客滾船總體研發(fā)設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)簡(jiǎn)介

王 靜

（廣船國際技術(shù)中心）

0 前言

隨著船舶運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)的風(fēng)云變幻，以及目前國際組織對(duì)綠色環(huán)保的注重，傳統(tǒng)的貨船建造市場(chǎng)漸顯低迷，船舶建造行業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向潛力更大的客船市場(chǎng)。其中客滾船就是其中一個(gè)分支，客滾船的研發(fā)技術(shù)也就隨之發(fā)展開來。本文介紹近年客滾船研發(fā)中總體設(shè)計(jì)方面的情況變化，以及客滾船研發(fā)過程中總體設(shè)計(jì)方面發(fā)現(xiàn)的問題和技術(shù)特點(diǎn)以及應(yīng)對(duì)措施，希望給予以后的客滾船研發(fā)提供一點(diǎn)參考建議。

1 客滾船船東意向的變化

2010 年以前，無論是國外船東還是國內(nèi)船東對(duì)客滾船的要求重點(diǎn)，除了推進(jìn)效率和載貨量以外，對(duì)于乘客體驗(yàn)區(qū)域也有重點(diǎn)關(guān)注。內(nèi)裝裝飾要求可能局限于國內(nèi)航線以及市場(chǎng)的基礎(chǔ)，國內(nèi)船東對(duì)于內(nèi)裝裝飾要求大多僅停留在大方、簡(jiǎn)潔、易于維護(hù)方面，內(nèi)部分隔也往往是方方正正的形式，即使部分處所要求做藝術(shù)設(shè)計(jì)，但大多僅是艙室內(nèi)部的裝飾，如果航程需要設(shè)置乘客住艙的話，乘客住艙大多會(huì)要求分3 至4 個(gè)等級(jí)，從6 人間到單人間不等，設(shè)公共的盥洗室。國外船東對(duì)于上建的安排則往往摒棄超過4 人的住艙，且大多會(huì)在住艙內(nèi)設(shè)獨(dú)立衛(wèi)生間，乘客公共區(qū)域的設(shè)計(jì)會(huì)要求做出各種不同的分隔，區(qū)別出不同的公共區(qū)域等級(jí)和類別，適應(yīng)于不同人群的需求。

2010 年以后，隨著規(guī)則規(guī)范的不斷變化和EEDI的逐漸焦點(diǎn)化，國際市場(chǎng)的船舶對(duì)于節(jié)能減排的關(guān)注逐年增加，國外船東出于對(duì)船舶未來營(yíng)運(yùn)成本的考慮，大多開始要求設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)初期就開始考慮各種措施進(jìn)行節(jié)能減排，比如新能源的使用，更高效的線型和附體等。同時(shí)由于國內(nèi)消費(fèi)水平和需求的逐步上升，國內(nèi)旅客也更加追求高品質(zhì)的體驗(yàn)，國內(nèi)船東也開始了解國際化的信息，對(duì)于船舶的要求，在人性化和休閑娛樂性方面提出了更多的需求，比如住艙的布置傾向于更加舒適和方便，配備個(gè)人衛(wèi)生間、高級(jí)套間、陽臺(tái)等。船艙內(nèi)也開始布置盛大的劇場(chǎng)、商業(yè)街和其他休閑娛樂場(chǎng)所，國內(nèi)客滾船的內(nèi)裝設(shè)計(jì)逐漸向豪華游輪靠近的趨勢(shì)，這也給國內(nèi)的研發(fā)設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造了研究豪華游輪的機(jī)會(huì)。

2 主尺度的考慮

2.1 港口條件因素考慮

客滾船設(shè)計(jì)，主尺度的考慮必須結(jié)合所處航線和港口的條件。港口條件直接限定了主尺度，一般港口都會(huì)有自己的條件，船東方也會(huì)結(jié)合自己船隊(duì)的條件給出初步的主尺度限制值，包括最大船長(zhǎng)船寬、吃水、港口的位置、潮汐情況和碼頭高度的限制。某些船舶會(huì)需要?？恳粋€(gè)港口的多個(gè)碼頭，這就需要研發(fā)人員考慮各個(gè)不同碼頭的形狀條件，特別是當(dāng)裝卸貨需要適用碼頭梯和跳板的情況。同時(shí)要看船東需要的航程時(shí)間是多少，結(jié)合航線的長(zhǎng)度，確定航速和推薦的推進(jìn)方式，這些數(shù)據(jù)也會(huì)影響型深的設(shè)計(jì)。

2.2 推進(jìn)形式因素考慮

現(xiàn)在因?yàn)楣?jié)能減排的原因，近幾年興起的推進(jìn)方式有電力推和LNG 燃料推進(jìn)。電力推進(jìn)的主機(jī)尺寸跟傳統(tǒng)推進(jìn)主機(jī)比較，在同樣的推進(jìn)功率下，電力推進(jìn)形式的船舶主尺度往往會(huì)可以小一些，要求的型深也會(huì)比較?。坏荓NG 燃料推進(jìn)方式涉及到LNG 燃料罐的安裝位置限制，可能會(huì)需要更大的型深，具體必須結(jié)合需要的容量和雙層底的高度進(jìn)行考慮。還有一個(gè)限制型深的原因是，在電力推進(jìn)船來看，線型和推進(jìn)器布置的互相影響，當(dāng)要求的航速比較高時(shí)，艉部的線型往往會(huì)有很高的挑高高度，如果電力推進(jìn)船選擇的是全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器時(shí)，型深的選擇就要考慮到全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的布置需求。

2.3 通道因素考慮

船寬的考慮還要結(jié)合需要的車道數(shù)量和煙囪的布置和寬度需求，一般的設(shè)計(jì)都是采用中間圍井形式，中間圍井的設(shè)計(jì)對(duì)于穩(wěn)性有利，也為上建的設(shè)計(jì)預(yù)留出更多的窗戶位置，營(yíng)造視覺擴(kuò)展，也更適用于裝載人員比較多的客滾船。為了留出更多的車道數(shù)量，且盡量保證空船狀態(tài)的平衡度，車道數(shù)量的設(shè)計(jì)一般為雙數(shù)，目前接觸的多數(shù)客滾船對(duì)于大型貨車的車道寬度設(shè)計(jì)都會(huì)在3.0 至3.2 米之間，小車（即私人轎車）的車道寬度一般都會(huì)在2.2 至2.5米之間。除了這些因素，還要根據(jù)SOLAS ChapterII-2/PartD/Regulation13.5 條對(duì)于特種處所和開敞滾裝處所的要求，預(yù)留出0.6 米寬的走道空間，這個(gè)走道的布置必須考慮能使人從車輛甲板的任何一個(gè)通道口和位置安全地進(jìn)入逃生通道，且這些走道的設(shè)計(jì)必須保證車輛在停放布置的時(shí)候能時(shí)刻保持暢通。車庫舷側(cè)的結(jié)構(gòu)和布置也要計(jì)入船寬中，如果艙壁甲板下處所的分隔設(shè)計(jì)，需要在舷側(cè)布置逃生通道時(shí)，船寬的設(shè)計(jì)應(yīng)該能保證這些逃生通道的布置需求，除此以外，車庫舷側(cè)還應(yīng)考慮一些緩沖布置，消防布置和系統(tǒng)管系布置的寬度要求。

3 分艙設(shè)計(jì)

3.1 規(guī)范規(guī)則要求

眾所周知，近十年以來，穩(wěn)性計(jì)算的要求經(jīng)歷了巨大的變更，對(duì)于客船設(shè)計(jì)提出了更高的要求，特別是分艙設(shè)計(jì)。國際海事組織在2008 年12 月通過了完整穩(wěn)性計(jì)算規(guī)則MSC.267（85）（簡(jiǎn)稱為IS code 2008），并在接下來的 MSC.319（89）和 MSC.398（95）次決議案進(jìn)行了修訂。2005 年，國際海事組織（IMO）海上安全委員會(huì)通過了關(guān)于SOLAS 公約第II-1 章修正案的決議MSC.194(80)，該決議的附件2 對(duì) SOLAS 公約第 II-1 章的 PartA、B、B-1 部分進(jìn)行了全面的修訂，第 82 屆會(huì)議又在MSC.194(80)的基礎(chǔ)上重新修訂并通過了SOLAS 第II-章修正案的決議MSC.216（82），該修正案的主要內(nèi)容于2009年1 月1 日生效，其中需要根據(jù)要求的分艙指數(shù)R 和達(dá)到的分艙指數(shù)A 進(jìn)行核算存活概率。更重要的是接下來2017 年的MSC.421（98）決議案里面對(duì)要求的分艙指數(shù)R 的計(jì)算公式進(jìn)行了更新，對(duì)不同的船上總?cè)藬?shù)進(jìn)行分檔計(jì)算。根據(jù)我們的試算，發(fā)現(xiàn)就船上總?cè)藬?shù)1350 至6000 人檔次的計(jì)算公式來說，R的計(jì)算結(jié)果相對(duì)于MSC.216（82）的計(jì)算結(jié)果提高了約0.06！這對(duì)客船的分艙和系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了很高的要求，未來的船舶設(shè)計(jì)對(duì)于分艙設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和重量重心控制的要求會(huì)越來越嚴(yán)格。

3.2 艙壁布置設(shè)計(jì)

客滾船分艙設(shè)計(jì)不同于其他類型船舶設(shè)計(jì)的地方，在于穩(wěn)性的特殊考慮及平衡車庫和上建。

艙壁甲板以下的分艙設(shè)計(jì)，穩(wěn)性的考慮是最重要的。為了計(jì)算出更大的生存概率，分艙設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮避免設(shè)置單邊艙室，即設(shè)置U 型艙以保持進(jìn)水平衡。最大程度上設(shè)置更長(zhǎng)的B/5 縱艙壁，以保持更小的進(jìn)水體積。同時(shí)新造的船長(zhǎng)超過120 米且主豎區(qū)數(shù)量多于3 個(gè)的國際航線客滾船都要考慮安全返港，為了進(jìn)水時(shí)的橫傾平衡和更多的布置寬度，建議設(shè)置為前后機(jī)艙，會(huì)更有利于穩(wěn)性的計(jì)算，重型的設(shè)備也都應(yīng)盡量布置在艙壁甲板以下。

3.3 雙層底布置設(shè)計(jì)

雙層底的高度設(shè)計(jì)，除了考慮底部破損高度和主機(jī)布置以外，可盡量在初始設(shè)計(jì)時(shí)就加高到能保證U 型艙的橫貫進(jìn)水時(shí)間小于60 秒。對(duì)于客滾船這一特殊的船型考慮中，由于車庫進(jìn)水量都非常的大，任何可能降低穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果的設(shè)計(jì)都要在前期盡可能地利用到?，F(xiàn)在我們的設(shè)計(jì)都建議在研發(fā)階段分艙考慮的時(shí)候，抬高雙層底的高度，加大結(jié)構(gòu)開孔面積，留出雙層底內(nèi)盡可能寬的空間，以得到盡量大的中間橫貫面積，推薦前期就進(jìn)行橫貫時(shí)間的計(jì)算，并使其達(dá)到60 秒以內(nèi)的橫貫時(shí)間，可以大大提高存活率。

3.4 液艙布置及液艙貫穿設(shè)計(jì)

水艙和油艙的位置設(shè)置，除了穩(wěn)性以外還應(yīng)該考慮系統(tǒng)的走向。穩(wěn)性的考慮一般都比較容易理解，大型的油水艙需要盡量布置在船的中底部，有利于降低重心和靜水剪力彎矩?？蜐L船的特點(diǎn)是艙壁甲板一般都會(huì)是車輛甲板，大面積的甲板用于裝載車輛，所以在這個(gè)裝載面積上都不允許有任何可能阻擋車輛通行的設(shè)施，這就需要研發(fā)人員在進(jìn)行艙室布置的時(shí)候就考慮系統(tǒng)的走向，在中間圍井和舷側(cè)空間處預(yù)留出足夠的系統(tǒng)布置空間，管系的布置要盡量采用直上直下的設(shè)計(jì)，盡量少地穿透水密艙壁和甲板，一旦穿透水密艙壁就要在出口和入口附近設(shè)置水密閥件，以保證在所有破損工況中不會(huì)因某一水密艙室破損進(jìn)水而導(dǎo)致其他艙室的累計(jì)進(jìn)水。但實(shí)際上進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)有部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可避免地會(huì)貫穿水密艙壁和甲板的情況，有的系統(tǒng)是可以在水密艙壁和甲板上設(shè)置閥件以保持水密艙壁的完整性，但是某些系統(tǒng)設(shè)計(jì)則無法設(shè)置閥件，比如透氣系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候要將它們的出口高度設(shè)置在破損中間階段進(jìn)水水線的上方，并且如果使用聯(lián)通的透氣主管的話，透氣主管的設(shè)置高度也要在這個(gè)破損中間階段進(jìn)水水線的上方，否則在破損計(jì)算的過程中會(huì)產(chǎn)生很多的opening 和connection 點(diǎn)，大大降低了分艙指數(shù)A，這樣的情況應(yīng)該盡量避免。

3.5 車輛甲板布置設(shè)計(jì)

出于穩(wěn)性和裝卸路線的考慮，一般的客滾船艙壁甲板都是車輛甲板，而且為了重心考慮，這一層裝載的車輛一般都是重型車輛。布置的原則都是按照重量的大小從下至上，當(dāng)有多層車輛甲板時(shí)，要考慮不同車輛層之間的通道，可以是固定坡道加水密艙蓋或者可移動(dòng)的坡道，有的時(shí)候考慮到適應(yīng)淡旺季不同的裝載車輛種類，會(huì)布置可升降的車輛甲板，隨時(shí)可以將一層大貨車的車庫變?yōu)閮蓪有≤噹?，是很?shí)用的設(shè)施。由于安全考慮，一般在布置通道的時(shí)候會(huì)考慮人車分流，不駕駛車輛的乘客會(huì)在上建區(qū)域有專門的乘客登乘點(diǎn)，登乘點(diǎn)的布置要考慮選擇港口的岸接設(shè)施或者配備專門的登乘梯。

設(shè)計(jì)車庫高度的時(shí)候，注意SOLAS Chapter II-2/ Part G/Regulation 20.2.2.1 中主橫區(qū)的設(shè)置高度要求是車庫總凈高不超過10 米，也就是如果多層車庫的總凈高加起來不超過10 米的話，可以設(shè)置為同一個(gè)主橫區(qū)，可以節(jié)省A60 防火絕緣的敷設(shè)面積，而且可以降低車輛甲板的層高設(shè)置，出于重量重心的考慮，應(yīng)盡量考慮把主橫區(qū)的分隔線定義于可以設(shè)置的最低一層甲板。

3.6 車庫通風(fēng)布置設(shè)計(jì)

車庫通風(fēng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為了給車庫的固定消防系統(tǒng)和電纜布置空間留出足夠的高度，也不要加高車庫，建議采用前后通風(fēng)的設(shè)計(jì)，也就是將車庫的風(fēng)機(jī)室設(shè)置在車庫前后位置，風(fēng)道設(shè)計(jì)為直上直下，不出現(xiàn)橫貫車庫的大型風(fēng)管。

3.7 梯道布置設(shè)計(jì)

梯道布置的考慮應(yīng)考慮船員和乘客的分流，乘客有其專用的梯道，這一設(shè)計(jì)不僅僅是避免船員跟乘客混雜，且方便管理船上的乘客，為了保證安全，在航行過程中是不允許乘客進(jìn)入車庫區(qū)域的，僅值班船員可以進(jìn)入，乘客梯道的門上都會(huì)設(shè)置專門的鎖進(jìn)行管理。根據(jù)SOLAS 的要求，除了每個(gè)主豎區(qū)都應(yīng)該有自己專屬的梯道以外，客滾船還需要在車庫兩端距離端部不小于船寬的距離內(nèi)設(shè)置可以通往集合站或者撤離甲板的逃生通道。通往艙壁甲板以下區(qū)域的通道，SOLAS Chapter II-1 / Part B-2/Regulation 17-1.1.1 的要求是通向艙壁甲板以下空間的所有入口的最低點(diǎn)應(yīng)不小于艙壁甲板上方2.5米，所以除非這些梯道的設(shè)計(jì)都直接通往集合站或撤離甲板，否則需要轉(zhuǎn)接的梯道要注意轉(zhuǎn)接點(diǎn)的高度必須在艙壁甲板上2.5 米的高度以上，否則在掛旗國允許的前提下，還可以設(shè)置水密門來滿足這個(gè)規(guī)范條款。

進(jìn)入上建設(shè)計(jì)的時(shí)候，根據(jù)航行時(shí)間的長(zhǎng)短和船東的要求，看是布置坐席區(qū)還是住艙區(qū)，由于客滾船有車庫的存在，船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在上建的區(qū)域都會(huì)比較柔軟，如果可以設(shè)置住艙區(qū)的話，可以在住艙區(qū)設(shè)置適當(dāng)?shù)臋M艙壁數(shù)量，以增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低振動(dòng)強(qiáng)度；如果僅設(shè)置公共區(qū)域的話，建議采用適當(dāng)?shù)姆指艉椭еO(shè)置，艙壁分隔優(yōu)于支柱，這些設(shè)施應(yīng)該在前期有適當(dāng)?shù)目紤]，藝術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該結(jié)合這些分隔和支柱設(shè)置進(jìn)行，減少后期的設(shè)計(jì)修改，也不會(huì)發(fā)生后期詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)減少坐席的情況，對(duì)于船東方也是有利的。

在這里提醒各位研發(fā)設(shè)計(jì)人員注意SOLAS Chapter II-2/Part D/Regulation 13.7.1.2 針對(duì)客滾船有一條特殊要求——“從任何乘客處所到達(dá)集合站或開敞甲板，不需要上下爬超過兩層甲板”。這個(gè)條款的理解在不同的船級(jí)社會(huì)有不同的理解，比如DNVGL 對(duì)于“不需要上下爬超過兩層甲板”的理解是人的攀爬距離不能超過一個(gè)甲板層高，也就是說任何乘客處所都必須設(shè)置在集合站的上一層，下一層或者同層甲板，這個(gè)條款的理解直接限制了客滾船乘客甲板的層數(shù)，在設(shè)置乘客甲板前應(yīng)該跟船級(jí)社聯(lián)系了解他們對(duì)這一條款的理解，以免后期發(fā)生大面積的修改。

4 重量重心的控制

對(duì)于客滾船來說重量重心的控制貫穿研發(fā)、設(shè)計(jì)和建造各個(gè)階段，要編寫重量重心控制程序，采取各種可能的手段進(jìn)行控制，任何可能抬高重心的布置設(shè)計(jì)都必須謹(jǐn)慎。在我們的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)里面，前期做研發(fā)的時(shí)候就可以考慮艙壁甲板以下使用普通鋼，艙壁甲板以上采用高強(qiáng)鋼，目的就是降低重心。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是采用類似的原則，艙壁甲板以上的附件和設(shè)備盡量采用輕質(zhì)的。當(dāng)上建的區(qū)域比較大的時(shí)候，早在藝術(shù)設(shè)計(jì)的階段就要考慮輕質(zhì)材料，在保證效果的前提下選擇更輕的材料。為了能夠敷設(shè)盡量薄的甲板敷料，甲板的變形應(yīng)該被有效地最小化，薄板焊接的工藝希望能夠有進(jìn)一步的發(fā)展，減小甲板變形的發(fā)生。

設(shè)計(jì)建造階段可能采用的控制手段包括但不限于分段稱重，來貨稱重，物資發(fā)放稱重，上船稱重等。由于重量重心在生產(chǎn)的過程中往往很難把控，我們每一個(gè)部門都應(yīng)該有自己的重量重心控制程序和手段，僅靠設(shè)計(jì)人員來設(shè)置門檻是不可能完全控制住的，現(xiàn)場(chǎng)的管理人員應(yīng)當(dāng)有相關(guān)的手段，找專人來進(jìn)行記錄跟蹤，至少每個(gè)月反饋給各設(shè)計(jì)專業(yè)的負(fù)責(zé)人員，再由各設(shè)計(jì)專業(yè)的負(fù)責(zé)人整理反饋給總體負(fù)責(zé)人。

現(xiàn)在遇到的問題都是傾斜試驗(yàn)得出的重量重心情況比設(shè)計(jì)階段統(tǒng)計(jì)的結(jié)果更壞，這樣的情況應(yīng)該隨著接觸客滾船項(xiàng)目越來越多而得到越來越多的改善，但是還是希望這個(gè)過程需要的時(shí)間越短越好。

5 結(jié)束語

這些年客滾船研發(fā)總體設(shè)計(jì)產(chǎn)生了很多的經(jīng)驗(yàn)和解決問題的方法，在這個(gè)日新月異的時(shí)代，規(guī)范的更新會(huì)加快頻率，船東的要求會(huì)越來越高，成本和重量重心的控制要求會(huì)越來越嚴(yán)格，這些在實(shí)踐中產(chǎn)生的經(jīng)驗(yàn)可以是以后設(shè)計(jì)的一塊墊腳石，使我們?cè)鲩L(zhǎng)更豐富的船舶研發(fā)知識(shí)，也希望這些經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)可以給后來的客滾船研發(fā)者提供幫助。