張 洪 達(dá)

（哈爾濱工程大學(xué)，哈爾濱 150001）

0 引 言

隨著海峽兩岸的開通，大型高速客貨運(yùn)輸船的市場發(fā)展前景十分廣闊。此外，渤海灣地區(qū)、長江三角洲、珠江三角洲和香港水域、瓊州海峽和北部灣地區(qū)都有使用高速客貨運(yùn)輸船的需求。

經(jīng)工業(yè)和信息化部、財政部批準(zhǔn)，哈爾濱工程大學(xué)和708研究所正開展適應(yīng)臺灣海峽環(huán)境條件的三體高速客貨運(yùn)輸船的研發(fā)設(shè)計工作，這對提升我國艦船裝備的設(shè)計能力、制造技術(shù)水平具有重要的意義。

1 概 述

1.1 主要性能指標(biāo)

1) 航速40kn以上，可在6級海況下正常營運(yùn)的大型高速三體高速客貨運(yùn)輸船，續(xù)航力不小于350n mile。

2) 排水量約1250t，載重量不小于320t，載客數(shù)712人，具有特定滾裝功能，可搭載140輛小型家用轎車（或小汽車100輛加冷藏集裝箱4只）。

3) 耐波性能滿足在有義波高≤4m的兩岸相應(yīng)港口間航行4小時并達(dá)到90%旅客不暈船的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，船在航率為330天/年以上。

4) 船舶穩(wěn)性和不沉性滿足國際海事組織《2000年國際高速船安全規(guī)則》第19章附錄7“多體船的穩(wěn)性”的要求。

5) 進(jìn)行減振降噪設(shè)計，達(dá)到駕駛室＜65dB，主要客艙＜70dB的要求。

1.2 設(shè)計依據(jù)

現(xiàn)今國內(nèi)外關(guān)于三體船的結(jié)構(gòu)設(shè)計和建造經(jīng)驗甚少，且只有英國勞氏船級社開發(fā)了三體船規(guī)范，但由于這套規(guī)范是基于“海神”號三體試驗艦研發(fā)的[1]。本船結(jié)構(gòu)依照《船型開發(fā)科研項目指南（第一批）》（下面簡稱《指南》）和中國船級社2005年版《海上高速船入級與建造規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計，現(xiàn)已通過中國船級社專家組評審。

1.3 船型

對于載客 700人以上，并具有冷藏集裝箱、汽車滾裝能力的船舶，《指南》對甲板面積提出了較高的要求，故在船型選擇時，必須考慮能提供足夠的甲板面積。為此，該船為三體、雙底、單甲板、鋁合金材質(zhì)、焊接結(jié)構(gòu)，船外板和主甲板為縱骨架式，其余均為橫骨架式。

根據(jù)資料，臺灣海峽兩岸主要城市的距離在200n mile以內(nèi)，屬于中短程航運(yùn)。如福州至基隆的航程約146n mile，廈門至高雄的航程約160n mile。按四小時通航要求，航速約40kn左右，船長按99m計，則相應(yīng)的傅汝德數(shù)達(dá)0.661，航行過程中興波阻力將占總阻力的絕大部分。因此，船型選擇上必須注重通過增大長寬比來有效降低興波阻力，以獲取良好的快速性能。目前相類似的驅(qū)護(hù)艦船型，其船長船寬比大多在9.0以上。但是，要格外注意合理設(shè)置長寬比以保證不影響三體船的橫穩(wěn)性和耐波性，否則就難以滿足客貨運(yùn)輸?shù)囊螅孕枰獧?quán)衡各方面因素確定三體船的主尺度。

客滾船的載車量和旅客人數(shù)比較固定，因此在確定船舶主尺度及主要參數(shù)時，應(yīng)圍繞任務(wù)書的要求即：所需車道長度、旅客人數(shù)、載重量、航速、港口條件等來考慮。在作船舶經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析和造船計劃時，首先要保證載車量，并以此確定船舶的主尺度，旅客和船員的人數(shù)一般根據(jù)救生設(shè)備的配置、穩(wěn)性條件和布置隨后而定[2]。經(jīng)過一系列的實(shí)驗并結(jié)合國內(nèi)外的有關(guān)資料，確定三體船主尺度如下：

總長： 99.2m 型寬： 24m

型深： 7.4m 全船排水量： 1250t

本體水線長： 97.2m 本體水線寬： 7.2m

本體設(shè)計吃水： 4m 片體水線長： 48.6m

片體水線寬： 1.6m 片體設(shè)計吃水： 1.15m

1.4 動力裝置

三體客貨運(yùn)輸船采用噴水推進(jìn)系統(tǒng)，經(jīng)功率估算后決定將主機(jī)定為 3臺 MTU公司制造的功率為9100kW的MTU 20V 8000 M71L柴油機(jī)。推進(jìn)泵的效率和大功率轉(zhuǎn)換能力對于推進(jìn)效率至關(guān)重要，噴水推進(jìn)裝置為3臺由瑞典MJP公司制造的MJP CSU 1100噴水推進(jìn)裝置。噴水推進(jìn)具有推進(jìn)效率高、抗空泡性強(qiáng)、附體阻力小、操縱性好、傳動軸系簡單、保護(hù)性能好、運(yùn)行噪聲低、變工況范圍廣和利于環(huán)保等常規(guī)螺旋槳不及的優(yōu)點(diǎn)。噴水推進(jìn)裝置在加速和制動性能方面具有和變距螺旋槳相同的性能，噴水推進(jìn)比螺旋槳推進(jìn)在高速時具有更好的抗空泡能力，推進(jìn)效率更高，使艦艇具有比傳統(tǒng)螺旋槳艦艇更小的轉(zhuǎn)向半徑，所以噴水推進(jìn)裝置更適用于航速大于30kn的高速艦艇。

2 總布置

三體高速運(yùn)輸船具有特定滾裝功能，所以其船身較高，上層建筑比較豐滿，內(nèi)部有多層甲板?？偛贾迷O(shè)計，包括旅客甲板、車輛甲板、駕駛室、機(jī)艙、油水艙柜、系泊及通道的布置。其中機(jī)艙布置、客貨艙布置、旅客和滾裝貨柜汽車的通道、上下船方式等需重點(diǎn)考慮?？偛贾靡妶D1。

2.1 船體

主船體是雙層底結(jié)構(gòu)，主船體艉部布置有噴水推進(jìn)控制艙和噴水推進(jìn)艙，從艏部防撞艙壁開始到噴水推進(jìn)控制艙為止，設(shè)有1.5m高雙層底，雙層底從艏至艉分別布置了以下主要艙室：1號壓載艙、2號壓載艙、1號淡水艙、3號壓載艙、2號淡水艙、1號燃油艙、1號滑油儲存艙、2號燃油艙、3號燃油艙、2號滑油儲存艙、油渣艙、污油艙。其中燃油艙和淡水艙之間還留有一個很小的空艙，以防止燃油艙破損污染淡水。

主甲板和雙層底之間的主船體艉部布置有前后機(jī)艙，機(jī)艙向前布置有兩層甲板，下層甲板叫底艙甲板，上層甲板叫平臺甲板。從艏尖艙開始到機(jī)艙為止的底艙甲板上從艏至艉依次布置以下主要艙室：1號壓載艙、2號壓載艙、1號泵艙、減搖鰭艙、第四貨艙、2號泵艙、冷水機(jī)組室、輔機(jī)艙；從艏部開始到機(jī)艙為止的平臺甲板從艏至艉依次布置以下主要艙室：油漆間、錨鏈艙、第一貨艙、第二貨艙、污水處理裝置室、第三貨艙、船員休息室、機(jī)艙控制室、空艙。作為船舶的重要艙室，機(jī)艙的位置不同直接影響到貨艙的布置和船舶的浮態(tài)、穩(wěn)性、抗沉性及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，客船一般采用中機(jī)型或偏后中機(jī)型，這給主機(jī)布置帶來了很大便利，有利于將船體劃分為幾個防火主豎區(qū)以提高抗沉性和客艙的分區(qū)布置，也有利于浮態(tài)的調(diào)整。

三體船的片體因排水量有限，又是細(xì)長型，其總體布置的利用價值不高，但片體對快速性、破損穩(wěn)性和穩(wěn)性影響較大，應(yīng)仔細(xì)設(shè)計，故片體底艙設(shè)置不高于連接橋的壓載水艙。三體船的主船體和兩個片體通過連接橋相連，連接橋作為三體船結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵，其自身的強(qiáng)度對于三體船的安全性來說至關(guān)重要[3]，故連接橋不宜作任何布置。

2.2 汽車艙

考慮到集裝箱車車身很高的問題，汽車艙設(shè)置兩層甲板——上甲板（#3～#165）、主甲板（#0～#165），上甲板中軸線處設(shè)有大開口（#31～#106），上甲板大開口下方的主甲板上可以存放 4輛集裝箱車，其他地方存放較為小型的汽車，這樣就充分利用了汽車艙空間。

為使車輛在艙內(nèi)通行無阻，汽車艙艙內(nèi)不設(shè)橫艙壁，僅設(shè)有4列支柱，尤其是在上甲板大開口邊緣處均設(shè)有支柱以保證大開口處的船體強(qiáng)度。為進(jìn)一步保證對車輛進(jìn)行有效的系固，參照中國船級社《貨物系固手冊編制指南》，主甲板和上甲板的每隔縱向≤2.5m，橫向≥2.8m 但≤3m 的位置上設(shè)置一個系固點(diǎn)，每個車位都用至少4根鋼索固定住，并在汽車系固點(diǎn)處采用埋入式底座。

2.2.1 上甲板

上甲板并列排放 40輛小轎車，上甲板艉部設(shè)有鉸接斜坡道（#16～#31），用于車輛在上甲板和主甲板之間通行。上甲板艏部兩舷各設(shè)有值班室，方便值班人員看管車輛。

上甲板艉部兩舷設(shè)置吊有救生筏的吊艇架（#3～#16），且救生筏和旅客甲板保持在同一高度，方便船舶遇險時旅客能快速登上救生筏逃生。另外，船上還準(zhǔn)備了充足的救生衣等救生器材。

2.2.2 主甲板

主甲板中軸線位置擺放4輛集裝箱車，中軸線兩側(cè)并列擺放60輛小轎車。汽車艙的車輛會排出有害氣體，所以主甲板兩舷各設(shè)一個CO2處理室（#25～#31）。另外，主甲板兩舷CO2處理室后部均依次設(shè)有應(yīng)急發(fā)電室（#19～#25）、梯道（#16～#19）、蓄電池室（#9～#13）、充電機(jī)室（#7～#9），以滿足全船的電力供應(yīng)。主甲板兩舷CO2處理室前部均要依次設(shè)有通達(dá)船體的梯道（#31～#34）、值班室（#37～#43）。主甲板左舷值班室前部設(shè)有機(jī)修間（#43～#52），充電機(jī)室后部設(shè)有油漆間（#0～#7）；右舷值班室前部設(shè)有電工間（#31～#34），充電機(jī)室后部設(shè)有甲板屬具備品庫（#0～#7）。主甲板艉部設(shè)置出入口，設(shè)有鉸接跳板與岸搭接，用于滾裝貨上下船。

主甲板#100～#103處設(shè)有升降機(jī)，從主船體的底艙甲板一直通達(dá)旅客甲板，旅客可以在停放汽車后乘坐升降機(jī)到達(dá)旅客甲板，而工作人員也可以乘坐升降機(jī)從主甲板達(dá)到底艙甲板和平臺甲板的艙室；在發(fā)生海上事故時可以通過各層甲板設(shè)有的梯道逃生，避免升降機(jī)發(fā)生故障以延誤最佳的救助時機(jī)，梯道還可以有效緩解升降機(jī)運(yùn)輸旅客的壓力，體現(xiàn)了人性化設(shè)計。為了方便貨物的裝卸和工作人員進(jìn)出主船體，特在主甲板#86～#89和#53～#56處設(shè)置一個開口，并在開口的前后位置處設(shè)有梯道。開口處設(shè)置起吊裝置，將需要運(yùn)輸?shù)呢浳锖吐每托欣钔ㄟ^起吊裝置吊入開口下方的艙室（#86～#89處的開口下方為第三貨艙，#53～#56處的開口下方為空艙），再通過梯道和艙門運(yùn)到其他貨艙，工作人員可以通過開口前后設(shè)置的梯道和升降機(jī)進(jìn)入主船體。另外，在主甲板#53～#56處設(shè)有開口便于大型機(jī)械零件出入和安裝主機(jī)。

2.3 旅客甲板

旅客甲板分成露天甲板（#3～#25）和客艙?？团摲譃榍昂罂团?，兩者用圍壁分隔開，這樣分隔能夠更好地保證空調(diào)的使用效果，節(jié)約能源。前客艙（#97～#127）設(shè)有200客位，布置形式為5列4人座位；后客艙（#25～#97）設(shè)有512客位，布置有6列4人座位。后壁船舯處設(shè)售貨臺，并在售貨臺前設(shè)有一塊供旅客娛樂的休閑區(qū)，休閑區(qū)設(shè)有音響等多種娛樂設(shè)施。后壁兩舷各設(shè)有一個衛(wèi)生間。后客艙除了前部船舯兩側(cè)各設(shè)有一個通達(dá)駕駛甲板的環(huán)形梯道，在兩舷前后端設(shè)有通向上甲板的梯道，方便船舶?？繒r旅客去上甲板和主甲板停放或取回車輛，也保證了在船舶發(fā)生意外事故時人員能夠迅速地疏散和逃生。售貨臺兩側(cè)的艙壁上各設(shè)有一個雙開門通達(dá)露天甲板，衛(wèi)生間設(shè)有門通向露天甲板，露天甲板周邊設(shè)有固定欄桿。

圖1 三體船總布置

2.4 駕駛甲板

駕駛甲板分為貴賓室（#52～#97）和觀光甲板（#25～#52），且觀光甲板四周設(shè)有固定欄桿。貴賓室布置形式為靠窗雙列3人沙發(fā)，前部兩舷各設(shè)有一個通達(dá)下層旅客甲板的環(huán)形梯道。貴賓室空間富裕，布置一些音響娛樂設(shè)施，并與下層普通客艙完全隔離開，營造了豪華體驗。

貴賓室上層甲板設(shè)有駕駛室（#97～#106），用梯道將貴賓室和駕駛室連接起來，這可保證駕駛?cè)藛T能夠清晰地觀察到周圍的環(huán)境及船舶動態(tài)，發(fā)現(xiàn)海上障礙物時能盡快采取避讓措施，以免發(fā)生碰撞事故；并且，將駕駛室和機(jī)艙隔離開可以避免駕駛員受到機(jī)器噪聲的干擾。貴賓室后壁船舯處設(shè)有雙開門，旅客可以來到觀光甲板觀光、娛樂。

圖2為全船效果圖，可對全船結(jié)構(gòu)和布置有個較為直觀的印象。

3 減振降噪

圖2 全船效果圖

該船為達(dá)到40kn，選用了3臺9100kW的MTU 20V 8000 M71L主機(jī)，振動非常大，難以滿足駕駛室＜65dB，主要客艙＜70dB的設(shè)計要求。為改善這一不利因素, 主要從以下幾方面進(jìn)行設(shè)計：

1) 總布置設(shè)計中，將貨艙設(shè)置在機(jī)艙和客艙之間，以保證客艙與機(jī)艙無共同艙壁，阻隔振源。

2) 主機(jī)座加裝減振裝置。經(jīng)過減振計算，合理取舍材料尺度和布置結(jié)構(gòu)，以防出現(xiàn)共振現(xiàn)象。

3) 機(jī)艙前壁、客艙圍壁采用多孔吸音材料，以降低噪聲，保證客艙振動、噪聲在要求的限度以下[4]。

4) 采用噴水推進(jìn)方式，船舶艙內(nèi)噪聲和振動較小，比螺旋槳推進(jìn)的船舶低7～10dB。

4 改進(jìn)與創(chuàng)新

1) 滾裝船裝卸效率高，船舶周轉(zhuǎn)快和水陸直達(dá)聯(lián)運(yùn)方便，但重心高，穩(wěn)性較差。而三體船甲板面積大、橫穩(wěn)性和適航性極佳，將三體船技術(shù)和滾裝功能結(jié)合起來得到的三體高速客貨運(yùn)輸船能融合兩種船型的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)生巨大的效益。

2) 作為高性能船，該船在滿足使用和規(guī)范要求的同時通過優(yōu)化設(shè)計減輕船舶的自重來增加載運(yùn)量，并采取了一系列減振降噪措施，保證了全船的噪聲維持在低水平范圍。

3) 該船外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、艙室布置及裝置設(shè)備都獨(dú)具一格。汽車艙設(shè)有雙層甲板，獨(dú)特地在上甲板中線處設(shè)有大開口，完美解決了集裝箱車車身偏高的問題，并進(jìn)一步增加了小轎車裝載量，充分利用了艙室空間。上層建筑各層甲板錯落分明，很有層次感，美觀大方。其中，船艏布置駕駛室，視野開闊，極大地提高了航行安全性。

4) 該船采用的設(shè)備優(yōu)良、高效、性能可靠，使用方便、維護(hù)保養(yǎng)簡單費(fèi)用低廉，各設(shè)備配合緊密，保障了設(shè)備的可靠性，降低了船舶工作能耗，減少了使用和維護(hù)費(fèi)用；各艙室布局合理，提高了旅途的舒適度。

4 結(jié) 語

作為一種高性能的新船型，三體船的建造實(shí)例相對較少，國內(nèi)還沒有建造成功的案例。該船初步設(shè)計方案已通過CCS專家組的評審，可供相關(guān)設(shè)計人員參考。

[1] 朱東華，劉見華. 高速三體船結(jié)構(gòu)設(shè)計問題[J]. 船舶，2010, (1)： 30-33.

[2] 張敏健. 客滾船開發(fā)與設(shè)計研究[J]. 船舶與海洋工程，2012, (2)： 21-26.

[3] 徐 敏，張世聯(lián). 三體船連接橋結(jié)構(gòu)型式研究[J]. 船海工程，2011, 33(2)： 17-20.

[4] 龔昌奇，羅賢平. 大金湖游覽船總體設(shè)計[J]. 船海工程，2007, 36(3)： 1-3.