王貴彪,崔雪亮,李永生,吳峰,張海波

(1.浙江省海洋水產(chǎn)研究所，浙江 舟山 316021;2.浙江海洋大學(xué) 海洋與漁業(yè)研究所，浙江 舟山 316021; 3.浙江省海洋漁業(yè)船舶交易服務(wù)中心，杭州 213022)

隨著近海漁業(yè)資源的枯竭，大量近海漁船面臨著無魚可捕的局面，捕撈行業(yè)前景不容樂觀。而將一部分船況較好的大型近海漁船改裝為遠(yuǎn)洋漁船，能夠有效緩解近海漁資源的捕撈壓力。目前，國內(nèi)學(xué)者對(duì)漁船改裝設(shè)計(jì)研究主要集中在加裝制冷系統(tǒng)、LNG動(dòng)力改裝、拖網(wǎng)漁船雙速比齒輪箱改裝等方面[1-2]，而對(duì)漁船船體加長、近海航區(qū)改遠(yuǎn)洋航區(qū)等方面研究還較為少見。此外，隨著船舶維修行業(yè)的快速發(fā)展，將船型加長的相關(guān)建造工藝已經(jīng)成熟，不少船廠已經(jīng)有了船舶加長改造工程的案例[3]，這為漁船船體加長在施工方面提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

本文以某近海燈光圍網(wǎng)漁船為示范應(yīng)用對(duì)象，將其船體加長并改裝成遠(yuǎn)洋作業(yè)漁船，對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)性等船舶設(shè)計(jì)重要內(nèi)容進(jìn)行重新計(jì)算和校核，使其滿足相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)則的要求，提出了船型加長后不滿足法規(guī)的構(gòu)件加強(qiáng)方案以及提高船舶穩(wěn)性安全的方法，分析了近海漁船船體加長并改裝為遠(yuǎn)洋航區(qū)的可行性。

1 “加長改裝”設(shè)計(jì)概述

該船原為鋼質(zhì)單甲板、單底(局部雙層底)、單推進(jìn)系統(tǒng)、橫骨架式結(jié)構(gòu)、艉機(jī)型近海燈光圍網(wǎng)漁船。原船型為典型的單船有囊圍網(wǎng)漁船，考慮將其加長后改裝為遠(yuǎn)洋燈光圍網(wǎng)漁船，進(jìn)行遠(yuǎn)洋作業(yè)。船型改裝前后的主尺度及主要參數(shù)見表1。該船型加長后，其L/B，B/D依然滿足《鋼質(zhì)遠(yuǎn)洋漁船建造規(guī)范》的要求，其中L為結(jié)構(gòu)計(jì)算船長，B為型寬，D為型深。

表1 改裝前后船型主尺度參數(shù)對(duì)比表

1.1 船體主要改裝內(nèi)容

漁船能否加長并改裝為遠(yuǎn)洋漁船，從技術(shù)角度來講主要取決于加長后船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和完整穩(wěn)性能否滿足遠(yuǎn)洋漁船的相關(guān)要求。因此，本文僅從船體結(jié)構(gòu)、穩(wěn)性安全兩個(gè)方面進(jìn)行闡述，而其他內(nèi)容如救生消防設(shè)施、通導(dǎo)設(shè)備、信號(hào)燈等均按照現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)則進(jìn)行改裝與配備，不再贅述。

1)將船型在船中處(約#41+200)割開，并以該處的剖面外形接長6 m。原4號(hào)冷海水保鮮魚艙在加長后改為冷藏魚艙并在其下設(shè)置雙層底，雙層底下設(shè)置左右兩個(gè)燃油艙。將原船型的1號(hào)至3號(hào)冷海水保鮮魚艙均改為冷藏魚艙。

2)在駕駛室與艏樓艉端壁間，加設(shè)工作棚。同時(shí)在原艏樓后以及甲板室內(nèi)新增凍結(jié)間，增加改裝后船舶的載貨量和速凍能力，滿足遠(yuǎn)洋作業(yè)的捕撈需求。

3)在船尾設(shè)置筏架，用來放置圍網(wǎng)工作艇。

4)其余如信號(hào)燈等設(shè)備均按照現(xiàn)行規(guī)則要求進(jìn)行改裝。

1.2 改裝設(shè)計(jì)依據(jù)

該船滿足中華人民共和國海事局及中國船級(jí)社的有關(guān)規(guī)范和規(guī)則，主要設(shè)計(jì)依據(jù)[4-6]:①《鋼質(zhì)遠(yuǎn)洋漁船建造規(guī)范》(2021)，以下簡稱《規(guī)范》；②《遠(yuǎn)洋漁船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》(2019及其修改通報(bào))，以下簡稱《規(guī)則》；③《海洋漁業(yè)船舶法定檢驗(yàn)規(guī)程》(2003)，以下簡稱《規(guī)程》。

2 船型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核

船體加長并改變航區(qū)后，必須對(duì)原船的結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核，對(duì)不滿足要求的構(gòu)件提出加強(qiáng)方案或者割換處理，確保其能夠滿足規(guī)范的要求。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與校核具體可分為對(duì)原船部分結(jié)構(gòu)的校核和對(duì)加長部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容。

2.1 接長后結(jié)構(gòu)校核

經(jīng)過對(duì)比《鋼質(zhì)國內(nèi)海洋漁船建造規(guī)范》和《鋼質(zhì)遠(yuǎn)洋漁船建造規(guī)范》，并結(jié)合船型主尺度變化情況：①涉及的主要構(gòu)件的計(jì)算公式基本一致；②本船結(jié)構(gòu)計(jì)算船長增加，型深不變而吃水減小。故可免于對(duì)僅與型深、吃水等參數(shù)有關(guān)的構(gòu)件校核，如肋板高度、肋骨、艙壁及艙壁扶強(qiáng)材等。具體構(gòu)件校核情況見表2，對(duì)不滿足《規(guī)范》的構(gòu)件進(jìn)行腐蝕情況的計(jì)算，并與表3要求的腐蝕極限進(jìn)行對(duì)比。

表2 船型主要構(gòu)件校核情況

表3 船體構(gòu)件腐蝕極限

由表2可知，該船的板材和構(gòu)件基本都能滿足《規(guī)范》要求，少數(shù)構(gòu)件的腐蝕并未達(dá)到《規(guī)程》要求換板材的腐蝕極限。因此，該船在接長6 m并改為遠(yuǎn)洋航區(qū)后，其構(gòu)件和板材的尺寸依然滿足相關(guān)要求。

在校核過程中，如遇到構(gòu)件不滿足《規(guī)程》要求時(shí)，針對(duì)不同的構(gòu)件可采用以下幾種加強(qiáng)方案。

1)甲板縱桁不合格時(shí)，可視情況設(shè)置支柱以減小桁材的跨距，或在原面板上貼焊一塊鋼板，增加縱桁的剖面模數(shù)，使其達(dá)到要求。

2)構(gòu)件面板剖面積如肋板面板不合格時(shí)，一般采用在原面板上貼焊鋼板的方法加大面板的剖面積。

3)若船體外板包括甲板、平板龍骨、舷側(cè)板或者中內(nèi)龍骨、旁內(nèi)龍骨腹板等由計(jì)算船長決定厚度的板材不滿足要求時(shí)，考慮到割換板材工作量巨大，應(yīng)考慮縮短船體加長的長度或者重新評(píng)估加長的必要性和經(jīng)濟(jì)性。

2.2 新建部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證船型線型的相對(duì)光順，該船選取船中處割開，并以該處的剖面線型作為加長部分船體的型線加長6 m。為保證船體構(gòu)件的整體性和連續(xù)性，接長部分構(gòu)件尺寸與原船結(jié)構(gòu)盡可能保持一致，同時(shí)甲板縱桁、旁底桁的間距均與前后艙室內(nèi)對(duì)應(yīng)的構(gòu)件對(duì)齊，保證縱向構(gòu)件在同一平面內(nèi)連續(xù)。

原船型設(shè)有立龍骨，其內(nèi)填充混凝土作為固定壓載。但加長部分的龍骨采用實(shí)心鑄鋼，一方面能降低船型的重心，另一方面能將艙底原本用于混凝土壓載的空間設(shè)置成燃油艙，提高船型的自持力和續(xù)航力，滿足遠(yuǎn)洋作業(yè)的航行需求。同時(shí)，在兩者交接處分別采用2塊腹板焊接在龍骨的外側(cè)，保證新設(shè)的實(shí)心鑄鋼與原龍骨連接處的剛度。

在艏樓后端增設(shè)凍結(jié)間，不但能夠提高船型速凍漁獲的能力，而且能夠加長上層建筑的有效長度，降低船型的最小干舷要求，使其符合遠(yuǎn)洋漁船的要求。

3 穩(wěn)性核算

3.1 計(jì)算工況選取

該船改裝為遠(yuǎn)洋燈光圍網(wǎng)漁船，而圍網(wǎng)漁船甲板上捕撈機(jī)械復(fù)雜，且大多位于主甲板以上位置，同時(shí)堆放的網(wǎng)具重量也較大[7]，使得圍網(wǎng)漁船的穩(wěn)性安全裕度低于同尺度的其他漁船。根據(jù)《規(guī)則》要求并結(jié)合實(shí)際情況，該船選取了以下6種工況來對(duì)穩(wěn)性進(jìn)行核算。

表4 計(jì)算工況

3.2 完整穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果

利用COMPASS軟件對(duì)該船進(jìn)行各種裝載下的穩(wěn)性計(jì)算，具體結(jié)果見表5。

由表5可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過穩(wěn)性核算，該船加長并改為遠(yuǎn)洋航區(qū)后，穩(wěn)性的幾個(gè)重要計(jì)算值都大于《規(guī)則》的要求值，該船的設(shè)計(jì)能滿足《規(guī)則》對(duì)遠(yuǎn)洋航區(qū)燈光圍網(wǎng)漁船的要求，穩(wěn)性情況總體良好。捕魚中工況和空載結(jié)冰到港工況為穩(wěn)性相對(duì)危險(xiǎn)的兩種工況，船東在航行、作業(yè)時(shí)應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注。

表5 各種裝載狀態(tài)下浮態(tài)和穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果

若加長后的船型穩(wěn)性不合格或安全裕度較小，一般可采用以下幾種方案對(duì)船型加以改進(jìn)。

1)除加長部分龍骨采用鑄鋼件外，也可將加長部分以外的部分龍骨換成鑄鋼件，或者在外龍骨兩邊各設(shè)置一條旁外龍骨，并根據(jù)穩(wěn)性估算結(jié)果確定采用鑄鋼件或者采用鋼板焊接龍骨內(nèi)填充混凝土。

2)盡可能防止主船體以上的各類重量的增加，如對(duì)該船而言，若所校核穩(wěn)性不理想，則應(yīng)考慮不增加艏樓后至甲板室間的工作棚。

3)在可能的情況下，將1～2個(gè)魚艙改為空艙或減少燃油、淡水的容積，降低船型的吃水，從而增加最大復(fù)原力臂，保證穩(wěn)性裕度。此時(shí)，須重新考慮對(duì)船型加長的必要性以及經(jīng)濟(jì)性。

4 改裝前后船型對(duì)比分析

對(duì)該船進(jìn)行加長并改裝后，其主要性能變化見表6。

由表6可以發(fā)現(xiàn)，船型加長改裝后，船型的淡水艙容積保持不變，燃油艙、冷藏魚艙的容積增大，而冰艙、冷海水艙容積減小，船型自持力由15 d增加到25 d，續(xù)航力由2 000 n mile增加到6 000 n mile。改裝后船型新設(shè)容積111.21 m3的凍結(jié)間，凍結(jié)間設(shè)計(jì)溫度一般能達(dá)到-25 ℃左右，且速凍保鮮周期大于冷海水保鮮及冰保鮮，完全能替代這兩種傳統(tǒng)的保鮮方式，更能適合遠(yuǎn)洋作業(yè)。由于船型加長而主機(jī)功率及螺旋槳等推進(jìn)裝置未進(jìn)行改裝，導(dǎo)致其設(shè)計(jì)航速由11 kn下降至10.5 kn，但依然能滿足船東的使用需求。

表6 改裝前后船型性能對(duì)比

5 漁船加長改裝優(yōu)缺點(diǎn)分析

相比建造1艘全新的遠(yuǎn)洋漁船，僅對(duì)原船型進(jìn)行加長來提高漁船載貨量，所需的人力、物力成本大幅下降，可以讓船東在短時(shí)間內(nèi)利用相對(duì)較少的投資，提高漁船的作業(yè)效益。加長后船型在漁獲和燃油、淡水裝載量有了大幅度的提高，加上漁獲制冷系統(tǒng)的改裝使得船型的作業(yè)周期變長，能夠顯著提高單次航行作業(yè)的效益。

然而，船型的加長使得結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)性的安全余量減小，給船型帶來一些穩(wěn)性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)對(duì)遠(yuǎn)洋漁船而言，船型加長使得其船長更接近實(shí)際海況的波長，加大其處于縱搖和升沉諧搖狀態(tài)的可能性，對(duì)漁船航行、作業(yè)和隨船人員舒適性產(chǎn)生一定的不利影響。同時(shí)，船型的加長也使得船型倒車、轉(zhuǎn)彎等操縱性變差，對(duì)船員的駕駛能力也提出了更高的要求。

因此，在前期對(duì)船型進(jìn)行加長及改航區(qū)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分論證改裝對(duì)船型穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響以及船型改裝后的經(jīng)濟(jì)性。

6 結(jié)論

1)加長部分的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)盡可能與前后艙室一致，保證構(gòu)件在縱向的連續(xù)性。在校核構(gòu)件時(shí)，若不滿足《規(guī)范》要求，則可以依據(jù)《規(guī)程》計(jì)算構(gòu)件的腐蝕程度，判定構(gòu)件是否需要割換處理。

2)將加長區(qū)域的立龍骨設(shè)計(jì)成實(shí)心鑄鋼龍骨，一方面能降低改裝后船型的重心位置，提高船型的穩(wěn)性安全。另一方面，也能將原加載混凝土的艙底部分用于設(shè)置雙層底燃油艙，增加燃油艙容積，提高船型的自持力。

3)將艏樓加長或者在甲板室外側(cè)走廊搭建頂棚及側(cè)壁，并在出入口設(shè)置水密門，可增加上層建筑的有效長度，減小最小干舷的要求值，使其達(dá)到遠(yuǎn)洋漁船要求。

4)通過對(duì)改裝船型結(jié)構(gòu)、穩(wěn)性等方面的校核可以發(fā)現(xiàn)，將大型近海漁船改裝為遠(yuǎn)洋漁船在技術(shù)上可行。在近海漁業(yè)資源枯竭的背景下，該船型的改裝研究能夠?yàn)榻ｎ愃频拇笮蜐O船的改裝提供一條新的思路，為近海捕撈業(yè)的發(fā)展謀求一條新的道路。