中國漁政306船設(shè)計(jì)

摘 要：本文介紹中國漁政306船的設(shè)計(jì)，著重介紹該船的節(jié)能、安全性及適航性方面的先進(jìn)性，是綠色船舶設(shè)計(jì)的成功范例。

關(guān)鍵詞：漁政船設(shè)計(jì); 節(jié)能; 安全性; 適航性

Design of China Fishery Administration Ship 306

LI Yingbo

( Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 )

Abstract: This article introduces the design of china fishery administration ship 306 by focusing on the advanced technology in energy saving， safety and navigability， which is a successful example for green ship design.Key words: Design of fishery administration ship; Energy saving; Safety; Navigability

1 前言

中國漁政306船是漁政執(zhí)法公務(wù)船，航行于我國南海海域，代表國家行使?jié)O業(yè)行政執(zhí)法權(quán)，履行南海海區(qū)海洋漁業(yè)行政管理，執(zhí)行200 n mile專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)巡航管理任務(wù)，加強(qiáng)南海海域特別是西沙海域的有效管理，保障南海西沙群島海域漁業(yè)生產(chǎn)秩序和漁民安全，維護(hù)我國南海主權(quán)、漁業(yè)權(quán)益，促進(jìn)遠(yuǎn)洋漁業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定、有效發(fā)展。

根據(jù)農(nóng)業(yè)部南海區(qū)漁政局的設(shè)計(jì)要求，通過設(shè)計(jì)競標(biāo)，廣州船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院獲得了中國漁政306船(400 t級漁政船)從初步設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)的全部設(shè)計(jì)任務(wù)。

該項(xiàng)目于2008年立項(xiàng)，2009年9月開始設(shè)計(jì)，2010年3月完成圖紙審查工作，2010年9月開工建造，2011年8月交船。

本船從立項(xiàng)到交船都很順利，設(shè)計(jì)、建造無返工，一次試航即交船成功，根據(jù)航行試驗(yàn)證明，本船排水量、穩(wěn)性、快速性、操縱性，適航性等性能指標(biāo)都到達(dá)或超過設(shè)計(jì)要求，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行良好。

2 船舶概況

本船為中速漁政管理公務(wù)船，具有球首、雙尾鰭、圓舭、長首樓、中后機(jī)型、雙機(jī)、雙槳、雙舵。主船體及首樓為鋼質(zhì)全焊接結(jié)構(gòu)，甲板室為鋁合金結(jié)構(gòu)。本船設(shè)計(jì)主要規(guī)范和規(guī)則：

中華人民共和國漁業(yè)船舶檢驗(yàn)局（ZY）《漁業(yè)船舶法定檢驗(yàn)規(guī)則》（2000）及2008年修改通報(bào)、相關(guān)通告；

中國海事局（CHINA MSA）《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則—國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（2004）及2006、2008年修改通報(bào)；

中國船級社（CCS）《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》（2006）。

2.1 總體設(shè)計(jì)

1）主要要素

總 長 56.00 m

垂線間長 50.20 m

型 寬 7.80 m

型 深 3.85 m

設(shè)計(jì)吃水 2.70 m

總 噸 470

設(shè)計(jì)航速 18 kn

船 員 18 人

定 員 28 人

航 區(qū) 遠(yuǎn) 海

續(xù) 航 力 2 000 n mile

自 持 力 30晝夜

2）總體布置

見圖1。

圖1 中國漁政306

主甲板下共設(shè)6道水密艙壁，從尾自首分布為為舵機(jī)艙、后儲(chǔ)藏艙、機(jī)艙、減搖鰭艙、空調(diào)機(jī)室、冷庫、淡水艙、武備艙及首尖艙。

主甲板上尾部為開敞甲板，其余為長首樓甲板室，從首至尾設(shè)有帆纜艙、錨鏈艙、前儲(chǔ)藏艙，三人室2間，二人室5間，一人室2間，輪機(jī)長室，環(huán)境監(jiān)測兼醫(yī)療室、辦案室、餐廳、廚房、洗衣間各1間，廁所、浴室各3間。

首樓甲板上的甲板室，設(shè)有接待室、船長室、教導(dǎo)員室各1間、一人室2間。

駕駛甲板的甲板室，前為駕駛室，后為無線電室、值班室及蓄電池室。

3）完整穩(wěn)性

本船在各種裝載情況下的完整穩(wěn)性滿足中國海事局《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則—國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（2004）及其修改通報(bào)對遠(yuǎn)海航區(qū)船舶的要求。

4）破艙穩(wěn)性

本船參照中國海事局《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則 — 國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2004）》及其修改通報(bào)對航行于遠(yuǎn)海航區(qū)客船的要求核算破艙穩(wěn)性。各種載況都滿足法規(guī)的要求。

2.2 船體結(jié)構(gòu)

本船主體結(jié)構(gòu)按CCS規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，并結(jié)合本船使用的具體情況進(jìn)行局部加強(qiáng)；甲板室構(gòu)件采用直接計(jì)算法確定。

本船主船體及甲板室均為橫骨架式全焊接結(jié)構(gòu)，全船肋距為600 mm。首樓甲板及其以下船體采用船用A級鋼，推進(jìn)器柱及首柱采用鑄鋼。

甲板室材料采用鋁合金帶筋板，以縮短建造周期并減少焊接變形。

2.3 舾裝設(shè)計(jì)

1 ) 舵系統(tǒng)

本船配流線型平衡舵2具，舵面積2.4 m2×2，配40 kN#8226;m擺式電動(dòng)液壓舵機(jī)1臺。

2 ) 錨泊設(shè)備

首錨：660 kg斯貝克錨2具。

錨鏈： AM2有檔電焊錨鏈，鏈徑22 mm，總長302.5 m，2條。

錨機(jī)：電動(dòng)起錨機(jī)1臺。

3 ) 救生設(shè)備

救生設(shè)備按運(yùn)載不超過50名特殊人員的特種用途船舶的要求設(shè)計(jì)，主要配備如下：

15人氣脹式救生筏6只，救助艇兼工作艇1艘。電動(dòng)液壓全回轉(zhuǎn)吊機(jī)1臺，吊臂長8 m，起重量3 t，兼救助吊放裝置。

4 ) 航行、信號設(shè)備

按海船《法規(guī)》配備，補(bǔ)充個(gè)別內(nèi)河水域要求。

5 ) 內(nèi)裝

居住艙室的分隔采用IC法，用B-0級的金屬蜂窩板分隔艙室；鋼質(zhì)圍壁及天花采用鋁蜂窩板裝飾。床鋪、衣柜、桌臺等家具采用鋁蜂窩板制造。

6 ) 其他船體裝置及武備

減搖裝置：不可收放式減搖鰭裝置1套。

武備：雙管高射機(jī)槍1挺。

2.4 機(jī)電設(shè)計(jì)

本船機(jī)電部分設(shè)計(jì)按法規(guī)及規(guī)范的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)：

1）主機(jī)

主機(jī)型號： KTA50-M2

標(biāo)定功率： 1 268 kW（1 700 hp）

標(biāo)定轉(zhuǎn)速： 1 800 r/min

主機(jī)形式：16缸V型、4沖程、渦輪增壓、中冷、不可逆轉(zhuǎn)。

2 ) 輔機(jī)

型號： 6CTA8.3-Gm155

功率/轉(zhuǎn)速： 155 kW/1 500 r/min

3 ) 空調(diào)機(jī)系統(tǒng)

空調(diào)冷水機(jī)組1套

4 ) 水炮

消防防暴水炮2門。

5 ) 主要電氣設(shè)備

導(dǎo)航設(shè)備：雷達(dá)2套，GPS定位系統(tǒng)1套，電子海圖1套，測深儀1套，計(jì)程儀1套，自動(dòng)識別系統(tǒng)1套。

取證設(shè)備：跟蹤取證系統(tǒng)1套。

3 總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問題

3.1 總體設(shè)計(jì)思想及技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

本船為漁政執(zhí)法公務(wù)船，代表國家行使?jié)O業(yè)行政執(zhí)法權(quán)，航行于我國南海海域。必需具有良好的操縱性、耐波性，外觀威嚴(yán)、莊重，體現(xiàn)我國執(zhí)法船形象。本船設(shè)計(jì)緊跟時(shí)代潮流，圍繞高性能、安全、舒適及節(jié)能的主題進(jìn)行設(shè)計(jì)。技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)如下：

①排水量為400 t級，即本船排水量必需控制在400~500 t之間；

②航速大于18 kn；

③造價(jià)不能超預(yù)算。

3.2 主尺度及船型的確定

根據(jù)南海的海況特征，從耐波性角度講，船長70 m以上、排水量1 000 t以上的船舶更合適。從海區(qū)執(zhí)法需求講，400 t、1 000 t及以上的執(zhí)法船都需要。小噸位執(zhí)法船有不可代替的優(yōu)勢，機(jī)動(dòng)靈活，可航行更淺水域，執(zhí)法范圍廣。農(nóng)業(yè)部著眼解決西沙海區(qū)無漁政執(zhí)法船問題，批復(fù)400 t級漁政船的立項(xiàng)。400 t級船有好幾個(gè)尺度組合，恰逢鋼材價(jià)格下跌，漁政局領(lǐng)導(dǎo)提出本船的尺度要求，即在不超標(biāo)（400 t級及造價(jià)）的前提下盡量加大主尺度。經(jīng)細(xì)致估算，采用我國上一代成熟船型—500 t級漁政船的主尺度作為本船的主尺度。船型問題，我國400～500 t級的執(zhí)法船有兩種船型，即通長甲板型和長首樓型。通長甲板型的優(yōu)點(diǎn)是空船重量輕，受風(fēng)面積小，穩(wěn)性好，缺點(diǎn)是船首高度小，易上浪，空間小，船員住艙布置在主甲板以下。長首樓型的優(yōu)點(diǎn)是船首高，大傾角穩(wěn)性好，儲(chǔ)備浮力大，進(jìn)水角大，不易上浪，空間大，船員住艙在主甲板以上，缺點(diǎn)是空船重量大，受風(fēng)面積大。綜合比較后，我們認(rèn)為長首樓船型更適合遠(yuǎn)海航區(qū)，更能保證船員居住的舒適性，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大限度地降低長首樓船型的缺點(diǎn)。

3.3 外形設(shè)計(jì)

外形設(shè)計(jì)也是執(zhí)法公務(wù)船重要部分，執(zhí)法公務(wù)船的主要功能在于執(zhí)行次軍事任務(wù)，外觀要求威嚴(yán)、莊重、大氣，體現(xiàn)我國執(zhí)法船形象。本船設(shè)計(jì)時(shí)注意時(shí)注意線條、立面的處理，力求簡潔、鮮明；甲板室，雷達(dá)桅及煙囪均為方型，協(xié)調(diào)統(tǒng)一；船首外飄，首部設(shè)大弧度舷墻，視覺效果顯得大氣。

3.4 空船重量控制

尺度大排水量小是船舶設(shè)計(jì)上一對矛盾，用500 t級船的尺度設(shè)計(jì)400 t級船的成敗在于空船重量的控制，對本船來說排水量不超標(biāo)關(guān)鍵在于空船重量的控制。從500 t級船變?yōu)?00 t級船不是靠降低載重量，而是靠降低空船重量。本船在空船重量控制方面取得極大成績，空船重量比相同尺度的500 t型船降低了100 t。在空船重量控制方面，我們作了許多細(xì)致工作。

1 ) 選用輕型設(shè)備

本船設(shè)備重量影響較大主要是動(dòng)力系統(tǒng)，在主機(jī)選型時(shí)說服用船部門采用高速機(jī)方案。本船立項(xiàng)初期用船部門偏向中速機(jī)，認(rèn)為中速機(jī)故障率低、大修期長。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)400～500 t級的小型船采用雙中速機(jī)機(jī)艙布置很困難，而且每臺中速機(jī)比相同功率的高速機(jī)重十幾噸。高速柴油機(jī)技術(shù)已到達(dá)很高水平，在油耗、大修期等性能指標(biāo)已接近中速機(jī)水平。最終用船部門采納我們的建議。

2 ) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

設(shè)置支柱代替鋼質(zhì)艙壁，在滿足強(qiáng)度的前提下盡量減少鋼船質(zhì)艙壁。甲板室采用帶筋鋁板，并采用直接計(jì)算法計(jì)算強(qiáng)度，比用規(guī)范設(shè)計(jì)可減重20%。

3 ) 設(shè)備多功能化

本船在部分設(shè)備選用多功能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一物多用，既節(jié)省空間又減輕重量。例如，本船不單獨(dú)配救助艇，而用執(zhí)法工作艇兼救助艇。也沒有為救助艇單獨(dú)配吊放架，而用液壓回轉(zhuǎn)起重機(jī)兼艇吊架。

4 ) 內(nèi)裝

選用B-0級金屬蜂窩板代替鋼圍壁分隔艙室，用鋁蜂窩板作本船的裝飾及家具材料。蜂窩板是一種重量輕、強(qiáng)度高的理想裝飾材料，已廣泛應(yīng)用于高鐵及飛機(jī)的裝飾。本船所用的金屬蜂窩板每平方米的重量比復(fù)合巖棉板輕6 kg，鋁蜂窩板每平方米的重量比復(fù)合巖棉板輕10 kg，所以本船內(nèi)裝整體重量控制在很低的水平。

5 ) 重心控制

本船由于重心位置控制較好，重量分布上輕下重，穩(wěn)性滿足法規(guī)要求，不需設(shè)固定壓載。

6 ) 建造廠嚴(yán)格按圖施工

建造廠能否嚴(yán)格按圖施工也是重量、重心控制的關(guān)鍵，本船傾斜試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)重量、重心匯總結(jié)果誤差率很低，重量的誤差率小于0.1%，重心高的誤差率小于1%。

3.5 節(jié)能設(shè)計(jì)

本船設(shè)計(jì)時(shí)在保證本船性能的前提下力求節(jié)能，扣除與高速機(jī)相配的螺旋槳的效率損失，本船比我國上一代中速機(jī)長首樓的500 t級漁政船節(jié)能25%。主要節(jié)能設(shè)計(jì)工作如下：

1 ) 減輕空船重量

節(jié)能最簡單的辦法就是減輕空船重量，海軍系數(shù)或長度排水量系數(shù)都可以能證明排水量對功率的影響，尤其是快艇，排水量對阻力更敏感。本船與我國上一代中速機(jī)長首樓的500 t級漁政船相比，總噸幾乎相同，空船重量約輕了100 t。排水量減少100 t有何意義？本船模型自航試驗(yàn)做了兩個(gè)載況，分別是2.7 m吃水和3 m吃水，兩者的排水量相差91 t，從14 kn到18 kn，3 m吃水各個(gè)航速點(diǎn)所需主機(jī)功率是2.7 m吃水時(shí)對應(yīng)航速點(diǎn)的1.25倍，若以17 kn平均巡航速度，可節(jié)省功率350 kW，按30年服役時(shí)間，平均每年的巡航時(shí)間為200天，共4 800小時(shí)， 整個(gè)服役時(shí)間總共可節(jié)約10130.4 t燃油，柴油價(jià)格為每噸7 000元，則30年可節(jié)省7 091.28萬元，差不多是本船造價(jià)的3倍。

2 ) 型線優(yōu)化

本船型線采用圓舭型，船首為球首，船尾為雙尾鰭。球首能否降阻取決于方形系數(shù)CB和傅氏數(shù)Fn，根據(jù)NPL的經(jīng)驗(yàn)，本船在傅氏數(shù)Fn>0.33時(shí)，球首有降阻作用，我們用SHIPFLOW軟件進(jìn)行驗(yàn)證，航速18 kn時(shí)，有球首比無球首降阻3%。

本船雙尾鰭的主要降阻作用是減少尾軸及軸架的附體阻力，雙尾鰭船具有很好的航向穩(wěn)定性，可不設(shè)呆木，船體濕面積增加不多，摩擦阻力增加不大。本船與設(shè)軸架、呆木的普通圓舭艇相比，總阻力可下降7%。本船試航航速達(dá)18.6 kn，證明有較好的快速性。

3 ) 零固定壓載和零壓載水

本船嚴(yán)格控制重心高度，優(yōu)化液艙布置，實(shí)現(xiàn)零固定壓載，正常天氣航行無需壓載水。

3.6 安全方面的設(shè)計(jì)

本船沒有因?yàn)檩p量化而降低安全標(biāo)準(zhǔn)。

1 ) 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

本船主船體板厚按3 m的結(jié)構(gòu)吃水進(jìn)行設(shè)計(jì)，底板厚度為方便訂貨又適當(dāng)取厚，這不僅保證主船體有足夠強(qiáng)度，又保證空船重心高度。甲板室采用帶筋鋁板，重量輕強(qiáng)度高，帶筋鋁板的優(yōu)點(diǎn)是材料的截面面積分布合理，使截面具有較大剖面模數(shù)。

2 ) 完整穩(wěn)性及破艙穩(wěn)性

本船穩(wěn)性具有較大的安全裕度，穩(wěn)性規(guī)范核算只計(jì)及舭龍骨的作用，沒有包含減搖鰭及雙尾鰭，實(shí)際上減搖鰭及雙尾鰭有提高穩(wěn)性作用，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，減搖鰭可使K值增大1.2~1.3倍。另外，本船中部設(shè)壓載水底艙，在惡劣海況下，可注壓載水進(jìn)一步改善穩(wěn)性。

《法規(guī)》（2004）對特殊用途船的分艙標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定，本船破艙穩(wěn)性按航行于遠(yuǎn)海航區(qū)客船的要求進(jìn)行核算。

3.7 適航性方面的設(shè)計(jì)

1 ) 耐波性

本船在舯部設(shè)1套不可收放式減搖鰭。在五級海況下（有義波高H1/3 = 2.5～4.0 m），航速18 kn時(shí)，啟動(dòng)減搖鰭后，剩余橫搖角幅度平均值不大于3°。另外本船型線設(shè)計(jì)也有考慮到耐波性，橫剖線呈V型，球首為倒水滴型，尾鰭剖面中線與縱剖面有15°夾角，這些都能為橫搖、縱搖提供阻尼，所以本船的耐波性優(yōu)于普通圓舭艇。

2 ) 減振降噪

本船減振降噪的主要如下措施：

布置上船員住艙、工作艙盡量遠(yuǎn)離機(jī)艙。艙室間用鋁蜂板隔音，隔音量為32 dB。機(jī)艙集控室采用浮動(dòng)地板進(jìn)行減振，主機(jī)、發(fā)電機(jī)基座周邊等振動(dòng)源敷設(shè)阻尼材料。

4 結(jié)束語

中國漁政306船—400 t級漁政船是我院新開發(fā)設(shè)計(jì)的公務(wù)執(zhí)法船。本船外形、內(nèi)部布置、船舶性能以及設(shè)備配置比上一代500 t級漁政船都有所提高，特別在節(jié)能方面取得較好的效果，受到用戶的高度評價(jià)，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的價(jià)值，也說明船舶優(yōu)化設(shè)計(jì)的空間很大，雖然是小型船舶，優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法很值得綠色船舶開發(fā)設(shè)計(jì)借鑒與參考。