支線集裝箱船貨艙及甲板通道設計

莫繼華 姜 偉 耿繼文 鄭天祥

（上海船舶研究設計院，上海201203）

0 前言

由于節(jié)約成本和保護環(huán)境的需要，集裝箱船的大型化已是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。大型集裝箱船的運營帶來了新的運輸模式，即大型集裝箱船服務于主要干線港口，由支線集裝箱船將貨物轉(zhuǎn)運至小的支線港口；或者，支線集裝箱船負責收集區(qū)域內(nèi)的貨物，集中到干線港口統(tǒng)一由大型集裝箱船運送［1］。與大型集裝箱船相比，支線集裝箱船船型小，操作靈活，受港口及航道限制少。這注定了支線集裝箱船不會被大型集裝箱船所取代。相反，集裝箱船持續(xù)向大型化發(fā)展以及每個航次運量的顯著提高還會刺激集裝箱沿海運輸和短距離支線運輸?shù)陌l(fā)展。因此，盡管當前航運市場依舊深陷低迷，但支線集裝箱船仍具有可觀的發(fā)展前景。

支線集裝箱船的貨艙通道和甲板通道一般都按澳大利亞海事安全當局 （Australian Maritime Safety Authority，AMSA）的要求設計，需要滿足IMO Code of Safe Practice for Cargo Stowage and Securing（CSS Code）的要求。貨艙通道和甲板通道作為進出貨艙以及進行集裝箱綁扎和維護的通道，與船員、碼頭工人的工作環(huán)境息息相關。近年來，船東越來越關注貨艙通道和甲板通道的安全與便利，紛紛對其設計提出更高的要求。另外，支線集裝箱船船型較小，布置空間十分緊湊，給貨艙通道和甲板通道的布置帶來了很大的困難。因此，貨艙通道和甲板通道的設計是支線集裝箱船舾裝設計的難點之一。本文對支線集裝箱船貨艙通道和甲板通道設計中所遇到的主要問題和解決方案進行總結(jié)，并給出確定艙口間甲板條為滿足通道布置要求所需的最小寬度的推薦方法，以供船型開發(fā)參考。

1 貨艙通道設計

支線集裝箱船的貨艙通道是船員進出貨艙、維護冷藏箱的梯道和平臺。一般根據(jù)AMSA的要求進行設計。根據(jù)AMSA的要求，集裝箱船一個貨艙內(nèi)只需布置一條通道，可由貨艙內(nèi)的工作平臺或走道以及交錯排列的固定直梯組成。然而，支線集裝箱船一個雙艙口的貨艙內(nèi)，通常在水密橫艙壁和支撐艙壁處各設置一條通道。該通道從位于上甲板或艙口圍頂板處的小艙口蓋一直通往貨艙底部。部分貨艙內(nèi)裝運冷藏箱的支線集裝箱船還會在二甲板舷側(cè)船員通道處額外設置門或者小艙口蓋直接通向貨艙。AMSA對貨艙通道的尺寸，即其寬度、高度、梯子的寬度和相鄰平臺的高度差都有比較嚴格的規(guī)定。貨艙通道凈高應不小于2 m，其凈寬應不小于600 mm；直梯寬度應不小于300 mm，斜梯寬度應不小于450 mm，直梯處甲板開孔凈尺寸應不小于600 mm×600 mm，直梯和斜梯前應有不小于750 mm×750 mm的無障礙空間；相鄰平臺的高度差應不大于6 m。

1.1 船體結(jié)構(gòu)對貨艙通道的影響

船體結(jié)構(gòu)作為貨艙通道的載體，直接影響著貨艙通道的尺寸和布局。布置貨艙通道時應兼顧結(jié)構(gòu)強度的要求，并充分考慮貨艙結(jié)構(gòu)形式以及各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件對于通道尺寸的影響。水密橫艙壁和支撐艙壁靠近縱艙壁處由于應力較大，該區(qū)域的甲板和平臺盡量避免開孔［2］，梯道應盡量遠離該區(qū)域布置。

集裝箱船貨艙甲板開口很大，為了提高扭轉(zhuǎn)強度，水密橫艙壁和支撐艙壁處一般設有橫向抗扭箱。橫向抗扭箱位于上甲板以下，從上甲板或艙口圍頂板進入貨艙的通道要穿過橫向抗扭箱才能到達貨艙內(nèi)的平臺。抗扭箱的尺寸不同，通道的布置也隨之不同。若抗扭箱內(nèi)凈高超過2 m，則抗扭箱底部平臺可作為貨艙通道的換梯平臺，如圖1所示。

圖1 橫向抗扭箱處的通道布置a

很多支線集裝箱船貨艙橫向抗扭箱內(nèi)的凈高不足2 m，如果靠一部直梯直接從艙口圍頂板通到貨艙內(nèi)的平臺，船員的攀爬高度將超過6 m，不滿足AMSA的規(guī)定。此時通常有兩種處理方法。其一是在貨艙平臺上設置一個小平臺，使得梯子的長度不超過6 m，如圖2所示。這種布置方法應注意保證小平臺上方的凈高不小于2 m。其二是在上甲板處布置開孔，保證在抗扭箱底部平臺換梯時通道凈高不小于2 m，如圖3所示。這種布置方法應保證上甲板開孔處的強度。

圖3 橫向抗扭箱處的通道布置c

1.2 貨艙通風系統(tǒng)的影響以及冷藏箱維護手孔的布置

增加貨艙內(nèi)冷藏箱數(shù)量可以提高營運效益，船東對此較為關注［3］。目前，支線集裝箱船貨艙內(nèi)布置冷藏箱數(shù)量越來越多，所需通風量就越大。這就需要布置直徑更大，數(shù)量更多的風管。另外，為提高通風效果，單個冷藏箱的通風常采用定點送風方式，送風口盡量對準冷藏箱的冷凝器。一個冷藏箱對應一個送風口，因此支線集裝箱船貨艙風管通常幾乎遍布貨艙平臺的每個角落。貨艙內(nèi)的風管對貨艙通道設計的影響很大。設計貨艙通道時，必須通盤考慮梯道和風管的布置，在保證風管送風口對準冷藏箱的冷凝器的基礎上，盡量為通道騰出空間以滿足AMSA的要求。支線集裝箱船艙口間貨艙平臺的寬度有限，若只在貨艙平臺一側(cè)布置有冷藏箱，則應盡量將風管和梯子布置在平臺遠離冷藏箱的一側(cè)，平臺靠近冷藏箱的一側(cè)留出空間布置橫向走道。若貨艙平臺兩側(cè)都布置有冷藏箱，則宜將風管和梯子布置在平臺中間，平臺兩邊留出空間布置橫向走道，如圖4所示。與風管緊挨著冷藏箱布置相比，這種布置方式雖然會加大風管送風口與冷藏箱的距離，但是靠近冷藏箱的橫向走道能使風管送風口的操作和冷藏箱的維護更方便，因此受到越來越多船東的青睞。

圖4 貨艙平臺通道布置

貨艙平臺高度一般與集裝箱高度保持一致，以方便船員對集裝箱操作。支線集裝箱船貨艙內(nèi)通常既能裝載8英尺6英寸高集裝箱（1英尺=0.3048 m，1英尺=12英寸），又能裝載9英尺6英寸高集裝箱，還能實現(xiàn)兩種集裝箱混裝。然而，貨艙平臺高度是固定的，難免會出現(xiàn)集裝箱與貨艙平臺錯層的情況。若冷藏箱與貨艙平臺有錯層，船員對冷藏箱的操作、對冷藏箱的壓縮機和冷凝器的維修都將變得困難。為解決這個問題，有些項目貨艙平臺上需要為冷藏箱開維護手孔，同時還需要在手孔處設置可翻蓋板以滿足AMSA對通道凈寬的要求，如圖5所示。貨艙平臺可翻蓋板處的欄桿扶手應是活動式的。

1.3 從二甲板進入貨艙的通道設計

為保障船員在惡劣的天氣下安全地進入貨艙監(jiān)測維護冷藏箱，支線集裝箱船通常在舷側(cè)二甲板處布置通道進入貨艙。此時，需要在二甲板舷側(cè)通道和貨艙之間的縱艙壁上設置門或者小艙口蓋，船員通過門或者小艙口蓋直接從二甲板舷側(cè)通道進入貨艙平臺。因為二甲板舷側(cè)通道內(nèi)一般布置有很多電氣設備，如果貨艙內(nèi)需要兼裝危險貨物，二甲板舷側(cè)通道和貨艙之間通常要設置氣鎖間以保證電氣設備具有安全的工作環(huán)境。不同船級社對氣鎖間有不同的要求，DNV GL一般要求在貨艙和二甲板舷側(cè)通道之間設置一扇氣密門即可，即由一扇氣密門、一扇水密門或一個水密小艙口蓋以及水密圍壁構(gòu)成氣鎖間；而ABS則通常要求設置兩扇氣密門。設計初期應及時與船級社溝通，為氣鎖間留出足夠的布置空間。

圖5 冷藏箱維護手孔

1.4 貨艙盤梯方案

支線集裝箱船的貨艙通道一般是交錯布置的直梯組合。然而從使用的角度來看，斜梯更便于人員通行以及物品搬運。AMSA要求斜梯的傾斜角度（與水平面的夾角）不得大于65°，踏步寬度不得小于450 mm。即使對于層高為2592 mm的平臺，考慮斜梯進出口處通道尺寸后，斜梯也需要長2500 mm、寬650 mm的安裝空間。可見，兩根貨艙風管之間的空間通常不足以布置斜梯。若把斜梯布置在橫向走道處，橫向走道會被斜梯隔斷。支線集裝箱船貨艙內(nèi)風管很多，而且艙口間貨艙平臺的寬度較小，通道的布置空間捉襟見肘。為了布置斜梯而減少風管和冷藏箱數(shù)量，或者加大貨艙平臺的寬度都是不經(jīng)濟的。與斜梯相比，盤梯只需要長1576 mm、寬922 mm的安裝空間，可以布置在貨艙風管之間，而且不會影響橫向走道，如圖6所示。布置時應使各層平臺上的盤梯螺旋方向保持一致，確保每一級踏步的頭頂空間均為一個層高。

圖6 集裝箱船貨艙盤梯

此外，某些支線集裝箱船還會在貨艙平臺上布置眼板和通孔，以便于吊運冷藏箱維護相關的備件乃至傷員，降低船員的工作強度，如圖7所示。

圖7 備件和傷員的吊運

2 甲板通道設計

支線集裝箱船甲板通道主要包括舷側(cè)兩條縱向通道以及橫向的集裝箱綁扎通道；橫向通道有多種形式，如綁扎橋、集裝箱操作平臺、艙口圍頂板橫向走道、艙蓋上的橫向走道以及甲板上的橫向走道等。甲板通道是船員和碼頭工人對甲板或艙蓋上集裝箱進行操作的走道和工作平臺，AMSA和CSS Code對甲板通道的布置有詳盡的要求。舷側(cè)縱向甲板通道凈高應不小于2 m，凈寬應不小于600 mm；綁扎橋處圍欄間凈寬應不小于750 mm，有障礙物處的凈寬應不小于600 mm；集裝箱操作平臺、艙口圍頂板橫向走道和艙蓋上的橫向走道的凈寬應不小于600 mm，操作平臺一側(cè)的圍欄到其另一側(cè)的集裝箱的凈空間應不小于750 mm。有關研究指出，40%的碼頭工人意外事故發(fā)生在船上，這些事故大多數(shù)跟集裝箱的綁扎操作有關［4］?？梢?，合理布置甲板通道對于保證船員和碼頭工人具有良好的工作環(huán)境十分重要。

2.1 貨艙通風系統(tǒng)對甲板通道的影響

支線集裝箱船貨艙通風系統(tǒng)的風機一般布置在貨艙內(nèi)，而進出風口通常采用菌形通風帽或者百葉窗的形式，布置在上甲板或者艙口圍頂板上。由于布置空間有限，貨艙通風系統(tǒng)的進出風口對于甲板通道有很大的影響。

菌形通風帽通常可以布置在上甲板或者艙口圍頂板上，《國際載重線》公約對其通風開口高度有明確規(guī)定。若菌型通風帽安裝在艙口圍頂板上，而且船上設有綁扎橋，則綁扎橋下平臺的位置應根據(jù)通風帽的高度進行調(diào)整。此時通向貨艙的小艙口蓋通常也會布置在艙口圍頂板上，如圖8所示。因為集裝箱的綁扎眼板布置在綁扎橋上層平臺上，綁扎橋下平臺可與通風帽頂部平齊，無需考慮集裝箱的綁扎操作，只要調(diào)整進貨艙小艙口蓋的圍板高度，確保船員能方便地從綁扎橋下平臺進入貨艙即可。如果布置空間允許，小艙口蓋的鉸鏈盡量朝船首布置，以便于其啟閉操作，而且小艙口蓋開啟后，船員從小艙口蓋的兩側(cè)都能進入貨艙，不會被蓋板阻擋。

某些支線集裝箱船菌型通風帽安裝在艙口圍頂板上，而且船上不設綁扎橋，僅僅布置集裝箱操作平臺。因為支線集裝箱船的菌型通風帽通常比艙蓋高，而集裝箱操作平臺一般與菌型風帽的頂部平齊，集裝箱的綁扎眼板則布置在艙蓋上，所以操作平臺要比綁扎眼板的位置高。CSS Code修正案MSC.1/Circ.1352要求平臺與艙蓋頂部平齊［5］，盡管MSC.1/Circ.1352并非強制執(zhí)行，但是操作平臺比綁扎眼板的位置高會給集裝箱綁扎帶來困難，這種布置方案通常難以讓船東接受。為解決這個問題，在安裝施工空間足夠的前提下，可以在艙口圍頂板上開孔，并把菌型通風帽的筒體一直延伸至上甲板，此時通風帽開孔的高度可以從上甲板量起，從而降低通風帽突出艙口圍頂板的高度，使得集裝箱操作平臺與艙蓋平齊，如圖9所示。

菌型通風帽布置在艙口圍頂板上是為了便于操作。一些支線集裝箱船以艙口圍頂板作為集裝箱的操作平臺。為保證平臺的平整，菌型通風帽需要布置在上甲板上。此時，通向貨艙的小艙口蓋通常也布置在上甲板或者使其蓋板與艙口圍頂板平齊的位置，如圖10所示。

若采用百葉窗作為進出風口，其布置位置在艙口圍頂板和上甲板之間，一般綁扎橋或集裝箱操作平臺不會與其產(chǎn)生沖突。

圖8 綁扎橋和菌型通風帽

圖9 操作平臺和菌型通風帽a

圖10 操作平臺和菌型通風帽b

總之，貨艙通風系統(tǒng)進出風口的形式和布置位置與綁扎橋或者集裝箱操作平臺有千絲萬縷的關系，設計時應綜合考慮。通向貨艙的小艙口蓋應根據(jù)進出風口和綁扎橋或者集裝箱操作平臺的布置來調(diào)整位置，兼顧貨艙通道的布置，保證船員能方便地從綁扎橋或者集裝箱操作平臺上進入貨艙。

2.2 甲板吊機及其吊臂托架對甲板通道的影響

很多支線集裝箱船都在貨艙區(qū)安裝甲板吊機，通常布置在艙口間甲板條中間，把橫向甲板通道攔腰截斷且會影響集裝箱的操作。集裝箱布置方式不同，吊機對甲板通道和集裝箱操作的影響程度也不一樣。如果ROW 00上布置集裝箱，因為吊機基座的寬度與集裝箱的寬度差不多，ROW 00上的集裝箱一般可采用外綁扎方式。此時只需在吊機基座的圍壁上開兩個通孔確保橫向通道能從左舷通到右舷即可。如果船上不設ROW 00這一列集裝箱，為了對ROW 01和ROW 02上的集裝箱進行操作，可在吊機基座的四道圍壁上開通孔以保證操作空間，如圖11所示。

圖11 甲板吊機和橫向甲板通道

如果甲板吊機需要在貨艙區(qū)設置吊臂托架，則應盡量將吊臂托架與綁扎橋立柱做成一體，否則吊臂托架會影響集裝箱綁扎眼板的布置，甚至會與綁扎桿產(chǎn)生沖突。吊臂托架的高度比較高，為保證其強度和剛度，其立柱的尺寸通常比綁扎橋立柱的尺寸大。確定吊臂托架結(jié)構(gòu)形式和立柱尺寸時應特別注意為甲板通道和集裝箱的綁扎留出足夠的空間。圖12為某支線集裝箱船吊臂托架的布置圖。因為沒有與綁扎橋立柱做成一體，吊臂托架處的集裝箱需采用外綁扎方式；為保證橫向通道的凈寬，吊臂托架只能設置2個立柱，因此立柱的板厚要取得很大才能保證足夠的強度和剛度。

圖12 吊臂托架和橫向甲板通道

3 水密橫艙壁和支撐艙壁處艙口間甲板條寬度的推薦

水密橫艙壁和支撐艙壁處的橫向甲板條以及貨艙平臺上需要布置綁扎橋或集裝箱操作平臺、貨艙通風系統(tǒng)屬具以及梯道等，由于空間緊湊，布置的難度較大。布置貨艙通道需要有足夠?qū)挼呢浥撈脚_，而甲板通道的布置也受制于艙口間甲板條的寬度，因此，設計前期合理確定艙口間甲板條的寬度對后期的布置非常關鍵。本文從舾裝通道設計的角度給出確定水密橫艙壁和支撐艙壁處艙口間甲板條最小寬度的方法。

3.1 貨艙通道對貨艙平臺寬度的要求

3.1.1 水密橫艙壁處貨艙平臺的寬度

水密橫艙壁處貨艙平臺寬度的確定主要考慮梯道、風管、橫向走道以及艙壁扶強材的影響，如圖13所示。貨艙平臺寬度應不小于式（1）～（2）計算值的較大者。

式中：m——梯道開孔到橫艙壁的距離，mm；

H——梯道開孔以及單側(cè)圍欄的尺寸，mm；

P——橫向走道的寬度，mm；

n——風管到橫艙壁的距離，mm；

D——風管直徑，mm；

t——送風口突出風管的尺寸，mm

梯道開孔到橫艙壁的距離m通常應大于橫艙壁扶強材的尺寸，并應不小于150 mm；梯道開孔以及單側(cè)圍欄的尺寸H應不小于600 mm+50 mm；橫向走道的寬度P應不小于600 mm；風管到橫艙壁的距離n通常應大于橫艙壁扶強材的尺寸。

圖13 水密橫艙壁處貨艙平臺的寬度

若水密橫艙壁處設有燃油艙，燃油艙中需設置水密圍阱來布置交錯排列的直梯通道。對于支線集裝箱船，此處的梯道布置空間一般都是足夠的。

3.1.2 支撐艙壁處貨艙平臺的寬度

支撐艙壁處貨艙平臺的寬度除了考慮梯道、風管以及橫向走道的布置外，還跟冷藏箱的布置有關。如果只在貨艙平臺一側(cè)布置冷藏箱，則通常只需布置一條橫向走道，否則需要布置兩條橫向走道，如圖14所示。僅布置一條橫向走道的貨艙平臺的寬度應不小于式（3）～（4）計算值的較大者，而布置兩條橫向走道的貨艙平臺的寬度則應不小于式（5）～（6）計算值的較大者。

圖14 支撐艙壁處貨艙平臺的寬度

式中：p——梯道開孔到平臺邊界的距離，mm；

q——風管到平臺邊界的距離，mm；

H1——梯道開孔以及雙側(cè)圍欄的尺寸，mm；

P1，P2——橫向走道的寬度，mm

梯道開孔到平臺邊界的距離p通常應不小于150 mm，并應考慮平臺結(jié)構(gòu)強度。風管到平臺邊界的距離q應考慮平臺開孔后的結(jié)構(gòu)強度。梯道開孔以及雙側(cè)圍欄的尺寸H1應不小于600 mm+50×2 mm；橫向走道的寬度P1和P2兩者中至少有一個不小于600 mm，以滿足AMSA要求，另一個作為風管送風口操作和冷藏箱維護通道的寬度也應盡量大，以方便人員操作。

此處僅考慮布置直梯的情況，若要布置斜梯或盤梯，貨艙平臺的寬度需要增加。另外，確定貨艙平臺寬度時還需要留出一定的裕度，以抵消船廠施工公差的影響。

3.2 甲板通道對艙口間甲板條寬度的要求

對于設有綁扎橋的艙口間甲板條，其寬度需要考慮綁扎橋、艙蓋以及集裝箱的布置，如圖15所示。艙口間甲板條的寬度應不小于式（7）的計算值。

式中：k——綁扎橋立柱間距，mm；

j——綁扎橋立柱尺寸，mm；

i——艙蓋支撐塊座到艙壁的水平距離，mm；

g——艙蓋支撐塊座與綁扎橋立柱之間的間隙，mm

綁扎橋立柱尺寸j目前通常取200 mm。另外，CSS Code對綁扎橋的尺寸有如下規(guī)定：有障礙物處的凈寬h不小于600 mm，綁扎眼板到集裝箱的水平距離e和f不小于220 mm且不大于1100 mm，圍欄間凈寬l不小于750 mm。式（7）中，對綁扎橋立柱間距k的取值，不同船級社有不同的理解。若把綁扎橋立柱視作圍欄，則k應不小于750 mm，若把綁扎橋立柱視作障礙物，則只要保證l不小于750 mm，k不小于600 mm即可。艙蓋支撐塊座到艙壁的水平距離i與集裝箱的布置以及艙蓋的尺寸相關，不同設備廠商的數(shù)據(jù)也會有差異，設計前期應及時與設備廠商溝通。艙蓋支撐塊座與綁扎橋立柱之間的間隙g應足夠大以確保船體變形時艙口蓋不會與綁扎橋干涉。這在設計前期也應予以考慮。

圖15 艙口間甲板條的寬度

對于僅設集裝箱操作平臺或以艙口圍頂板作為集裝箱操作平臺的艙口間甲板條，在考慮了艙蓋和集裝箱布置的前提下，需根據(jù)CSS Code的要求確保操作平臺凈寬不小于600 mm，操作平臺一側(cè)的圍欄到其另一側(cè)的集裝箱的凈空間不小于750 mm。一般來說，布置集裝箱操作平臺所需的艙口間甲板條寬度比布置綁扎橋所需的寬度小一些。

若支線集裝箱船上需要安裝甲板吊機和吊臂托架，設計前期一定要為吊機和吊臂托架留出足夠的空間。吊臂托架對艙口間甲板條寬度的要求尤其容易被忽略。而且吊臂托架的高度很高，振動問題比較嚴重，需要設置尺寸較大的立柱，對通道影響很大，設計前期務必注意。

在充分考慮了貨艙通道和甲板通道的布置要求后，根據(jù)式（1）～（7）并結(jié)合 CSS Code 的要求，布置通道所需艙口間甲板條的最小寬度便可確定。

4 支線集裝箱船與大型集裝箱船貨艙及甲板通道設計的比較

支線集裝箱船和大型集裝箱船貨艙區(qū)的布置相似，因此其貨艙和甲板通道的布置方法也是相通的。與支線集裝箱船相比，大型集裝箱船貨艙及甲板通道的布置空間比較充裕。首先，大型集裝箱船貨艙的抗扭箱結(jié)構(gòu)尺寸較大，有足夠的空間布置通道。其次，大型集裝箱船貨艙內(nèi)一般不裝載冷藏箱，貨艙內(nèi)風管和貨艙外的菌型通風帽或百葉窗數(shù)量較少，因此貨艙內(nèi)有足夠空間布置斜梯。再次，大型集裝箱船一般設置綁扎橋，而且沒有甲板吊機，布置甲板通道的難度大大降低?？梢姡Ь€集裝箱船貨艙及甲板通道設計的制約因素更多，難度更大，支線集裝箱船貨艙及甲板通道設計的方法也可應用于大型集裝箱船的通道設計。

5 結(jié)語

本文闡述了支線集裝箱船船體結(jié)構(gòu)特別是橫向抗扭箱結(jié)構(gòu)、貨艙通風系統(tǒng)以及甲板吊機等對貨艙通道和甲板通道設計的影響并對解決方案進行了總結(jié)。介紹了貨艙內(nèi)冷藏箱維護手孔、二甲板進入貨艙的通道以及貨艙盤梯的布置方法。此外，本文還歸納了貨艙通道和甲板通道的布置對貨艙平臺和橫向甲板條的要求，提出了確定水密橫艙壁和支撐艙壁處艙口間甲板條為滿足通道布置要求所需的最小寬度的方法。文中貨艙及甲板通道設計的方法不僅可應用于支線集裝箱船，對大型集裝箱船的設計也有一定的參考價值。