SOLAS概率破艙穩性及計算結果分析

徐彥哲

（中船重工船舶設計研究中心有限公司，大連 116000）

SOLAS概率破艙穩性及計算結果分析

徐彥哲

（中船重工船舶設計研究中心有限公司，大連 116000）

以SOLAS 2009規范為基礎，結合Napa軟件對一貨船概率破艙計算結果的分析，提出優化極限GM曲線的若干方法，并對于殘存因數等于零的破損狀態處理方法做了詳細的介紹。

SOLAS2009；Napa；極限GM曲線；殘存因數

0 引言

國際海事組織海上安全委員會的第 82屆會議通過了 SOLAS第Ⅱ-1章修正案的決議MSC.216(82)。該決議與之前通過的決議MSC.194(80)將確定性的客船SOLAS90標準與干貨船基于概率方法的SOLAS92標準協調為統一的概率破損穩性要求，為船舶設計提供了新方向和思路，也更具靈活性，但同時要求也大幅提高。

Napa軟件的前身是芬蘭瓦錫蘭船廠開發的軟件，于1989年獨立正式成立。作為總體開發設計的主流軟件，擁有很多設計模塊和功能，如靜水力計算、艙容計算、裝載穩性計算、完整穩性計算和破艙穩性計算等。準確合理利用Napa的各功能，可以高效準確地解決問題，尤其在概率破艙穩性計算方面有著強大的優勢，不僅能通過二次開發編寫宏命令正確快速地算出結果，而且也能夠運用一系列的命令和圖表分析計算結果。

1 規范解讀

根據SOLAS第Ⅱ-1章B-1部分第5-1條4，需要確立ds、dp、和dl三種吃水的最小GM曲線，這就要求進行概率破艙穩性的計算。在給定的初始工況和根據分艙得到的一系列破損工況下，通過計算使達到的分艙指數A大于或等于要求的分艙指數R，且每一部分指數對客船不小于0.9R及對貨船不小于0.5R，則船舶的分艙可視為足夠，從而得到不同吃水下的極限 GM曲線。如整個營運縱傾超過±0.5%LS時，在超出部分的基礎上按步長不超過1%LS所獲得的若干縱傾計算相應的極限GM曲線，然后再結合完整穩性的極限GM曲線，最終得到極限GM曲線的包絡線。

對于民用貨船來說，船長80m及以上的B型干舷貨船和根據國際載重線公約可減小干舷但擬載運甲板貨的貨船都要進行概率破艙穩性的計算。一般的不載運甲板貨的B型干舷散貨船一般較容易滿足規范的要求，但對于集裝箱船等主要載運甲板貨的船型來說，概率破艙算出的極限GM值則是至關重要的，因為這關系到甲板貨物的裝載量，直接影響船舶的經濟性。

2 實例分析

本文對一條擬裝運甲板貨的貨船的概率破艙計算進行研究，分析SOLAS概率破艙穩性計算中一些問題的解決方法以及如何準確有效地計算極限GM值。

主尺度確定之后，在根據船舶的使用功能要求制定好分艙方案，做好Napa中的總布置、開口定義和分區表等一些計算前的設置。利用命令“GEM DAM SUB=ZONES…”來生成破損工況并與之前定義好的初始工況做成計算表格。定義初始工況的時候，各個吃水下初始GM值的選取可根據初步裝載計算，選取較為理想并在合理范圍內的值。這里將前期的定義和計算的中間過程省略掉，只討論計算結果。

分艙指數的計算結果如下，并如表1所示。

由以上可以看出，A

表1 概率破艙穩性計算結果

1）調整裝載工況，在滿足縱傾、螺旋槳浸沒率、駕駛室可視范圍以及最小首吃水的要求下使輕載營運吃水盡量減小，這樣同時降低了部分吃水（dp），對計算結果一般是有利的。

2）檢查特定的破損狀態，觀察破損后的靜穩性曲線，是否淹沒了非水密的開口，從而導致殘存因數Si=0。如果有非水密的開口被淹沒，那么升高相應的開口高度也可以提高分艙指數。

3）提高最深分艙吃水（ds）和部分吃水（dp）下的GM值，效果是顯而易見的，但是過高的GM值對甲板裝貨量是很不利的。

提高分艙指數也有很多其它的方法，比如增加橫貫進水裝置、連通邊艙等，視具體的情況各種方法達到的效果也是不同的。本文主要介紹第二種方法，即是針對殘存因數為零的情況。由于 Si=0的CASE也是相當多的，逐一檢查存在較大的工作量，本文推薦使用一種新的檢查方法，即橫向比較和縱向比較。

運行概率破艙計算程序之前，可以把所有的開口關閉掉（IRO ALL），運行之后得到另一個分艙指數，這個指數比考慮開口作用得到的指數大。把兩個得到的分艙指數進行每一分項的比較，比如分別比較單區破損下的三個吃水，分別比較二區或者多區破損下的三個吃水，稱之為橫向比較（表1）。假如在單區破損情況下的最深分艙吃水得到的分艙指數相差的比較多，那么可以從此項開始入手，來進行縱向比較。把開口考慮進去，運行破艙穩性計算的宏，計算好之后利用以下命令組得到如表2所示的結果。

這里需要分析SFACSOL=0（殘存因數=0）的破損CASE，參照SOLAS規范第II-1章B-1部分第7-2條，對于貨船，殘存因數為Sfinal，計算公式如下：

表2 單區破損DS吃水下的計算結果

式（1）有三個關鍵的參數：K、GZmax和Range，其中：K與進水階段的平衡橫傾角有關，與表2中得KSOL對應；GZmax是θv角范圍內最大正復原力臂，不得取為大于0.12m，與表2中GZMAXSOL對應；θv是任何進水階段復原力臂變負的角度，或者不能風雨密關閉的開口被水浸沒的角度；Range是從進水階段的平衡橫傾角量取到正復原力臂的范圍，正值范圍取為到達θv的角度，不得取為大于16°，與表2中的RANGESOL對應。

將表2的結果與不考慮開口作用得到的類似結果進行縱向比較，對于某一CASE，例如DS/P7.2.0，如果考慮開口作用得到的殘存因數等于 0，但是不考慮開口作用得到的殘存因數大于 0，那么就要分析這個CASE。如果GZMAXSOL或者KSOL等于0，那么除了增加初始GM以外只有通過重新分艙或者加水密分隔才能提供分艙指數。如果GZMAXSOL和K都不等于0，那么一般是破損后淹沒了非水密開口（如空氣管）導致的SFACSOL=0。對于這樣的破損CASE，利用以下命令組得到表3中的結果（這里計算的是左舷破損）。

LQ DROP, CASE, STAGE, SIDE, NAME, X, Y, Z, IMMA, IMMR

LIS DROP DS/P7.2.0 OPE=(UNP WEA) SOP=(A)

UNP和WEA分別代表無保護開口和風雨密開口，也就是非水密的開口。

主要檢查IMMR一項，其表示開口點到水線面的垂向距離，如果是負值，那么表示此開口已經被淹沒。也可以用圖形的方法來檢驗，使用命令PLD DCR DS/P7.2.0畫出穩性曲線以及上面的開口（圖1），如果開口顯示在破損后靜穩性曲線上(GZ曲線)平衡位置的左邊，那么也表示開口已經被淹沒。表3中開口AV05對應的IMMA值為“-”，表示左舷的這個開口早已經被淹沒，但在圖1中是顯示不出來的。右舷的開口也顯示為“-”，但不表示被淹沒。總之，只需要考慮表3中IMMR為負值的開口就可以了。找到被淹沒的開口之后，根據計算適當提高這些開口的高度可以達到提高分艙指數的目的。一般情況下只計算一舷（PS or SB），所以對稱的開口也要提升。

需要特別注意的是，有些定義好的開口沒有在表3中或者圖1中出現，這就表示和這些開口連通的艙已經破損，作為失效的開口不予考慮。

同理可以檢驗其它的吃水狀態或者多區破損的情況。還需注意RANGESOL也用于計算殘存因數，與不能風雨密關閉的開口的高度和位置有關，可助于分析殘存因數比較小的CASE。

表3 相關典型開口的計算結果

圖1 破損后的穩性曲線

在實際設計建造過程中，有時空氣管的開口高度提升的太高會影響船舶的甲板及以上的布置或者裝卸貨的操作，很多船東從船舶的使用性和美觀性來考慮也不希望設置太高的空氣管。因此此種方法和增加初始GM值的方法可以結合來使用，力求達到一個設計平衡點，在滿足功能要求前提下，盡量優化設計。

3 結束語

基于對規范的深入研究，并結合Napa軟件的一些功能對于概率破艙穩性計算結果的檢驗是很有幫助的。規范是基礎，Napa軟件作為一種有效的設計工具需要靈活運用。本文只是拋磚引玉，關于Napa其它有助于設計的功能還需要在工作中逐步來發掘。另外也可以看出，對于一種結果的檢驗，可以通過不同的角度采取不同的方法，而且幾種方法可以相互檢驗，最終取得合理結果。

[1] INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION. SOLAS CONSOLIDATED EDITION 2012[S]. 2012.

[2] 中國船級社. SOLAS 2009分艙與破損穩性要求實施指南[M]. 北京: 人民交通出版社, 2009.

[3] 盛振邦, 楊尚榮, 陳雪深. 船舶靜力學[M]. 哈爾濱:哈爾濱工程大學, 2003.

[4] NAPA MANUALS[M]. 2012-1.

Analysis of SOLAS Probabilistic Damage Stability and the Calculation Result

Xu Yan-zhe
(China Ship Design & Research Center Co., Ltd., Dalian 116000, China)

This paper analyzes several methods to optimize the minimum GM curve based on the analysis of the result of probabilistic damage stability calculation of a cargo ship by Napa program in accordance with SOLAS convention 2009 and describes how to handle the damage cases when survival factor equals to zero.

SOLAS2009; Napa; limit GM curve; survival factor

U662.1

A

1005-7560(2014)01-0001-04

徐彥哲（1983-），男，工程師，主要從事船舶總體設計以及船型開發工作。