客滾船開發與設計研究

張 敏 健

（上海船舶研究設計院，上海 200032）

0 引 言

客滾船作為中心環節把鐵路、公路與水運有機聯系起來形成客滾船運輸系統，發揮各自專業運輸優勢和綜合利用的互補作用，組成合理的運輸構架，做到“門”到“門”的直達運輸，是客/貨物流現代運輸方式中必不可少的重要環節。

1 主尺度及主要參數

客滾船的載車量和旅客人數比較固定，因此在確定船舶主尺度及主要參數時，應圍繞任務書的要求即：所需車道長度、旅客人數、載重量、航速、港口條件等來考慮。在作船舶經濟運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，旅客和船員的人數一般根據救生設備的配置、穩性條件和布置隨后而定[1,2]。

1.1 船長與船寬

客滾船的航速一般較高，目前航行于渤海灣區域的主流客滾船的設計航速約18~19kn，傅汝德數Fn在0.2~0.3之間，屬中速船。船寬的確定取決于車道數（車道寬度為2.8~3m）、穩性要求和船舶適當的長寬比。船寬的增加對提高船舶穩性非常有利，但由于受港口吃水條件的限制以及希望獲得更大的甲板面積而加大船寬，加大了船寬吃水比（ /B T），使排水量向水線面處集中，增加了船舶的興波阻力。因此客滾船的興波阻力占總阻力的比例較大，增加船長對改善船舶的快速性是有利的，客滾船的長寬比（ /L B）一般都在5.2以上，以保證船舶具有良好的快速性。但船長的變化對船舶的建造成本影響很大，船長過大并不經濟。

提高船舶穩性的方法之一是底部加壓載水。若增加船寬，完整穩性改善，就不必裝太多的壓載水，底部空艙多，破艙后進水量多，重心下降，提高了船舶的破艙穩性，使代表生存率的因數S增大。比較成功的設計是當船舶滿載時，能做到艙內無壓載水。

1.2 型深

在滿足船舶干舷、穩性、主甲板下車輛艙高度和主機吊缸高度的要求下，客滾船的主甲板，也就是干舷甲板的高度應盡量降低。由于汽車是經由設于該甲板的跳板上下船舶，降低主甲板的高度，意味著減小跳板的長度，如此既減少了跳板占用碼頭的面積又縮短了汽車行駛距離，提高了裝卸效率。再則降低干舷甲板也就降低了船舶的總體高度，不但減小了船舶水線以上的受風面積，又方便了旅客舷側上下船。

1.3 吃水

客滾船一般往返于特定港之間，吃水受到限制。在確定船舶吃水時，除了要考慮碼頭吃水、航道吃水外，還應避免船舶在不同裝載浮態的吃水變化，碼頭標高、潮汐變化幅度等對跳板正常工作狀態的影響。一般來說，客滾船的航速較高，主機功率較大，與之相對應的螺旋槳最佳直徑也大。為提高螺旋槳的推進效率，在可能的情況下，增加船舶吃水對改善船舶的快速性和減小螺旋槳對船體的激振力是有利的。

1.4 載重量

對部分散裝貨，貨車的積載因數較大。對客滾船來說，其主要的經濟指標之一是車道長度，也就是甲板的有效載車面積，載重量和方形系數并不大，這與集裝箱船類似。國外客滾船的方形系數一般在0.6以下，國內由于公路交通運輸的不規范，存在著大量超重貨車，因此國內客滾船的方形系數一般在0.6以上或更高一些。

2 線型與螺旋槳

鑒于客滾船航速高，主機功率大，使螺旋槳上的負荷增大，而船舶吃水和螺旋槳槳徑又常常受到限制，這就要求設雙槳來分擔負荷。同時，從船舶航行的安全性和港口內的快速操縱性也要求客滾渡船設置雙機、雙槳、雙舵。

客滾船的線型設計有人字架艉軸、縱流型艉部和雙艉鰭線型2種形式，但從近年國際上所建造的客滾船來看，采用前者的更加普遍。見圖1、2。

圖1 人字架艉

圖2 雙艉鰭艉

縱流型艉部主船體阻力低，較小的艉部伴流峰值使螺旋槳產生的噪聲和脈動壓力減小，改善了旅客和船員在船上的生活環境，因而被廣泛采用于客船和客滾船上。而雙艉鰭艉部伴流峰值相比之下有顯著增加，雖然這可以大大地提高船舶的船身效率，但同時也帶來了螺旋槳在不均勻流場中旋轉所產生的噪聲和脈動壓力增加。

人字架艉由于艉部線型較瘦，為保證齒輪箱底部有足夠的安裝空間，要將主機前移，就會增加尾軸管長度甚至機艙的長度，這對船廠的艉軸訂貨成本、加工、安裝以及船舶的經濟指標都是不利的。 為解決這一問題，在船體出軸處設一短艉鰭，保證齒輪箱底部有足夠的安裝空間，即使艉軸管不至于過長，又確保艉鰭不影響螺旋槳處的伴流場情況，見圖3。

圖3 人字架加短艉鰭

客滾船常用的推進方式是由2臺或4臺中速柴油機、減速齒輪箱、2只可調式螺旋槳組成。是一種簡單、安全、可靠，且初投資較低的推進方式，被廣泛采用。不過這種推進方式的機械系統和軸系系統也存在著缺陷，當船舶頻繁以低速進出港時，主機時常處于低負荷運行，而處于低速運行下的可調式螺旋槳，為保證軸帶發電機在船舶航行時的正常使用，主機的轉速恒定不變，槳的轉速也恒定不變，使低負荷高轉速的螺旋槳，其壓力面容易產生空泡，導致激振力水平和推進性能的惡化，盡管可通過調整螺距來改善這一情況，但受螺距調整范圍的限制，效果有限。因此，在螺旋槳設計時，應根據船舶在高、中和低速航行中的時間分配，兼顧兩頭，達到效率、空泡和激振力水平基本平衡，提出一些量化的技術要求并通過試驗加以驗證。

3 總布置

客滾船屬于布置地位型船舶，機艙位于主甲板以下艉部，機艙上方船體中心線附近或舷側兩旁設狹長機艙棚與煙囪相連。車輛艙上面是旅客、船員艙室及駕駛室等。

3.1 分艙與穩性

為滿足破艙穩性的要求，干舷甲板以下兩舷各設一道水密縱艙壁，燃油艙可設于舷側的雙殼內或雙層底以上，形成保護。雙殼內的空艙應以底部的連通管左右相連，防止不對稱進水。

根據決議案MSC.194(80)的破艙穩性規則，客滾船的破艙穩性計算方法為概率論方法。其破艙穩性的

在計算破艙穩性時應注意：

2) 計算不同吃水下的A值時，需注意所對應的浮態。若所有航行工況對應的縱傾值與計算工況的縱傾值（初始為0）之差不超過0.5%sL時，在sd和pd工況下的縱傾值假定為0；如果大于0.5%sL，則需計算sd和pd工況下對應不同縱傾值的A值；

3) 注意橫向破損范圍b是滿載水線向舷內沿垂直船體中心線方向移動的距離，可能越過船中心線，且

4) 滾裝區域滲透率對不同吃水其定義也不同：對應吃水sd和pd下為0.9，吃水1d下為0.95。

要改善破艙穩性需要采取的措施是：

1) 合理分艙，盡量讓船舶破損后均衡進水，使平衡角盡量小；

2) 優化裝載，盡量降低重心高度；

3) 調節浮態，盡量避免出現較大的縱傾裝載工況。

客滾船航線一般總是在同一水域，因此對大多數客滾船來說，其壓載水不需置換。

3.2 車輛艙

客滾船一般設2~3層車輛艙，機艙前部為下車輛艙，主甲板以上貫穿全船為中車輛艙和上車輛艙。汽車通過設于主甲板處的跳板上下船。

客滾船的專用碼頭大多成“L”型。因此，最常見的客滾船延船長方向設艏、艉跳板，車輛艉進艏出或艏進艉出。而旅客通道則設于船舶舷側中部，形成人車分流，保證旅客上下的安全。

在滿足船舶穩性的條件下，根據要求的車道長度來確定車輛甲板層數和層高。對僅設中、下2層車輛艙的客滾船，一般穩性問題不大，但如設上層車輛艙則需慎重。由于國內目前存在大量超重、超高車輛，車輛艙的最大凈高一般都在4.8m以上，有的還達到5.0m。

只要滿足消防安全要求，SOLAS允許客滾船運載危險品，并規定該處所不得采用固定式CO2滅火系統，以保證旅客的安全。但在中國，由于上世紀 90年代連續發生的幾次重大客滾船海損事故都直接與運載危險品貨物有關。據此，中國海事當局明確規定國內客滾船不得從事危險品貨物運輸。同時，設于車輛艙的固定式水噴淋系統對滅火的效果有限，而更為嚴重的是由于貨物包裝和車輛綁扎的不規范，當船舶橫傾時，散裝貨落入艙內將甲板處的排水口堵住，致使大量的消防水在甲板上形成自由液面，從而導致船舶傾覆。因此，近年來國內對客滾船車輛艙均要求采用CO2滅火系統。對于可能誤入到車輛艙的旅客，則通過加強船上的管理來加以控制。

車輛艙的防火分割一般采用水平分割，每層高車輛艙形成獨立的氣密區域，單個氣密區容積巨大，按SOLARS對滾裝處所的規定，車輛艙通風次數至少10次/h。裝卸貨時，為改善艙內環境，要成倍增加通風次數，因此，車輛艙的風道、風機數及風機容量都需要增加和加大。

為盡量減小通風系統產生的噪聲對旅客艙的影響，風機室和風道一般布置在車輛艙的兩端，盡量遠離旅客居住艙。但由于車輛艙很長，阻力大，在通風過程中會有部分的能量損耗。對于設有艏、艉門的車輛艙，應注意其在碼頭的工況，避免通風系統產生“短路”。

各甲板的載荷依據其所停載的車輛的軸距軸壓、胎印以及平均負荷確定。一般小車甲板（包括升降甲板）的平均載荷為 0.2~0.3t/m2，重車甲板的平均載荷為 2~3t/m2。當然，作為強力甲板、艙壁甲板和液艙邊界的車輛甲板還必須滿足其他相關的要求。

3.3 滾裝設備

跳板布置可分為艉跳板、側跳板和艏跳板3種。為了便于裝卸常常在艏艉都設跳板，車輛可以艏進艉出，艉進艏出，既快又方便。船舶內部各層甲板間、貨艙間通道的連接是由固定斜坡道、活動斜坡道、水（氣）密蓋組成，且多數通道設備，如艏、艉門、水（氣）密蓋自身又可兼作車輛通道跳板或坡道。跳板的正常工作范圍一般設在船舶縱傾不大于1.5°，橫傾不大于3°。

1) 艉門（跳板）：艉門（跳板）布置在干舷甲板（一般為3甲板）的尾部，打開時作為車輛上下船的跳板，關閉時作為水密門確保船舶的水密完整性。

由于受潮汐、船舶浮態的影響，跳板的工作狀態往往并不理想。為防止長時期重車壓碾而導致永久變形，破壞其作為水密門的功能，一般都會提高跳板的設計載荷。為避免大量超重車輛長期碾壓下的跳板強度不夠，在跳板內側再另設一扇向尾部上方開啟的鉸鏈式水密門，該門一般情況下不受力，僅保證在關閉時船舶的水密完整性，不影響生產，見圖4。

2) 艏門（跳板）：設于主甲板前部的艏門一般由艏護罩和水密門組成。打開時水密門作為車輛上下船的跳板，關閉時艏護罩和水密門保證船舶的水密完整性。

圖4 艉門

基于與艉跳板相同的原因，也另設一扇向首部上方開啟的鉸鏈式水密門，以替代跳板的水密要求。艏門（跳板）的開啟過程是，首先打開艏護罩，放下跳板，最后開啟鉸鏈式水密門。

艏護罩在關閉時，作為船體外板的一部分并保證水密。艏護罩的開啟有2種方式，一種是向上翻起，另一種是沿舷邊向后平移。前一種方法由于要占據較大部分的艏部系泊區，且從受力的方向看，對抗擊艏部拍浪不是十分理想，因此，目前的設計一般都采用后一種方式，見圖5、6。

圖5 艏門

圖6 艏門

受球鼻艏影響，艏跳板比艉跳板要長些，國內客滾船的艏跳板一般由2節加翼板組成。第1節兼作水密艏門用，與船體結構形成密封。

3) 水密蓋：為滿足船舶的抗沉性要求，通往干舷甲板下車輛艙的坡道開口需在該甲板上設置水密蓋。車輛進入到下貨艙有2種方式，一種是固定斜坡道加水密蓋，優點是車輛通過坡道直接駛入下貨艙，快而方便，缺點是坡道會占據下貨艙很大一部分高車的停泊位置，由于坡道很長，水密蓋的長度至少在40m以上，即使將其分為 2節，建造中也還要跨越多個船體分段，為保證水密性，對船廠的建造能力是一個考驗。另一種方式是設升降平臺加水密蓋，平臺長度只要滿足一般大貨車的長度要求，不占據任何下貨艙高車的停泊位置，水密蓋也不長，建造施工方便，缺點是平臺上下一個來回只能運載一輛大車，速度較慢。

4) 活動式斜坡道：為不影響3甲板的高車停泊，在上、中車輛艙之間采用活動斜坡道以替代固定斜坡道，活動斜坡道可帶載收藏于上甲板（一般是 5甲板），活動斜坡道還可根據其所在甲板的密性要求，在收藏位置，設為水密活動斜坡道和氣密活動斜坡道。

3.4 生活區

目前，國內客滾船主要還是作為一種交通工具，旅客人數較多，娛樂休閑設施配置的較少。設計中應考慮主豎區劃分，旅客甲板區域性功能定位；客艙等級、乘員人數，公共場所及娛樂設施的配置；梯道、脫險通道和集合站布置，救生設備配置和布置。

1) 貨艙與客艙區域防火分隔的分界面（包括甲板和艙壁）按A-60級分隔。船體、上層建筑和甲板室按A-60級分隔為若干主豎區。主豎區的長度和寬度最大可延伸至48m，但在任一層甲板上主豎區的總面積不得大于1600m2。

2) 艙室布置人性化、安全性和舒適性，區域性功能定位清晰，居住艙室與公共場所盡量分開，旅客生活區與船員生活區分開，配置一定的公共場所、娛樂場所及購物場所，布置合理有效的旅客逃生通道和集合站，各主豎區設有獨立的空調通風系統和控制站。

3) 海安會通函[3]對客船撤離分析進行了規定，其目的是確認和消除在棄船時可能形成的擁擠，證明脫險通道布置足夠靈活，在海難發生時，確保旅客沿著脫險通道，通過集合站和登乘站，使用救生設施，迅速、安全撤離。

4) 對于國內航行的I類客船，救生艇容量與短途國際客船所要求的救生艇容量是相同的，即不小于總人數的30%。盡管“規則”對采用吊架降落救生筏（或以海上撤離系統作為替代）的其容量要求不小于總人數的20%，而另外剩下的50%人員的登筏方式可采用繩梯等，但這僅滿足最低要求還是很不安全的，因此全部采用海上撤離系統，使救生艇和海上撤離系統的總容量達到總人數的125%，滿足“規則”對I類客船要求。

4 機電設備配置

客滾船的機電設備配置與普通貨船相比有其特殊性，主要包括：

1) 主推進器：2臺中速柴油機、2臺軸帶發電機、2臺齒輪箱加2只可調式螺旋槳，外加艏側推。中速柴油機的容量是根據船舶的設計航速和克服船舶阻力的要求而定。軸帶發電機的容量確定依據：(1) 一臺軸帶發電機能平穩驅動艏側推，為保證艏側推正常啟動，軸帶發電機容量應具備較大的冗余度。(2) 一臺軸帶發電機容量應保證船舶在正常航行狀態下的全船供電，包括大容量的空調、車輛艙通風以及其他動力、照明設備的供電。

2) 電站：通常配置3臺主發電機和一臺應急發電機。主發電機容量要求2臺并網發電時應保證船舶在港時的用電之需，包括系泊設備、大容量的空調、車輛艙通風以及其他動力、照明設備的供電。另一臺主發電機為備用。也有僅配置2臺主發電機，一用一備。從使用的角度上說，配置3臺主發電機更加靈活，也更經濟，只是初投資略高些。

3) 減搖裝置：為改善旅客的海上舒適度以及貨物的安全，配一對收放式減搖鰭，減搖效果一般能達到80%左右。其升力面面積根據船舶參數及海況條件計算后確定，目前國產的收放式減搖鰭面積最大的約9m2。

4) 防橫傾系統：在港作業時，由于車輛臨時停靠的不對稱而導致在一段時間內船舶產生橫傾，當橫傾角大于3°時，對艏、艉跳板的安全使用產生影響。防橫傾系統主要有一對防橫傾艙、一臺大功率可逆轉水泵以及配套的管系設施，保證在極短的時間內使船舶快速恢復到正浮狀態。

5) 龐大的火警探測以及CCTV監視系統：在居住區域內的艙室、走道、梯道、機艙和車輛艙等處配有帶地址型的火警探測和報警系統。

6) 大容量空調：包括中央空調器的配置、冷水機組的配置以及整套空調的PLC控制系統。

7) 生活污水處理裝置：為滿足國內港口和部分水域油污水零排放的要求，船上應設有一定容量的生活污水處理裝置和生活污水收集艙。

8) 船上內部通訊系統：包括船用電話系統、廣播系統、通用緊急報警系統等。SOLAS對于廣播系統和通用緊急報警的聲壓級級別、功能都有明確和嚴格的規定。

5 結 語

客滾船由于運輸對象的特殊性，其設計具有鮮明的特點，一艘成功的客滾船設計應包括：

1) 科學合理并體現船東鮮明個性化特質的總體布置和船舶外形的設計方案；

2) 各項性能優良的船體線形。包括航速、油耗、伴流、穩性、浮態、載重量等關鍵設計參數的確定；

3) 寬敞的車輛甲板空間和齊整的甲板高度以及流暢、無甲板障礙物的車輛通道；

4) 全船減振降噪措施。

[1] 楊建華. 汽車滾裝船員艉部布置特征[J]. 上海造船，2011, (2): 6-9.

[2] 吳小平. 大型汽車滾裝船參數橫搖研究[J]. 上海造船，2011, (3): 14-18.

[3] 海安會通函MSC/cire 1238. 新客船和現有客船撤離分析指南[S].