張 華

（廣船國(guó)際技術(shù)中心）

0 引言

2017 年7 月15 日生效的國(guó)際海事組織（簡(jiǎn)稱IMO）決議MSC.421(98)中，對(duì)《國(guó)際海上人命安全公約（簡(jiǎn)稱SOALS）》中關(guān)于破艙穩(wěn)性的要求做了大幅度的修改，因新規(guī)適用于2020 年及以后的新造船舶，故將此SOLAS 新規(guī)簡(jiǎn)稱為SOLAS2020。相應(yīng)地，將現(xiàn)行的適用于2009 年以后建造的船舶的SOLAS 破艙穩(wěn)性要求簡(jiǎn)稱為SOLAS2009。

本文從法規(guī)條文以及實(shí)際算例兩個(gè)方面比較了SOLAS2020 的破艙穩(wěn)性要求相比SOLAS2009 的不同之處，揭示新規(guī)的要求顯著高于現(xiàn)行法規(guī)要求，對(duì)以后的客船尤其是客滾船的設(shè)計(jì)提出了更大的挑戰(zhàn)。

1 新舊法規(guī)條文對(duì)比

1.1 適用范圍

SOLAS2009 的現(xiàn)行破艙穩(wěn)性要求適用于2009年1 月1 日或以后安放龍骨或處于類似建造階段的船舶。

SOLAS2020 的破艙穩(wěn)性新規(guī)適用于符合下列條件之一的船舶：

（1）2020 年1 月1 日或以后簽訂合同的船舶；

（2）無(wú)建造合同，但在2020 年7 月1 日或以后安放龍骨或處于類似建造階段的船舶；

（3）交船日期在2024 年1 月1 日或以后的船舶。

1.2 要求的分艙指數(shù)R

SOLAS2009 對(duì)客船的“要求的分艙指數(shù)R”為

R=1-5000/(Ls+2.5N+15225)

式中：

Ls=船舶分艙長(zhǎng)度

N=N1+2×N2

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)（包括高級(jí)船員和普通船員）

SOLAS2009 中客船“要求的分艙指數(shù)R”與分艙長(zhǎng)度、船上總?cè)藬?shù)以及救生艇配置有關(guān)。分艙長(zhǎng)度越長(zhǎng)、船上總?cè)藬?shù)越多、救生艇容量越小，則要求的分艙指數(shù)R 值越大。在這三個(gè)影響R 值的因素中，船上總?cè)藬?shù)和救生艇容量的影響較大，分艙長(zhǎng)度Ls 相對(duì)公式中的其他數(shù)值是個(gè)小量，故它的變化對(duì)R 值影響很小。

SOLAS2020 對(duì)客船的“要求的分艙指數(shù)R”見(jiàn)表1。

SOLAS2020 中客船“要求的分艙指數(shù)R”僅與船上總?cè)藬?shù)有關(guān)。船上總?cè)藬?shù)越多，則“要求的分艙指數(shù)R”值越大。另外要注意的是，在SOLAS2009的R 值計(jì)算公式中的N 與SOLAS2020 的R 值計(jì)算公式里的N 是不相同的。

圖1 是新舊SOLAS“要求的分艙指數(shù)R”按船上總?cè)藬?shù)變化曲線的對(duì)比。從圖中可以看到，SOLAS2020 新規(guī)對(duì)指數(shù) R 的要求全面高于SOLAS2009，這個(gè)差距在船上總?cè)藬?shù)為1350 時(shí)達(dá)到最大。

圖1 要求的分艙指數(shù)R 對(duì)比

上圖中，SOLAS2009 的R 值曲線基于：

（1）分艙長(zhǎng)度Ls 為260m；

（2）救生艇按SOLAS 最低要求配置，對(duì)于國(guó)際航行短途客船按船上總?cè)藬?shù)的30%配置，對(duì)于國(guó)際航行長(zhǎng)途客船按船上總?cè)藬?shù)的100%配置。

表1 SOLAS2020 要求的分艙指數(shù)

表2 最終階段生存概率計(jì)算參數(shù)對(duì)比

表3 客滾船滾裝處所進(jìn)水時(shí)最終平衡階段生存概率比較

1.3 生存概率Si

任何初始裝載工況下的任何破損情況的生存概率Si 應(yīng)取進(jìn)水中間階段的Si、進(jìn)水最終平衡階段的Si 以及經(jīng)受住橫傾力矩的Si 這三者中的最小值。

SOLAS2020 新規(guī)在進(jìn)水最終平衡前的中間階段的生存概率和經(jīng)受住橫傾力矩的生存概率的計(jì)算公式上相比于現(xiàn)行的SOLAS2009 沒(méi)有區(qū)別，而對(duì)進(jìn)水最終平衡階段的生存概率的計(jì)算公式進(jìn)行了調(diào)整。

進(jìn)水最終平衡階段的生存概率計(jì)算公式為：

式中，

GZmax 是最大正復(fù)原力臂；

Range 是從平衡橫傾角量取的正復(fù)原力臂范圍；

K 為一個(gè)介于0 到1 之間的因數(shù)，跟平衡橫傾角有關(guān)；

GZmax 不得取為大于TGZmax，Range 不得取為大于TRange。

從表2 可以看出，SOLAS2020 對(duì)客滾船在滾裝處所發(fā)生進(jìn)水時(shí)提出了不一樣的要求，并且，由于新規(guī)是將公式中的分母增大了，那么對(duì)于同樣的破損情況，按新規(guī)計(jì)算得到的生存概率只會(huì)小于或等于按SOLAS2009 計(jì)算的結(jié)果，見(jiàn)表3。因?yàn)椤斑_(dá)到的分艙指數(shù)A”與生存概率正相關(guān)，這也就意味著，對(duì)客滾船來(lái)說(shuō)，按新規(guī)計(jì)算的“達(dá)到的分艙指數(shù)A”也必然會(huì)小于或等于按現(xiàn)行法規(guī)計(jì)算的結(jié)果。

另外，在SOLAS 艏部破損和底部破損中，生存概率必須等于1，而在SOLAS 舷側(cè)破損中，生存概率必須不小于0.9。所以在這三種破損中，最大正復(fù)原力臂GZmax 和正復(fù)原力臂范圍Range 都有最小限制值。

進(jìn)水最終平衡階段，對(duì)SOLAS2020 客滾船，且滾裝處所進(jìn)水時(shí)，艏部破損、底部破損的GZmax 不能小于0.20 米，Range 不能小于20 度，舷側(cè)破損的GZmax 不能小于 0.13 米，Range 不能小于13.12 度；對(duì)SOLAS2020 客船其他情況以及SOLAS2009 客船，艏部破損、底部破損的GZmax 不能小于0.12 米，Range 不能小于16 度，舷側(cè)破損的GZmax 不能小于0.08 米，Range 不能小于 10.50 度。

進(jìn)水中間階段，因?yàn)镾OLAS2020 和SOLAS2009的生存概率計(jì)算公式都是

所以艏部破損、底部破損的GZmax 不能小于0.05 米，Range 不能小于7 度，舷側(cè)破損的GZmax不能小于0.03 米，Range 不能小于4.59 度。

2 實(shí)船計(jì)算驗(yàn)證

2.1 算例說(shuō)明

本文對(duì)3 個(gè)客滾船實(shí)船項(xiàng)目分別按SOLAS2009和SOLAS2020 進(jìn)行了破艙穩(wěn)性計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容包括分艙指數(shù)、艏部破損、舷側(cè)破損和底部破損。

表4 主要參數(shù)

表5 初始條件

表6 計(jì)算結(jié)果比較（分艙指數(shù)）

表7 計(jì)算結(jié)果比較（艏部破損最小許用GM）

表8 計(jì)算結(jié)果比較（舷側(cè)破損最小許用GM）

計(jì)算使用的軟件為NAPA2018.3。

三個(gè)算例的主要參數(shù)如表4 所示。

計(jì)算所用的初始條件如表5 所示。

2.2 分艙指數(shù)

按SOLAS 要求，“達(dá)到的分艙指數(shù)A”應(yīng)不小于“要求的分艙指數(shù)R”。

分艙指數(shù)計(jì)算結(jié)果如表6 所示。從表中可以看到，相比SOLAS2009，SOLAS2020 的“要求的分艙指數(shù)R”大幅提高，而“達(dá)到的分艙指數(shù)A”則有小幅降低。3 個(gè)算例都能滿足SOLAS2009 的要求，但在“要求的分艙指數(shù)R”提高以及“達(dá)到的分艙指數(shù)A”降低的雙重影響下，只有算例1 能滿足SOLAS2020 的要求，而其他兩個(gè)算例距離新規(guī)要求則相差很遠(yuǎn)。

2.3 艏部破損

算例1 和算例2 中，有滾裝處所在艏部破損中破損，所以按SOLAS2020 計(jì)算得到的最小許用GM更高；算例3 中，滾裝處所未延伸至艏部破損范圍內(nèi)，故按新舊法規(guī)計(jì)算得到的結(jié)果是相同的。

2.4 舷側(cè)破損

三個(gè)算例都有從舷側(cè)到舷側(cè)的大滾裝處所，這樣的滾裝處所在舷側(cè)破損中無(wú)法避免會(huì)被破損，所以三個(gè)算例按SOLAS2020 計(jì)算得到的最小許用GM都更高。其中算例3 中，最深分艙吃水DS 下的某個(gè)破損工況因?yàn)檫M(jìn)水點(diǎn)高度的限制，正復(fù)原力臂范圍Range 小于13.12 度，導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)增大GM 來(lái)使生存概率達(dá)到要求值0.9。

2.5 底部破損

底部破損不涉及到滾裝處所進(jìn)水，按新舊法規(guī)計(jì)算得到的結(jié)果是相同的。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析SOLAS2020 新規(guī)和SOLAS2009對(duì)客船穩(wěn)性要求之間的差異并進(jìn)行實(shí)船計(jì)算驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：

（1）SOLAS2020 對(duì)客船（尤其是客滾船）的破艙穩(wěn)性的要求比現(xiàn)行法規(guī)的要求提高了不少；

（2）按滿足SOLAS2009 要求設(shè)計(jì)的客船大多因?yàn)榉€(wěn)性裕度不夠大而無(wú)法滿足新規(guī)要求；

（3）需滿足SOLAS2020 的新造客船的設(shè)計(jì)難度將大幅提升。