艙穩(wěn)性的要求。

這類船舶多為中機(jī)型、長艏樓、艏/艉均設(shè)有壓載水艙，當(dāng)船舶的用途、核運(yùn)人數(shù)、航速和航行海域、燃油艙、淡水艙及各種輔助設(shè)備艙室的位置確定后，船舶的分艙就不可修改。在分艙確定的情況下，分析影響分艙穩(wěn)性計(jì)算的主要參數(shù)，在不改變船舶分艙的基礎(chǔ)上通過計(jì)算參數(shù)的選取使其滿足分艙穩(wěn)性要求。并根據(jù)特種用途船的特點(diǎn)，分析管路布置以及長艏樓中梯道開口的型式等對分艙穩(wěn)性計(jì)算的影響，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

1 分艙穩(wěn)性要求

載有12名以上特殊人員、≥500gt的船舶稱為特種用途船。海上安全委員會2008年5月13日MSC.266（84）決議［1］通過了特種用途船安全規(guī)則（簡稱SPS2008規(guī)則），以此替代了原來A.534［2］通過的SPS（Special Purpose Ships）規(guī)則。SPS2008規(guī)則中規(guī)定特種用途船的分艙和破損穩(wěn)性應(yīng)符合SOLAS（國際海上人命安全公約）［3］第II-1章中客船的要求。概率破損穩(wěn)性的要求是船舶達(dá)到的分艙指數(shù)A≥要求的分艙指數(shù)R：

1.1要求的分艙指數(shù)R

式中： Ls——分艙船長；N1——救生艇可供使用的人數(shù)；N2——船舶在N1以外允許載運(yùn)的人數(shù)。

因特種用途船上配備的特種人員被認(rèn)為具有良好的身體，對船舶布置有相當(dāng)?shù)牧私獠⑹苓^安全程序及船上安全操作訓(xùn)練的人員，因此特種用途船要求的R可以根據(jù)載運(yùn)的人數(shù)進(jìn)行折減：

1） 核準(zhǔn)載運(yùn)240人或以上，R值按式（2）計(jì)算；

2） 核準(zhǔn)載運(yùn)不超過60人，R值為式（2）計(jì)算結(jié)果的0.8；

3） 對于超過60（但不超過240）人，R值應(yīng)在上述“1）”和“2）”值之間線性內(nèi)插確定。

1.2達(dá)到的分艙指數(shù)A

達(dá)到的分艙指數(shù)：

式中：As、Ap和Al——分別為夏季載重吃水，部分載重吃水和輕載吃水工況下的分艙指數(shù)。

每個(gè)吃水的指數(shù)均為所考慮的全部破損情況所起作用的總和：

式中：pi——破損概率； si——生存概率。

破損概率pi與艙室布置有關(guān)，主要是橫向水密艙壁及邊艙艙壁。

任何初始工況 di生存概率因數(shù) si的計(jì)算公式為：

θe是任何進(jìn)水階段的平衡橫傾角。

式中：排水量——處于分艙吃水時(shí)的完整排水量；Mheel——最大假定橫傾力矩：

2 計(jì)算因素實(shí)例分析

滿足規(guī)則要求，其實(shí)就是盡量減小R值和增大A值。以某特種用途船為例，分析影響R值和A值的主要因素。主要參數(shù)見表1。

表1　主要參數(shù)

2.1影響R值的因素

從R值的計(jì)算公式可知，影響R值的因素有分艙長度Ls和參數(shù)N。當(dāng)船舶用途、總噸和核準(zhǔn)運(yùn)載總?cè)藬?shù)確定后，Ls的變動范圍不大。

當(dāng)救生艇使用人數(shù)N1確定（如N1=120，則N2=0）時(shí)，通過計(jì)算得出Ls對指數(shù)R的影響較?。ㄒ姳?）。

表2　分艙長度Ls對要求分艙指數(shù)的影響

當(dāng)分艙長度Ls確定（Ls=100m）時(shí)，參數(shù)N對指數(shù)R僅在小數(shù)點(diǎn)后第3位開始有影響（見表3）。

表3　救生艇使用人數(shù)N1對要求分艙指數(shù)的影響

從表2可知，分艙長度Ls和參數(shù)N對要求的分艙指數(shù)R值影響不大，因此通過修改這兩個(gè)因數(shù)來降低指數(shù)R的方式效果不明顯。

2.2影響A值的因素

計(jì)算A指數(shù)時(shí)需要用到3個(gè)初始裝載工況。這些裝載工況由平均吃水T、縱傾Trim及初穩(wěn)性高度GM定義。

2.2.1平均吃水T的影響

3個(gè)初始工況中最深分艙吃水ds與夏季載重線吃水相同，部分吃水dp=0.6ds+0.4dl，輕載吃水dl為營運(yùn)工況中的最小吃水，通常情況下是壓載到港工況對應(yīng)吃水［4］。

當(dāng)空船質(zhì)量重心確定后，可以通過調(diào)節(jié)壓載水獲得不同的輕載吃水工況。因ds已不可修改，而 dp通過ds和dl計(jì)算得到，因此dl的選取非常重要（見表4）。特種用途船不像貨船和客船有著嚴(yán)格的載貨量或載客量要求，因此壓載水艙配置的可調(diào)節(jié)范圍較大。

表4　不同輕載吃水dl時(shí)的A 值

從表4可知，其他條件相同僅輕載吃水不同時(shí)，達(dá)到的分艙指數(shù)A、輕載吃水指數(shù)Al和部分吃水指數(shù)Ap隨吃水T的增加而遞減。由于還要綜合考慮螺旋槳浸沒和完整穩(wěn)性衡準(zhǔn)要求，所以壓載到港工況的吃水也不可能無限制地減小，但是可以證明通過調(diào)節(jié)壓載到港工況的吃水T來得到最大的分艙指數(shù)A是可行的。

2.2.2計(jì)算縱傾影響

計(jì)算A時(shí)，最深分艙吃水ds和部分分艙吃水dp應(yīng)采用水平縱傾，輕載航行吃水dl采用實(shí)際營運(yùn)縱傾［4］。如果在任何營運(yùn)工況下與計(jì)算縱傾相比較，縱傾的變化大于0.5%Ls，應(yīng)按照相同吃水但不同縱傾另行提交一個(gè)或多個(gè)A的計(jì)算［5］，使所有營運(yùn)工況下的縱傾與一個(gè)計(jì)算所用的參照縱傾相比之差小于0.5%Ls（見圖1）。

圖1　不同吃水對應(yīng)的縱傾限制范圍

因裝載手冊或裝載計(jì)算機(jī)中所有工況都要滿足縱傾范圍，而手冊中的縱傾值是相對垂線間長而言的，所以一般實(shí)際送審船級社的文件中用到的計(jì)算值是0.5%Lbp，這樣兩個(gè)數(shù)值才具有可比性。

從表5可知，在船舶平浮和有較小艏縱傾值時(shí)分艙指數(shù)A值較大，其他縱傾值時(shí)指數(shù)A較小。由于船舶首傾不利于浮態(tài)和完整穩(wěn)性衡準(zhǔn)的滿足，因此輕載吃水工況對應(yīng)的縱傾值應(yīng)盡量調(diào)節(jié)至零縱傾。

表5　輕載吃水dl為定值，不同縱傾值Trim對應(yīng)的A值

2.2.3GM值

初始工況 GM值的選定主要取決于裝載手冊中總完整穩(wěn)性工況的設(shè)定。破損穩(wěn)性設(shè)定的 GM值與完整穩(wěn)性要求的 GM值構(gòu)成的包絡(luò)線必須包絡(luò)裝載手冊中所有營運(yùn)工況的GM值（見圖2）。

圖2　最小GM曲線

從表6可知，GM值對指數(shù)A的影響是最明顯的，隨著GM值的增大各項(xiàng)指數(shù)A、Al、Ap、As值不斷地增大，但是較大的 GM值會增加營運(yùn)工況的配載難度，因此選擇一個(gè)合理的GM值非常重要。

表6　其他條件不變，不同GM 對應(yīng)的A 值

3 特殊性布局對破損穩(wěn)性計(jì)算的影響

通過分析，發(fā)現(xiàn)特種用途船的管路布置和長艏樓中的梯道開口對達(dá)到的分艙指數(shù)A有著較大的影響。

3.1管路布置

SOLAS/II-1/B-1/7/7中規(guī)定，如果在假定破損范圍內(nèi)設(shè)有管子、通道或者管隧，其布置應(yīng)確保累進(jìn)進(jìn)水不會擴(kuò)展到那些假定進(jìn)水的艙室以外的其他艙室。

對于特種用途船而言，這類布置非常困難。特種用途船由于人員較多，配備的居住處所和生活娛樂場所也較多，為了滿足基本生活條件及舒適性要求，供水及污排水系統(tǒng)和空調(diào)管路系統(tǒng)非常復(fù)雜。發(fā)現(xiàn)有很多管路因布置不當(dāng)而穿過多個(gè)水密艙，或采用類似中央空調(diào)的形式一個(gè)空調(diào)機(jī)給幾個(gè)區(qū)域處所服務(wù)，導(dǎo)致空調(diào)管遍布全船。還有些管路及通風(fēng)管路是因?yàn)橹骷装迳嫌性O(shè)備遮擋導(dǎo)致不得不穿過水密艙壁。這種情況在計(jì)算分艙指數(shù)時(shí)就要考慮延伸進(jìn)水問題，如果管路通過的水密艙壁較多，那么達(dá)到的分艙指數(shù)一定會大打折扣。

建議：1）布置空調(diào)管系的時(shí)候，建議一個(gè)水密分割區(qū)域布置一臺空調(diào)機(jī)；2）如果必須穿過水密艙壁時(shí)，管路在垂向應(yīng)盡量靠近艙壁上部，在橫向盡量靠近船中，如果管路與另一區(qū)域艙壁的距離s小于一個(gè)扶強(qiáng)材結(jié)構(gòu)尺寸，如圖3，可視為艙壁（甲板相同）的一部分。

圖3　管路布置

3.2長艏樓內(nèi)的梯道開口

特種用途船通常具有長艏樓，主要功能是供人員就餐及活動場所。因此從使用功能上說，在艏樓甲板上設(shè)置水密艙壁是不可行的，即使是在梯道上設(shè)置水密門也會給實(shí)際使用帶來諸多不便。特種用途船多為中機(jī)型，即機(jī)艙布置在船舶中部，所以艏樓內(nèi)部會設(shè)置多個(gè)梯道通向主船體，那么梯道開口的位置及形式就顯得非常重要。如這些梯道門為普通防火門，那么在破損穩(wěn)性計(jì)算中這些點(diǎn)將被設(shè)置為內(nèi)部進(jìn)水點(diǎn)，而這些點(diǎn)在主甲板上，垂向位置較低，對計(jì)算指數(shù)A的影響很大。若這些梯道門為風(fēng)雨密門，那么計(jì)算中可以設(shè)置為風(fēng)雨密點(diǎn)，當(dāng)沒有被最終平衡水線淹沒時(shí)，其影響較小。因此這些開口應(yīng)盡量布置在靠近船舶中心線位置，且圍壁及開口型式最好為風(fēng)雨密型。

3.3破損寬度范圍

SOLAS/II-1/B-1/7/5中規(guī)定，橫向范圍小于 B/2的所有破損情況都可以計(jì)入計(jì)算公式，該橫向范圍是從舷側(cè)向內(nèi)垂直于最深分艙吃水線處的中線量取，如計(jì)算船舶右舷的破損指數(shù)，破損區(qū)域陰影區(qū)域（見圖4），而不是按照船舶中心線劃分左右舷。

圖4　橫向破損范圍

因特種用途船具有快速性的要求，船身較瘦長，因此僅就破損穩(wěn)性而言，船舶首尾區(qū)域的艙室布置為左/右對稱艙室就顯得沒有必要了。

另外，對于雙層底布置的要求［6］，所有特種用途船視為客船，應(yīng)滿足SOLAS第II-1/9條要求。

4 結(jié) 語

1）通過對分艙長度Ls和參數(shù)N的分析，發(fā)現(xiàn)其對指數(shù)R的影響很小。在船舶功能確定后，要求的分艙指數(shù)R值很難降低；

2）通過分析初始工況中吃水T、縱傾值Trim和初穩(wěn)性高度GM值對達(dá)到的分艙指數(shù)A的影響，對各種影響因素有了一定的了解，當(dāng)破損穩(wěn)性不能滿足要求或者過于富裕時(shí)，可以比較迅速且有針對性地進(jìn)行修改；

3）通過管路布置、長艏樓中梯道開口型式以及船舶橫向破損范圍等的分析，解讀了規(guī)則中的具體條款，了解哪些條款對特種用途船來說需要注意；但是，在設(shè)計(jì)初期易被忽視。

影響分艙穩(wěn)性計(jì)算的因素有很多，本文僅針對影響指數(shù)R值和指數(shù)A值的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行了分析，以及特種用途船的一些常規(guī)特點(diǎn)如管路布局和長艏樓梯道口型式進(jìn)行了探討。希望可以對特種用途船的設(shè)計(jì)起到借鑒作用。

［1］ Resolution MSC.266（84）. Code of Safety for Special Purpose Ships［S］， 2008.

［2］ Resolution A.534（13）. Code of Safety for Special Purpose Ships［S］， 1983.

［3］ The International Convention for the Safety of Life at Sea （SOLAS）［S］， 2009.

［4］ 張高峰，等. SOLAS 2009 極限GM曲線中縱傾范圍的考慮［A］. 上海市造船工程學(xué)會，2008年學(xué)術(shù)年會論文集［C］. 上海：2008.

［5］ 孫家鵬. 破艙穩(wěn)性新規(guī)范探討［J］. 上海造船，2009 （4）： 28-33.

［6］ 陳晶晶. SOLAS對雙層底要求研究［J］. 船舶與海洋工程，2012 （2）： 62-66.

Analysis on the Application of Specialized ship's Subdivision Stability Calculation

LI Xue-ju1， ZHANG Hai-hua2
（1. China Classification Society Rules & Technology Center， Shanghai 200135；2. Shanghai Branch， China Ship Scientific Research Center， Shanghai 200011）

This paper briefly introduces the damage stability calculation principles and applicable rules of specialized ships. Taking a type of specialized vessel as the example， the main parameters influencing the required subdivision index R and the attained subdivision index A， as well as the measures to increase the index A are analyzed. Through analyzing the requirements on ventilation piping arrangement， stairway type in long forecastle and transverse extent of damage，some rule articles which are difficult to understand are interpreted， their influence on specialized vessels are analyzed，and corresponding optimization measures are proposed.

specialized vessel； subdivision index A； optimization measure

U661.2+2

A

2095-4069 （2016） 01-0059-06

10.14056/j.cnki.naoe.2016.01.012

2015-04-14

李學(xué)菊，女，碩士，工程師，1983年生。2009年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)制造專業(yè)，現(xiàn)主要從事船舶穩(wěn)性專業(yè)研究工作。