李成育

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司海工船舶事業(yè)部，上海 200125）

1 前言

隨著海工船舶逐步向深水發(fā)展，特別是起重鋪管船的整體性能要求的逐步提高。出于船舶裝載和作業(yè)工況裝載的多元化的考慮，加上船舶人數(shù)的增多，此類大型海工船舶的人數(shù)超過240人后，需要按照客船標(biāo)準(zhǔn)，并需要滿足安全返港（SRtP）的要求。基于振華重工建造交付的“德合”起重鋪管船和4500噸大型搶險(xiǎn)打撈起重船（預(yù)留S型鋪管，可拓展J型鋪管、R型鋪管、深水安裝等功能）作業(yè)工況和船舶應(yīng)急響系統(tǒng)應(yīng)（ERS），淺析海工船舶的裝載及穩(wěn)性計(jì)算機(jī)的配置選型。

2 基本原則和概念介紹

2.1 裝載及穩(wěn)性計(jì)算機(jī)

船舶在運(yùn)營(yíng)期間，一般分為裝貨、運(yùn)輸、卸貨三個(gè)階段。操作期間必須保證船舶有足夠的穩(wěn)性、強(qiáng)度以及浮態(tài)。為此，之前船舶的駕駛員在制定裝載計(jì)劃、卸貨順序時(shí)應(yīng)對(duì)整個(gè)過程中，對(duì)照船舶的完工的裝載手冊(cè)進(jìn)行收到校核船船各種狀態(tài)，以確定配載計(jì)劃及裝卸貨次序是否能夠滿足要求的穩(wěn)性、強(qiáng)度要求，如不滿足則需進(jìn)行調(diào)整。這一過程每次裝載時(shí)船舶駕駛員都必須做，且要花費(fèi)大量的時(shí)間去查閱裝載手冊(cè)中的圖表、曲線，計(jì)算過程也十分復(fù)雜。為了減少駕駛員的重復(fù)性勞動(dòng)，同時(shí)也為了更加準(zhǔn)確的計(jì)算船舶在某一裝載狀態(tài)下的穩(wěn)性、強(qiáng)度、浮態(tài)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在船舶上的應(yīng)用就出現(xiàn)了裝載計(jì)算機(jī)。

2.2 MSC.1/Circ.1532通函

IMO第96次海安會(huì)（MSC96）以MSC.1/Circ.1532 通函批準(zhǔn)了《經(jīng)修訂的向客船船長(zhǎng)提供關(guān)于安全返港的操作資料指南》，該通函旨在為SOLAS公約第II-1/8-1.3條的統(tǒng)一執(zhí)行提供附加指導(dǎo)，并適用于2016年5月13日或以后建造的需要滿足安全返港的客船。MSC.1/Circ.1532通函對(duì)向客船船長(zhǎng)提供的用于安全返港的操作資料的岸基支持或船上穩(wěn)性計(jì)算機(jī)提出了若干具體要求，包括穩(wěn)性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概況、系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)的要求、穩(wěn)性模擬應(yīng)采用的算法以及輸出數(shù)據(jù)的要求。穩(wěn)性計(jì)算機(jī)應(yīng)使用能夠在任何真實(shí)進(jìn)水事故后分析破損穩(wěn)性的軟件。軟件能評(píng)估開啟的水密門對(duì)穩(wěn)性的影響，并能用于破損控制演習(xí)。穩(wěn)性計(jì)算機(jī)能與岸基機(jī)構(gòu)按照約定的方法雙向交流結(jié)構(gòu)損壞情況。岸基計(jì)算機(jī)在強(qiáng)度方面的功能應(yīng)符合主管機(jī)關(guān)認(rèn)可的船級(jí)社的要求。對(duì)于客滾船，軟件應(yīng)有估算甲板積水影響的算法。計(jì)算機(jī)的穩(wěn)性方面應(yīng)初次認(rèn)可并定期測(cè)試。計(jì)算中可不考慮瞬時(shí)不對(duì)稱進(jìn)水和潮汐、流或波浪等作用引起的船舶移動(dòng)，也可采用主管機(jī)關(guān)滿意的等效方法提供給船長(zhǎng)進(jìn)水情況下的操作信息。

2.3 船舶應(yīng)急服務(wù)(ERS)

船舶應(yīng)急服務(wù)(ERS)是在船舶發(fā)生嚴(yán)重事故（擱淺、碰撞、爆炸和火災(zāi)等）時(shí)，為確保船舶安全,防止或盡量減少水域環(huán)境污染的影響而提供的一種技術(shù)服務(wù)。其核心技術(shù)包括破損后的浮性、破艙穩(wěn)性、剩余強(qiáng)度、破損后的溢油量或進(jìn)水量的分析、擱淺分析、破損后船舶完全沉沒時(shí)間的預(yù)測(cè)等。

依照船東和岸上ERS服務(wù)機(jī)構(gòu)預(yù)先簽定的ERS協(xié)議，為申請(qǐng)應(yīng)急服務(wù)的船舶在ERS數(shù)據(jù)庫(kù)中建立三維模型，一旦船舶在營(yíng)運(yùn)中遇到緊急狀況時(shí)，這個(gè)事先已建立在ERS系統(tǒng)中的船舶模型就能被調(diào)用。基于這個(gè)模型，ERS工程師可以對(duì)船舶進(jìn)行一系列的事故分析，最終出具脫險(xiǎn)方案。事故發(fā)生時(shí)，已加入ERS系統(tǒng)的船舶撥打一個(gè)特殊電話號(hào)呼叫應(yīng)急服務(wù)。在收到海上發(fā)來的求救電話后，岸上的應(yīng)急服務(wù)就會(huì)啟動(dòng)，將在崗受過專門培訓(xùn)的ERS工程師們迅速召集。ERS小組與船上的應(yīng)急小組通過持續(xù)的聯(lián)絡(luò)交流信息、討論方案。通常，一次ERS會(huì)最終總結(jié)成一份ERS報(bào)告，寄往船東并發(fā)送到事故船舶。ERS小組是船東在岸上的365天24小時(shí)待命的應(yīng)急響應(yīng)伙伴。作為一項(xiàng)商業(yè)服務(wù)，ERS目前都采用會(huì)員制年費(fèi)收取方式。對(duì)船東而言，每年的小額付出，既可換來年終無休的專家服務(wù)，減少船舶營(yíng)運(yùn)中的風(fēng)險(xiǎn)，為船東們提前做好船舶的風(fēng)險(xiǎn)管理。

2.4 起重鋪管船舶根據(jù)不同作業(yè)內(nèi)容和工況對(duì)裝載計(jì)算機(jī)選型配置的要求

（1）海洋大型起重機(jī)在吊重時(shí)，不同負(fù)載不同回轉(zhuǎn)角度對(duì)船舶的穩(wěn)性的影響，裝載計(jì)算機(jī)需根據(jù)吊裝作業(yè)工況，模擬配置吊重物（包括重吊旋轉(zhuǎn)時(shí)）的全過程，在滿足全船實(shí)時(shí)彎矩剪力以及穩(wěn)性的要求下，分步驟分析壓載水的調(diào)配過程。也需考慮貨物掉落時(shí)穩(wěn)性計(jì)算。（2）模擬鋪管作業(yè)工況，通過對(duì)話框形式輸入管材重量、張力載荷、導(dǎo)管架重量和導(dǎo)管架力矩，并分析當(dāng)前工況的總縱強(qiáng)度和穩(wěn)性。（3）如存在月池的話，月池的浮力計(jì)算（底門打開或者關(guān)閉）兩種狀態(tài)應(yīng)當(dāng)按照裝載手冊(cè)獨(dú)立考慮。

3 裝載計(jì)算機(jī)配置選型

在基于以上概念和內(nèi)容的，不同類型船舶的裝載及穩(wěn)性計(jì)算機(jī)選型建議采取以下幾類。

（1）普通散貨船或其他貨船：選擇一套帶船級(jí)社認(rèn)證硬件的IACS UR L5 Type2裝載計(jì)算機(jī)。

（2）普通油船或其他液貨船，選擇一套帶船級(jí)社認(rèn)可硬件的IACS UR L5 Type3裝載計(jì)算機(jī)。

（3）小型海工船舶人數(shù)少于240人（非滿足安全返港的要求）：選擇兩套IACS UR L5 Type3的裝載計(jì)算機(jī)，需注意相關(guān)海工功能模塊的選擇。

（4）大型海工船舶人數(shù)多于240人（滿足安全返港要求）或客滾船舶(滿足安全返港)。①選擇一套帶船級(jí)社認(rèn)證硬件的IACS UR L5 Type 4裝載計(jì)算機(jī)和全ERS。②選擇兩套IACS UR L5 Type 4 裝載計(jì)算機(jī)和簡(jiǎn)單的ERS支持。

4 以上所需的海工功能模塊按需配置

大型海工船舶（客船標(biāo)準(zhǔn)）的配置

結(jié)合振華重工建造的“德合”起重鋪管船和4500噸大型搶險(xiǎn)打撈起重船著重介紹此類大型海工船舶（需滿足客船標(biāo)準(zhǔn)和安全返港要求）的配置：

該兩艘船舶主尺寸和功能基本相似。安裝此類船舶的軟件必須滿足IMO和船級(jí)社的要求。是一種基于三維實(shí)體模型計(jì)算，進(jìn)行船舶穩(wěn)性和強(qiáng)度監(jiān)控的裝載軟件。

4.1 基本規(guī)范要求

（1）此系統(tǒng)必須滿足船級(jí)社以及國(guó)際海事組織規(guī)范；滿足船級(jí)社最新規(guī)范要求，并提供船級(jí)社證書。（2）裝載計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)根據(jù)CCS規(guī)范中Loading computer(S.I.D)的詳細(xì)要求進(jìn)行軟件送審并最終取得認(rèn)可證書。（3）滿足特種用途船舶安全規(guī)則（2008）及修正案(引用所有客船規(guī)則，安全返港相關(guān)要求)。（4）滿足最新的IACS URL5 Type 3&4的要求。（5）滿足海安會(huì)MSC.1/Circ.1400及MSC.1/Circ.1532的要求。

4.2 硬件和接口配置

硬件配置：

臺(tái)式機(jī)HP 800 G3 SFFTWR電腦 2臺(tái)

CPU New Pentium Dual Core G4400(3.3G/3M/2核)

4G(1×4G)DDR4內(nèi)存

顯示器：26寸包含臺(tái)式固定支架 2臺(tái)

A4的噴墨彩色打印機(jī) 2臺(tái)

操作系統(tǒng)：Windows 7及以上

不間斷電源 UPS（800VA） 2臺(tái)

電源：220V，60Hz 2路主應(yīng)急電源供電

接口配置：（1）實(shí)時(shí)連接液位遙測(cè)和吃水遙測(cè)。通訊協(xié)議Modbus RTU，接口形式為RS485；（2）水密門的狀態(tài)由采集站 WDIC1 和WDIC2 分別通過RS485發(fā)送給裝載電腦Load PC1 和 Load PC2；（3）在線功能：吃水、油艙、水艙的液位或艙容、干艙浸水信號(hào)、水密門狀態(tài)（開或關(guān)）能同步進(jìn)入計(jì)算。

4.3 主要功能

（1）根據(jù)提供的裝載條件模擬假定的裝載狀態(tài)，包括：貨艙裝載狀態(tài)，自重和風(fēng)力作用計(jì)算。（2）分析當(dāng)前裝載狀態(tài)下的總縱強(qiáng)度，比較許用彎距和剪力（結(jié)果可以圖表形式體現(xiàn)出來）。（3）輔助壓載水管理，自動(dòng)計(jì)算海水比重變化對(duì)浮態(tài)和總縱強(qiáng)度等的影響。（4）載重常量（可在船上任何位置裝載船舶常量）。（5）船體屬性報(bào)告(比如,在報(bào)告中包括航行號(hào)，裝貨港口，卸貨港口，船名，日期，裝貨及其它信息)。（6）根據(jù)提供的裝載條件模擬假定的裝載狀態(tài)，包括：貨艙裝載狀態(tài)，自重和風(fēng)力作用等。（7）分析當(dāng)前裝載狀態(tài)下的靜水力特性及浮態(tài)（包括吃水，橫縱傾值，排水量，載重量、GZ最大值、GZ范圍、穩(wěn)性消失角、進(jìn)水浸沒角、脫險(xiǎn)通道浸沒角和初穩(wěn)性高等）。（8）自動(dòng)計(jì)算艏艉柱和吃水標(biāo)記處的吃水（艏，舯，艉）。（9）自動(dòng)計(jì)算自由液面力矩的影響，裝艙情況(對(duì)于貨艙、壓載艙、燃油艙及其他艙按照重量、體積、裝載百分比、測(cè)深值、空高值和比重進(jìn)行裝載)。（10）基于貨物分類的裝載總結(jié)報(bào)告。（11）按照IMO 2008 IS CODE規(guī)范分析當(dāng)前裝載狀態(tài)下的完整穩(wěn)性。（12）吃水測(cè)量及報(bào)告、視線及盲區(qū)報(bào)告、生成當(dāng)前裝載狀態(tài)下的各種計(jì)算報(bào)告。（13）保存和恢復(fù)裝載狀態(tài)文件、具有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存及打印功能。（14）超載示警(包含最小艏吃水報(bào)警)、顯示橫搖周期。（15）實(shí)時(shí)連接液位遙測(cè)，并從液位遙測(cè)獲得艙容，實(shí)時(shí)計(jì)算完整穩(wěn)性和總縱強(qiáng)度。（16）裝載畫面和裝載總結(jié)、靜水力參數(shù)及浮態(tài)。（17）完整穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果和風(fēng)傾穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果、總縱強(qiáng)度計(jì)算。（18）橫傾、縱傾、穩(wěn)性、強(qiáng)度超限時(shí)自動(dòng)示警。（19）甲板裝載模塊：系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)甲板貨物重量和重心的自由設(shè)置，并在甲板布置圖上進(jìn)行裝載，可以自定義甲板貨物形狀，并用鼠標(biāo)自由拖動(dòng)貨物，界面窗口可以實(shí)時(shí)顯示總重量和重心，甲板貨物的顏色可以按照貨物屬性來區(qū)分，而液貨艙是按照不同裝載的類別進(jìn)行顏色區(qū)分，如燃油艙和壓載水艙等。（20）貨物重吊模塊：可以選擇重物，輸入吊臂的角度，旋轉(zhuǎn)角度等。可以手動(dòng)模擬在使用吊機(jī)時(shí)吊重物（包括重吊旋轉(zhuǎn)時(shí)）的全過程，在滿足全船實(shí)時(shí)彎矩剪力以及穩(wěn)性的要求下，分步驟分析壓載水的調(diào)配過程。整個(gè)分析過程可以存儲(chǔ)、導(dǎo)出裝載工況，保存并打印模擬壓載水調(diào)配全過程的報(bào)告。（21）模擬鋪管作業(yè)工況，通過對(duì)話框形式輸入管材重量、張力載荷、導(dǎo)管架重量和導(dǎo)管架力矩，并分析當(dāng)前工況的總縱強(qiáng)度和穩(wěn)性。（22）船上裝載計(jì)算機(jī)能按照損失浮力法計(jì)算進(jìn)水事故后船舶的剩余穩(wěn)性。（23）具備與岸上應(yīng)急響應(yīng)服務(wù)雙向通信能力，岸上應(yīng)急響應(yīng)服務(wù)能向船長(zhǎng)提供破損后剩余強(qiáng)度信息。（24）船舶發(fā)生進(jìn)水后能自動(dòng)接收干艙浸水信號(hào)或手動(dòng)設(shè)置破損艙室，并能提供扶正輔助決策計(jì)算。（25）裝載情況、總縱強(qiáng)度、浮態(tài)和穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果打?。?6）系統(tǒng)能夠計(jì)算作用力矩如風(fēng)力矩、救生艇釋放力矩、貨物移動(dòng)力矩和乘客移動(dòng)力矩。（27）具有使用相同的詳細(xì)船體模型進(jìn)行破損控制演習(xí)或評(píng)估進(jìn)水事故中潛在破損和穩(wěn)性情景的能力。這不應(yīng)干擾船上計(jì)算機(jī)或岸基支持監(jiān)測(cè)實(shí)際狀況和向船長(zhǎng)提供操作資料的能力。（28）系統(tǒng)在離線狀態(tài)下可實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶自定義的工況進(jìn)行預(yù)裝載。

5 國(guó)內(nèi)外三維全建模裝載計(jì)算機(jī)的現(xiàn)狀

我國(guó)2004年12月完成了由708所主編的《船舶配載計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求》船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其目的是為統(tǒng)一船舶配載計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，保證配載計(jì)算的正確、真實(shí)，提高配載作業(yè)的安全和效率，適應(yīng)船舶建造、航運(yùn)的需要而制定。

結(jié)合CCS規(guī)范的Load computer（S.I.D）符號(hào)和ERS符號(hào)要求，據(jù)了解，市場(chǎng)上可以做滿足MSC.1-Cirsc 1532通函要求全三維建模裝載計(jì)算機(jī)的軟件提供商有：瑞典Kockum Sonics、國(guó)內(nèi)供應(yīng)商杰星（Cload）和挪威Kongsberg（Lodic）。杰星（Cload）提供一條客滾船供裝載計(jì)算機(jī)，滿足客船標(biāo)準(zhǔn)，入CCS船級(jí)，安全返港要求，軟件功能界面見圖示1。Kongsberg目前在為升級(jí)“12000T華升龍”提供裝載計(jì)算機(jī)，滿足客船標(biāo)準(zhǔn)，入CCS船級(jí)，雖然無安全返港要求，但取得了Load computer（S.I.D）符號(hào)。軟件界面見圖示2。

圖1 CLoad 軟件界面

6 結(jié)語(yǔ)

大型起重鋪管船或大型海工船舶都是集多功能于一體，根據(jù)不同的選擇工況和作業(yè)內(nèi)容，選擇合理配置的裝載及穩(wěn)性計(jì)算機(jī)，即能給船舶運(yùn)營(yíng)安全的提供有效的保證，也可節(jié)省成本。

對(duì)于需滿足客船標(biāo)準(zhǔn)和安全返港要求的大型海工船舶，裝載計(jì)算機(jī)的選擇有以下兩種建議：船東船隊(duì)規(guī)模小，建議選擇配置（1）；船東規(guī)模比較大，可以考慮配置（2）。

圖2 Lodic軟件界面

（1）船上配備完整的兩套裝載穩(wěn)性計(jì)算機(jī)，按照要求配置傳感器數(shù)據(jù)接口及手動(dòng)輸入和滿足要求的計(jì)算方式（建模）軟件；需要至少2個(gè)船員應(yīng)勝任系統(tǒng)包括與岸基支持通信連接裝置的操作，他們應(yīng)能解釋系統(tǒng)輸出以向船長(zhǎng)提供要求的操作資料；還應(yīng)有與岸基支持雙向通信連接的裝置，以向船長(zhǎng)提供破損后的結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度資料，或可結(jié)合船東申請(qǐng)的岸基支持一起辦理服務(wù)（也可選擇申請(qǐng)ERS符號(hào)）。按照此方法，即可申請(qǐng)CCS附加loading computer （S.I.D）符號(hào)。

（2）若船上不配置Type4穩(wěn)性計(jì)算機(jī)，只是常規(guī)的裝載計(jì)算機(jī)（硬件一樣），選擇按第 II-1/8-1.3.2條規(guī)定設(shè)有岸基支持時(shí)，應(yīng)有在船舶證書有效期內(nèi)隨時(shí)提供岸基支持的合同。國(guó)內(nèi)可以委托海事主管當(dāng)局認(rèn)可的單位辦理ERS服務(wù)，簽訂合同建模設(shè)計(jì)軟件，按照年費(fèi)長(zhǎng)期服務(wù)。