船舶破損穩性最新要求及檢驗評估

楊世知，鄭迎革，王 磊

(1.中國船級社江蘇分社，南京210011;2.上海交通大學，上海200240)

所謂破損穩性，是指船舶在一艙或多艙破損進水后具有漂浮和一定剩余穩性的能力(能抵抗一定程度的風浪流等外力)。船舶碰撞(包括船-船碰撞、船-基碰撞和擱淺)是海損事故的主要原因之一，其中擱淺造成的海損事故占絕大多數，其次就是碰撞。為了確保航行安全，國際海事組織通過了一系列的決議案，針對不同船型明確了破損范圍和殘存能力的要求。本文重點總結吸收了最新的決議案對于不同船型的要求、生效時間以及適用范圍等，對于現階段關于破損穩性的研究成果及動態進行歸納闡述，為后續開展更深層次的破損穩性研究，優化船舶結構，提高船舶的抗沉性及經濟性做準備。

1 基本概念

1.1 計算原理

船艙破損進水后，如進水量不超過排水量的10%～15%，則可以應用初穩性公式來計算船舶進水后的浮態和穩性，其誤差一般在允許范圍之內。計算船艙進水后船舶浮態和穩性的基本方法有如下兩種。

1)增加重量法。把破艙后進入船內的水看成是增加的液體重量。

2)損失浮力法(固定排水量法)。把破艙后的進水區域看成是不屬于船的，即該部分的浮力已經損失，損失的浮力借增加吃水來補償。這樣，對于整個船舶來說，其排水量不變。因此損失浮力法又稱為固定排水量法［1］。

1.2 兩種理念的破損穩性衡準方法

1.2.1 確定性方法

1)確定了船舶在縱向、橫向和垂向的破損范圍以及在船內或沿船長的位置(如主橫艙壁之間，機艙艙壁、防撞艙壁等)。

2)規定了計算時相應的破艙前船的狀態(或一組狀態)，確定一個或多個最危險的破損艙組。

3)規定了對殘存船舶浮態、穩性的要求。

4)要求計算出滿足上述要求的破艙前船的極限初穩心高度(或極限重心高度)，不允許任一要求計算的狀態不滿足有關破損穩性的要求。

1.2.2 概率方法

1)規定了船舶在縱向、橫向和垂向的破損最大范圍，在該范圍內的縱向分隔、橫向分隔及水平分隔的作用均可被考慮，不限制破損部位。

2)規定了計算時相應的破艙前的狀態。對每種狀態計算一系列可能對破損后的“生產能力”有貢獻的破損艙組。

3)規定了殘存船舶的浮態，穩性指標與生存概率的關系。

4)根據各種艙或艙組的破損概率以及它們破損浸水后殘存船舶的生存概率計算達到的分艙指數，并與要求的分艙指數相比較。允許某些艙組破損浸水后船舶殘存能力低于衡準的要求(即生存概率為零或小于1)［2］。

船舶破損時的環境參數和破損狀態隨機性較大，現行的概率性方法是建立在大量碰撞、擱淺事故造成的船舶海損統計資料的基礎上形成的計算、校核船舶殘存能力的方法。概率破艙穩性計算方法目前還處于設計校核階段，現行的概率計算方法基于確定性方法計算結果。具體應用于設計階段還需要開展更深入的研究。

目前確定性方法是破艙穩性計算的基礎方法。

2 公約規范要求

涉及船舶分艙和破損穩性規定的公約、規則等數量眾多，規定互不相同，除了小型船舶外，幾乎所有的船舶都有各自適用的分艙和破損穩性要求，并且各種公約規則要求逐年更新，最新要求總結(至2012年1月1日)見表1～4。

表2 假定破損范圍①

表3 破損部位

表3 續

表4 殘存能力要求

3 提高船舶破損穩性的措施

以概率法為例，提高船舶破損穩性，主要在于提高船舶的分艙指數A，提高分艙指數的措施如下［3］。

1)降低重心高度Zg，對于提高分艙指數A有顯著效果。

2)增加干舷。有兩種方法:一是提高干舷，二是降低部分分艙吃水dp，實際上提高設計水平，減輕空船重量，增加載重量系數。

3)合理安排浸水開口和不能風雨密關閉的開口。合理安排意味著:一是盡量減少此類開口，二是按往高、往內、往中的原則布置開口。

4)布置邊艙。當船中部具有通長艙時，設法布置兩舷的邊艙以彌補通長艙帶來的分艙指數損失，適當增加邊艙寬度有利于增強邊艙對分艙指數的貢獻。

5)合理的艙室劃分。合理地進行艙室劃分有助于增加各艙對分艙指數的貢獻。當某艙的殘存概率Si較小時，適當地縱向或橫向或豎向進一步細分艙也將有利于增加各艙對分艙指數的貢獻值，前提是進一步劃分后所得的Si應有明顯的增加［4］。

以上措施從設計的角度提高分艙指數，雖然分艙指數僅針對概率性方法而言，但以上設計思路同樣適用于確定性方法。

此外，船舶營運過程中，船舶破損后的浮態很大程度上取決于船舶的初始狀態，包括裝載狀態、壓載狀態，縱傾和橫傾等，見表5。破損后的浮態也取決于船舶的方形系數及平均吃水曲線等靜水力設計參數。船舶的破損后的浮態很大程度上決定船舶殘存能力，因此如何合理配載也是提高船舶安全運行必不可少的舉措之一。

表5 破損后的浮態與初始狀態關系示意

4 現場檢驗要點

以57 000 DWT散貨船為例，對于現場檢驗過程需要關注的若干問題進行總結歸納如下。

1)注意風雨密裝置的高度，包括通風筒，空氣管及門檻的高度，可能高于載重線的一般要求。對于破損控制圖中要求的風雨密裝置的高度，應按進水點量取。同時在RLL報告中填寫通風筒、空氣管及門檻高度的時候，應該以退審破損控制圖的要求為準。

2)注意最終平衡水線以下的門和艙口蓋的水密性，核查產品證書或試驗報告;最終平衡水線以下的開口須滿足水密要求，航行中常閉，且有開啟關閉指示器和開啟報警。例:粵電57 000 DWT系列散貨船，當裝載至夏季載重線時，在所有裝載工況下均能承受任一貨艙進水(SOLAS第Ⅻ章第4.1條)。一號貨艙浸水后，防止二號貨艙連貫浸水，因此從一號貨艙與二號貨艙之間的小艙蓋進入二號貨艙的小艙蓋應為水密型，航行中常閉，且有開啟關閉指示器和開啟報警。由于這兩個小艙蓋并排，部分船廠對于破損控制圖的理解不夠，往往把進入一號貨船的小艙蓋裝成水密型，而把進入二號貨船的小艙蓋錯裝成風雨密型，因此現場檢驗過程中須特別注意類似情況的發生;對于空氣管的高度也是如此，現場錯裝的情況時有發生。現場驗船師應該注意臨界區域風雨密裝置高度的核查。總的原則要關注退審的破損計算書中各艙室之間是否考慮連帶進水。

3)公約對于門的操作模式、控制位置及配備的要求頗多，門的種類也分多種，如鉸鏈式和滑動式水密門;還有可遙控和非遙控，動力操縱和非動力操縱等。具體要求同門的位置(水線及以上/水線及以下)、船舶類型(客船/貨船)以及門日常使用情況(長期關閉/通常開啟等)而定，具體要求詳見《SOLAS2009分艙與破損穩性要求實施指南》。注意門的產品證書及試驗報告的核查，同時關注門的水密性驗證及驗證壓力(驗證壓力同最終平衡水線面有關)。

對于散貨船而言，特別是巴拿馬型散貨船，其ESC逃口通往干舷甲板的門(如適用)通常為鉸鏈式水密門，航行中常閉，且有開啟關閉指示器和開啟報警。從設計的角度看還有如下思路。

①可根據破損最終平衡水線的位置，適當提高門檻高度，保證門檻高于最終平衡水線，此門可以改成風雨密門;

②更改門的位置，新的位置位于最終平衡水線以上，此門可以改成風雨密門。

4)注意上層建筑(或甲板室)區域最終平衡水線的位置，最終平衡水線可能超過某些風雨密裝置及其它開口，如第一層的通風筒(如適用)和舷窗，該風雨密裝置應該移位或加高。例如:某散貨船的墻式通風筒僅滿足《載重線公約》位置1對通風筒的一般要求(為900 mm)，但該通風筒進水點處于最終平衡水線以下，因此不滿足破損穩性的要求。如果要求的破損穩性計算表明，舷窗在進水的任何中間階段或平衡水線會被淹沒，則舷窗不僅須滿足水密要求，還應加裝鉸鏈式內側窗蓋，同時該舷窗應為非開啟型，窗不允許在此范圍內使用。

5)同最終平衡水線以下的門、窗及艙蓋一樣，對于滿足分艙要求的船舶，其分艙艙壁有水密要求，同時有強度要求。現場檢驗過程中須關注水密艙壁的水密完整性(為保證內部開口水密完整性而在海上保持永久關閉的其它關閉裝置，應在每個裝置上附貼一個通告牌，說明其必須保持關閉。對裝有緊密螺栓蓋子的人孔則無需這樣標明)，同時以壓水或沖水或其它等效驗證方式證明艙壁水密性、以及結構設計的合理性。水壓頭以最不利的破損水線面水壓頭為準。IACS UR S14部分條款由此引申而出，特別注意涉及到船舶分艙的艙室結構試驗要求，例如現場批準的密性試驗圖當中，雙層底空艙往往漏做結構試驗;

6)注意舵機間和機艙是否考慮連帶浸水，如果不是，機艙通往舵機間的門須水密門，航行中常閉，且有開啟關閉指示器和開啟報警裝置。可能的話還須滿足A-60防火等級的要求，這同主消防泵和應急消防泵的相對位置有關，在此不作詳述，現場予以關注即可。另，57 000 DWT散貨船該門為A-60級防火門，舵機間和機艙考慮連帶進水，同樣，對服務于推進所需的鍋爐在內的主/輔推進機器處所被水密縱艙壁分隔以滿足冗余要求，可以允許每個水密艙壁上設一扇水密門，該設計考量下的水密門要求同上類似。

7)位于破損范圍內的管系布置，破損后應能控制浸水不能擴展至其它處所。特別是管弄同機艙、管弄同艏尖艙以及管弄同各壓載艙之間，注意隔離閥的形式及要求。

8)概念的區分。

①注意分艙長度的定義(SOLAS 2009)以及完整穩性資料中對于傾斜試驗的免除是以分艙長度(LS)的偏差為準，而不是船長(L)。進行空船重量試驗的時候要注意核查該數據，測重報告是否按分艙長度(LS)進行誤差核算，并進行免除。

②同時破損穩性計算中，縱傾也是按分艙長度進行計算，這同常規靜力學計算中的縱傾有所不同，注意區分。

9)對于具有橫貫進水裝置的船舶(以客船居多)，船廠須提供有關橫貫進水裝置的操作說明，作為向船長提供資料的一部分(SOLAS)。

［1］盛振邦，劉應中，船舶原理［M］上冊.上海:上海交通大學出版，2003.

［2］中國船舶工業總公司，船舶設計實用手冊［M］.總體卷，上海:國防工業出版社，2007.

［3］楊 柳，楊 啟.單艙大開口重吊船破艙穩性研究［J］.船海工程，2010，39(4):1-4.

［4］胡鐵牛.貨船概率破艙穩性計算及對分艙的影響［J］.上海交通大學學報，1997，31(11):1-4.