羅 良，李衛(wèi)華，陸懿東

（上海船舶研究設(shè)計院，上海 201203）

0 引 言

隨著現(xiàn)代造船技術(shù)的發(fā)展，為了進一步縮短建造周期，提高生產(chǎn)效率，往往選擇在岸上進行船體分段建造，待合攏后再將其從岸上平移下水；更有考慮到船廠建造設(shè)備能力的限制，需要將建造中的船舶或海上設(shè)施從A地轉(zhuǎn)移到B地、繼續(xù)建造的情況。針對新涌現(xiàn)的上述設(shè)施及其分段的下水、上排，以及短途轉(zhuǎn)運的需求，常規(guī)的浮船塢已然難以應(yīng)對。本文以上海船舶研究設(shè)計院為俄羅斯石油公司旗下的紅星造船廠設(shè)計的40 000 t舉力多功能運輸塢為例，對其研發(fā)設(shè)計進行分析。結(jié)合船東的實際使用需求，所設(shè)計的該運輸塢針對建造中的船舶或海上設(shè)施，能完成從岸上平移下水、從水中移至岸上，以及予以裝載后在指定水域運輸?shù)亩囗棽僮鳎沁m用于船廠修造船作業(yè)的核心裝備。

1 船舶概況

1.1 主尺度

該40 000 t舉力多功能運輸塢的主尺度見表1。

表1 40 000 t舉力多功能運輸塢的主尺度

1.2 船級

船體（包括設(shè)備）、輪機（包括設(shè)備）、電氣及特殊設(shè)備等按俄羅斯船級社現(xiàn)行的規(guī)范和規(guī)則設(shè)計、建造，并受其檢驗，取得船級符號：KE R3 FLOATING DOCK / PONTOON FOR TRANSPORTATION SERVICES。

2 船舶作業(yè)功能和作業(yè)方式

2.1 作業(yè)功能

該運輸塢是一艘集船舶和海工設(shè)施下水與轉(zhuǎn)運功能于一體的多功能運輸塢，其主要功能如下：

1）具有將最長為300 m、最寬為51 m、最大吃水為5 m、最大重量為40 000 t的新建船舶從岸上縱向滾裝上塢之后在水中出塢的能力；

2）具有將最長為118 m、最寬為70 m、最大重量為40 000 t的“MOSS”型鉆井平臺從岸上橫向滾裝上塢之后在水中出塢的能力；

3）具有將在水中進塢的被載船從塢內(nèi)滾裝上岸，或在水中出塢的能力；

4）具有載運船舶或海工平臺在指定航區(qū)拖航的能力。

2.2 作業(yè)方式

2.2.1 縱向裝船下水作業(yè)

縱向裝船作業(yè)采用液壓輪式移船臺車方式，將浮船塢塢尾與碼頭靠泊定位，在塢內(nèi)和碼頭上鋪設(shè)臺車軌道，運輸塢與碼頭之間的軌道通過連接梁連接，采用移船臺車將下水船舶從岸上滾裝上塢，在裝船過程中運輸塢處于漂浮狀態(tài)，通過調(diào)配壓載水使運輸塢與碼頭的軌道保持在同一水平線上，之后下水船舶由工裝支撐，以撤離臺車。隨后將運輸塢拖曳至沉塢坑下沉，直至下水船舶漂浮并與運輸塢脫離，完成下水作業(yè)。

2.2.2 橫向裝船下水作業(yè)

橫向裝船作業(yè)運輸塢舷側(cè)與碼頭靠泊定位，采用ENERPAC 液壓滑移系統(tǒng)，在塢內(nèi)和碼頭上鋪設(shè)滑道，運輸塢與碼頭之間的滑道由滑道連接梁連接，采用滑移臺架將“MOSS”型鉆井平臺從岸上滑移上塢，在裝船過程中運輸塢處于漂浮狀態(tài)，通過調(diào)配壓載水使運輸塢與碼頭的滑道保持在同一水平線上，鉆井平臺上塢之后由擱墩支撐，以撤離臺架。隨后將運輸塢拖曳至沉塢坑下沉，直至鉆井平臺漂浮并與運輸塢脫離，完成下水作業(yè)。

2.2.3 帶載轉(zhuǎn)運作業(yè)

在1 艘或多艘拖船拖曳下，運輸塢裝載船舶產(chǎn)品或海工平臺在總廠與各分廠之間的指定海域（R3 航區(qū)）拖航轉(zhuǎn)移運輸。

3 船型和總布置

該運輸塢為集下水工作船、甲板運輸駁、半潛駁和浮船塢的功能于一體的多功能運輸塢。船舶總布置是與船型研發(fā)有關(guān)的眾多關(guān)鍵技術(shù)的一個綜合表現(xiàn)，需考慮的因素有很多，是多參數(shù)、多目標、多約束的求解和優(yōu)化問題，是一個逐步近似的過程，通常按螺旋線形式進行。例如：

1）實現(xiàn)超長貨物的上排下水，要求具有足夠的長度；

2）實現(xiàn)超寬貨物的上排下水，要求具有足夠的寬度且浮箱不能連續(xù)；

3）實現(xiàn)貨物的短途運輸，要求具有足夠的干舷；

4）實現(xiàn)船舶的沉浮功能，要求具有足夠的儲備浮力和下潛深度；

5）實現(xiàn)縱向40 000 t的裝載，要求具有足夠的甲板縱向強度；

6）實現(xiàn)橫向40 000 t的裝載，要求具有足夠的甲板橫向強度。

不同于常規(guī)浮船塢具有連續(xù)塢墻，該運輸塢并沒有設(shè)置連續(xù)塢墻，而是在浮箱甲板的4 個角上設(shè)置4 座塔樓，每座塔樓設(shè)有5 層甲板。該設(shè)計不僅能使運輸塢裝載比自身長度更長的貨物，而且能使其裝載比自身寬度更寬的貨物，大大提高作業(yè)效率。不同于常規(guī)浮船塢的干舷，該運輸塢的干舷需滿足《國際載重線公約》的要求，其值確定為4 m，使該運輸塢具備在指定水域進行海上轉(zhuǎn)移運輸?shù)哪芰Α?/p>

基于上述要求，綜合考慮各因素對船型設(shè)計方案的影響，確定該運輸塢主體由1 只整體式浮箱和分布于浮箱甲板4 個角上的4 座浮力塔樓構(gòu)成，船體為全電焊鋼結(jié)構(gòu)。浮箱內(nèi)設(shè)有1 道水密中縱艙壁、4 道左右對稱的水密旁縱艙壁和6 道水密橫艙壁。這些水密艙壁將整個浮箱分割成縱向、橫向?qū)ΨQ布置的40 個壓載艙和6 個泵艙。該運輸塢的總體布置圖見圖1。

圖1 40 000 t舉力多功能運輸塢總體布置圖

4 設(shè)計理念

在研發(fā)該40 000 t舉力多功能運輸塢過程中，始終遵循結(jié)構(gòu)安全、作業(yè)效率高和自動化程度高等設(shè)計理念。

1）在結(jié)構(gòu)安全方面，在規(guī)范設(shè)計的基礎(chǔ)上，采用全船有限元計算方法確保多種作業(yè)工況和復雜受力狀態(tài)下的船體結(jié)構(gòu)強度滿足要求。該運輸塢不同于常規(guī)浮船塢，除了具有浮船塢的功能以外，還具有下水工作船、甲板運輸駁和半潛駁的功能，作業(yè)工況和受力狀態(tài)比較復雜。因此，在設(shè)計該運輸塢時，除了考慮常規(guī)浮船塢在沉浮作業(yè)工況下的結(jié)構(gòu)安全以外，還要考慮船體結(jié)構(gòu)在載貨航行工況、縱向軌道進駁工況和橫向滑道進駁工況下的強度。此外，結(jié)構(gòu)安全還體現(xiàn)在該運輸塢的橫向下水能力方面。常規(guī)下水工作船的橫向下水能力通常低于其縱向下水能力，該運輸塢在控制船體結(jié)構(gòu)重量的基礎(chǔ)上，在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下，實現(xiàn)了橫向下水能力與縱向下水能力相同，大大增強了自身的作業(yè)能力。此外，該運輸塢配置有2 套不同型式的撓度測量系統(tǒng)，用于實時監(jiān)測船體結(jié)構(gòu)在作業(yè)時的縱向和橫向變形撓度狀態(tài)；同時，設(shè)定最大撓度報警，防止裝載過程中因船體變形過大而導致結(jié)構(gòu)應(yīng)力超出設(shè)計范圍。

2）在作業(yè)效率方面，提出變截面箱型梁形式的過橋連接梁，兩端支承設(shè)計成搭接鉸支形式，既能滿足連接梁的強度和剛度要求，又能使其外形尺寸較好地適應(yīng)可能出現(xiàn)的浮態(tài)變化和運動位移，通過有限元計算對運輸塢作業(yè)過程中連接梁結(jié)構(gòu)的最大撓度位移進行校核，保證移船小車安全行走和作業(yè)，提高作業(yè)效率。此外，在浮箱甲板的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計上，該運輸塢采用非常規(guī)的船體結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)縱向進駁時可在浮箱甲板縱向位置上任意布墩和橫向進駁時可在浮箱甲板任意位置擺放滑道的功能，大大提升產(chǎn)品的作業(yè)能力和適應(yīng)能力。

3）壓載系統(tǒng)是針對該運輸塢作業(yè)情況和功能要求專門開發(fā)設(shè)計的關(guān)鍵核心系統(tǒng)，所有壓載艙被劃分成14 個區(qū)域，每個區(qū)域由2 ～3 個壓載艙組成。通過壓載水加載排放和強大的調(diào)撥功能，既能滿足沉浮作業(yè)要求，又能滿足橫向移船和縱向移船作業(yè)的配載要求。壓載系統(tǒng)中配置有14 臺單級雙吸離心泵并采用變頻控制，每個壓載泵進出口都設(shè)置有流量計，可根據(jù)流量計的信號反饋對壓載泵進行變頻調(diào)節(jié)，結(jié)合裝載計算機預配載功能，實現(xiàn)該運輸塢在沉浮作業(yè)狀態(tài)下的自動配載功能，大大提高其自動化程度。

5 結(jié) 語

運輸塢的設(shè)計基于常規(guī)浮船塢的尺度特點展開，根據(jù)作業(yè)功能和作業(yè)方式對船型和總布量進行了優(yōu)化設(shè)計。在充分考慮結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式，通過調(diào)整滑道的間距、數(shù)量和位置，實現(xiàn)了與滑道軸線垂直方向上任意移動以及在浮箱甲板縱向位置上任意布墩的功能，大幅提高了作業(yè)效率，將多種作業(yè)功能集成于一艘船上。目前，該運輸塢已成功交付使用，各項指標優(yōu)異，有望大幅提高紅星造船廠的海洋工程設(shè)施建造能力。