黃燕玲，許君林，張彥儒

（1.武漢市交通運(yùn)輸局港航事業(yè)發(fā)展中心船檢科，湖北 武漢 430063；2.安徽省皖江船舶檢驗(yàn)局，安徽 蕪湖 241000；3.大連海洋大學(xué)航海與船舶工程學(xué)院，遼寧 大連 116023）

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，砂、碎石等的需求量不斷增大，大量自卸砂船應(yīng)運(yùn)而生。然而隨著自卸砂船的大型化及快速化發(fā)展，大量事故發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，珠江口水域2015～2019 年發(fā)生事故56 宗，其中自卸砂船事故21 宗，占珠江口水域船舶事故的37.5%。2017 年3 月13 日，襄陽(yáng)一艘自卸砂船側(cè)翻，2 人死亡；2018 年2 月26 日凌晨，沅水常德一艘自卸駁運(yùn)砂船側(cè)翻，船上1 人生還，5 人死亡；2020 年9 月29 日約13∶30 時(shí)，揚(yáng)州市億瑞建材貿(mào)易有限公司所有的“億瑞3286”輪（自卸砂船）翻沉，船上16 名船員全部落水，其中5 人獲救，3 人死亡，8 人失蹤，構(gòu)成重大等級(jí)水上交通事故。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，水上交通事故，自卸砂船占比達(dá)43%，自卸砂船成為水上交通安全的重大風(fēng)險(xiǎn)源。自卸砂船的高風(fēng)險(xiǎn)性導(dǎo)致各地方海事局不再愿意登記，大量自卸砂船只能停航，給船東造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。綜合各事故報(bào)告，發(fā)現(xiàn)多數(shù)自卸砂船的事故為船舶翻沉事故，主要是因?yàn)榇胺€(wěn)性原因造成。影響船舶穩(wěn)性的因素包括船舶進(jìn)水角，船舶受風(fēng)面積，自由液面，艙口圍板高度及其貨物滑移的影響。為了減少翻沉事故的發(fā)生，本文主要研究平艙裝載狀態(tài)下艙口圍板高度與船舶穩(wěn)性指標(biāo)的之間的關(guān)系，希望為船舶的設(shè)計(jì)及監(jiān)管提供參考。

2 船舶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及裝載情況分析

自卸砂船貨艙口一般為漏斗形（V 型）（如圖1），該類(lèi)船型主要有以下特點(diǎn)：

圖1 自卸砂船橫剖面示意圖

（1）由于砂艙呈倒三角型，貨艙容積減少，型心偏高。

（2）由于輸送帶在砂艙底部且操作需求要求底板距船底一定高度，導(dǎo)致整個(gè)貨艙上抬，船舶結(jié)構(gòu)重心偏高，貨物重心偏高。

船東為增加裝載量，一般采用增加艙口圍板高度，且船舶載運(yùn)過(guò)程中不設(shè)艙口蓋，采取堆裝的方式進(jìn)行運(yùn)輸。

根據(jù)《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》第五篇第八章第三節(jié)8.3.3.4 的規(guī)定，散貨堆裝應(yīng)假定貨物自然底錐角為37°，貨艙首尾及左右均應(yīng)形成37°的自然堆積角度，形成所示自然堆積部分，如圖2 所示。貨物堆裝容易產(chǎn)生貨物滑移，從而產(chǎn)生附加力矩，對(duì)船舶穩(wěn)性產(chǎn)生不利影響。貨物平艙裝載可以降低其重心高度，減少貨物滑移，減少附加力矩，且減少貨物受風(fēng)面積，增加船舶安全系數(shù)。因此本文研究均為平艙狀態(tài)下船舶的穩(wěn)性。

圖2 散貨堆裝示意圖

3 艙口圍板高度對(duì)其穩(wěn)性的影響

本文以一艘海上自卸砂船為例，其船長(zhǎng)148.8m，型寬26.2m，型深11.2m，設(shè)計(jì)吃水8.0m，總噸位14336t，初始設(shè)計(jì)貨艙艙口圍板高度為1.6m，設(shè)計(jì)參考載貨量為21936t,采用中國(guó)船級(jí)社compass 軟件計(jì)算沿海及近海不同裝載狀態(tài)下“均按滿(mǎn)載出港，砂子密度1.5t/m3進(jìn)行計(jì)算”，艙口圍板高度對(duì)其穩(wěn)性衡準(zhǔn)指標(biāo)的影響。具體結(jié)果如表1 和表2 所示。

表1 沿海不同載貨狀態(tài)下校核的穩(wěn)性衡準(zhǔn)情況

表2 近海不同載貨狀態(tài)下校核的穩(wěn)性衡準(zhǔn)情況

從表中可以看出，該船在設(shè)計(jì)裝載21936t 時(shí)，在保證平艙狀態(tài)下，貨物堆達(dá)到設(shè)計(jì)艙口圍板高度計(jì)算，初穩(wěn)性高度、穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K（74.88）、進(jìn)水角處復(fù)原力臂、最大復(fù)原力臂及對(duì)應(yīng)角均滿(mǎn)足規(guī)范要求值且有較大的安全余量。

該船裝載23524t，超載7%時(shí)。在保證平艙狀態(tài)下，貨物堆高超出艙口圍板以上0.4m 計(jì)算，初穩(wěn)性高度、穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K（54.833）、進(jìn)水角處復(fù)原力臂、最大復(fù)原力臂及對(duì)應(yīng)角都能滿(mǎn)足規(guī)范要求，但已接近臨界值。這證明該船設(shè)計(jì)和建造時(shí)是有穩(wěn)性安全儲(chǔ)備的。

該船超載至25759t 時(shí)，超載17.4%時(shí)，在保證平艙狀態(tài)下，貨物堆高超出艙口圍板以上0.9m 計(jì)算，初穩(wěn)性高度、穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K（30.331）和最大復(fù)原力臂仍能滿(mǎn)足法規(guī)要求，但是K 系數(shù)已經(jīng)迅速下降1.47 倍，但進(jìn)水角處復(fù)原力臂為0.154m（小于法規(guī)要求的0.2m），最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)角為16.682°（小于法規(guī)要求的21.607°）。

該船超載至29000t 時(shí)，超載32%，在保證平艙狀態(tài)下，貨物堆高超出艙口圍板以上1.5m 計(jì)算（即與擋浪板頂部平艙），初穩(wěn)性高度和穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K（2.958）雖然仍能滿(mǎn)足法規(guī)要求，但是K 系數(shù)已經(jīng)迅速下降24.3 倍，但最大復(fù)原力臂為0.165m（小于法規(guī)要求的0.2m），最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)角為10.065°（小于法規(guī)要求的21.607°）。

從表2 可以看出，近海工況中裝載量一致時(shí)除穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)以外，其他數(shù)值完全一致。穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)主要是由于風(fēng)壓系數(shù)不同導(dǎo)致，穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)的變化趨勢(shì)幾乎一致，近似直線(xiàn)下降，穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)k 與艙口圍板高度的曲線(xiàn)如圖3 和圖4 所示。

圖3 沿海工況穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)k與艙口圍板高度曲線(xiàn)

圖4 近海工況穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)k與艙口圍板高度曲線(xiàn)

4 結(jié)論

自卸砂船為了快速增加艙容，一般采用最簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)增加貨艙口圍板高度的方式，通過(guò)中國(guó)船級(jí)社conpass 計(jì)算船舶在平艙裝載狀態(tài)時(shí)的穩(wěn)性，發(fā)現(xiàn)貨艙口圍板高度與船舶穩(wěn)性指標(biāo)均成反比，貨艙口圍板少量增加導(dǎo)致船舶穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)等指標(biāo)成線(xiàn)性急劇減小。在船舶設(shè)計(jì)及監(jiān)管中，要嚴(yán)格控制船舶的超載運(yùn)營(yíng)情況和貨艙口圍板的高度。