淺析海工船舶裝載及穩性計算機的配置選型

李成育

（上海振華重工（集團）股份有限公司海工船舶事業部，上海 200125）

1 前言

隨著海工船舶逐步向深水發展，特別是起重鋪管船的整體性能要求的逐步提高。出于船舶裝載和作業工況裝載的多元化的考慮，加上船舶人數的增多，此類大型海工船舶的人數超過240人后，需要按照客船標準，并需要滿足安全返港（SRtP）的要求。基于振華重工建造交付的“德合”起重鋪管船和4500噸大型搶險打撈起重船（預留S型鋪管，可拓展J型鋪管、R型鋪管、深水安裝等功能）作業工況和船舶應急響系統應（ERS），淺析海工船舶的裝載及穩性計算機的配置選型。

2 基本原則和概念介紹

2.1 裝載及穩性計算機

船舶在運營期間，一般分為裝貨、運輸、卸貨三個階段。操作期間必須保證船舶有足夠的穩性、強度以及浮態。為此，之前船舶的駕駛員在制定裝載計劃、卸貨順序時應對整個過程中，對照船舶的完工的裝載手冊進行收到校核船船各種狀態，以確定配載計劃及裝卸貨次序是否能夠滿足要求的穩性、強度要求，如不滿足則需進行調整。這一過程每次裝載時船舶駕駛員都必須做，且要花費大量的時間去查閱裝載手冊中的圖表、曲線，計算過程也十分復雜。為了減少駕駛員的重復性勞動，同時也為了更加準確的計算船舶在某一裝載狀態下的穩性、強度、浮態，隨著計算機技術在船舶上的應用就出現了裝載計算機。

2.2 MSC.1/Circ.1532通函

IMO第96次海安會（MSC96）以MSC.1/Circ.1532 通函批準了《經修訂的向客船船長提供關于安全返港的操作資料指南》，該通函旨在為SOLAS公約第II-1/8-1.3條的統一執行提供附加指導，并適用于2016年5月13日或以后建造的需要滿足安全返港的客船。MSC.1/Circ.1532通函對向客船船長提供的用于安全返港的操作資料的岸基支持或船上穩性計算機提出了若干具體要求，包括穩性計算機系統的概況、系統輸入數據的要求、穩性模擬應采用的算法以及輸出數據的要求。穩性計算機應使用能夠在任何真實進水事故后分析破損穩性的軟件。軟件能評估開啟的水密門對穩性的影響，并能用于破損控制演習。穩性計算機能與岸基機構按照約定的方法雙向交流結構損壞情況。岸基計算機在強度方面的功能應符合主管機關認可的船級社的要求。對于客滾船，軟件應有估算甲板積水影響的算法。計算機的穩性方面應初次認可并定期測試。計算中可不考慮瞬時不對稱進水和潮汐、流或波浪等作用引起的船舶移動，也可采用主管機關滿意的等效方法提供給船長進水情況下的操作信息。

2.3 船舶應急服務(ERS)

船舶應急服務(ERS)是在船舶發生嚴重事故（擱淺、碰撞、爆炸和火災等）時，為確保船舶安全,防止或盡量減少水域環境污染的影響而提供的一種技術服務。其核心技術包括破損后的浮性、破艙穩性、剩余強度、破損后的溢油量或進水量的分析、擱淺分析、破損后船舶完全沉沒時間的預測等。

依照船東和岸上ERS服務機構預先簽定的ERS協議，為申請應急服務的船舶在ERS數據庫中建立三維模型，一旦船舶在營運中遇到緊急狀況時，這個事先已建立在ERS系統中的船舶模型就能被調用。基于這個模型，ERS工程師可以對船舶進行一系列的事故分析，最終出具脫險方案。事故發生時，已加入ERS系統的船舶撥打一個特殊電話號呼叫應急服務。在收到海上發來的求救電話后，岸上的應急服務就會啟動，將在崗受過專門培訓的ERS工程師們迅速召集。ERS小組與船上的應急小組通過持續的聯絡交流信息、討論方案。通常，一次ERS會最終總結成一份ERS報告，寄往船東并發送到事故船舶。ERS小組是船東在岸上的365天24小時待命的應急響應伙伴。作為一項商業服務，ERS目前都采用會員制年費收取方式。對船東而言，每年的小額付出，既可換來年終無休的專家服務，減少船舶營運中的風險，為船東們提前做好船舶的風險管理。

2.4 起重鋪管船舶根據不同作業內容和工況對裝載計算機選型配置的要求

（1）海洋大型起重機在吊重時，不同負載不同回轉角度對船舶的穩性的影響，裝載計算機需根據吊裝作業工況，模擬配置吊重物（包括重吊旋轉時）的全過程，在滿足全船實時彎矩剪力以及穩性的要求下，分步驟分析壓載水的調配過程。也需考慮貨物掉落時穩性計算。（2）模擬鋪管作業工況，通過對話框形式輸入管材重量、張力載荷、導管架重量和導管架力矩，并分析當前工況的總縱強度和穩性。（3）如存在月池的話，月池的浮力計算（底門打開或者關閉）兩種狀態應當按照裝載手冊獨立考慮。

3 裝載計算機配置選型

在基于以上概念和內容的，不同類型船舶的裝載及穩性計算機選型建議采取以下幾類。

（1）普通散貨船或其他貨船：選擇一套帶船級社認證硬件的IACS UR L5 Type2裝載計算機。

（2）普通油船或其他液貨船，選擇一套帶船級社認可硬件的IACS UR L5 Type3裝載計算機。

（3）小型海工船舶人數少于240人（非滿足安全返港的要求）：選擇兩套IACS UR L5 Type3的裝載計算機，需注意相關海工功能模塊的選擇。

（4）大型海工船舶人數多于240人（滿足安全返港要求）或客滾船舶(滿足安全返港)。①選擇一套帶船級社認證硬件的IACS UR L5 Type 4裝載計算機和全ERS。②選擇兩套IACS UR L5 Type 4 裝載計算機和簡單的ERS支持。

4 以上所需的海工功能模塊按需配置

大型海工船舶（客船標準）的配置

結合振華重工建造的“德合”起重鋪管船和4500噸大型搶險打撈起重船著重介紹此類大型海工船舶（需滿足客船標準和安全返港要求）的配置：

該兩艘船舶主尺寸和功能基本相似。安裝此類船舶的軟件必須滿足IMO和船級社的要求。是一種基于三維實體模型計算，進行船舶穩性和強度監控的裝載軟件。

4.1 基本規范要求

（1）此系統必須滿足船級社以及國際海事組織規范；滿足船級社最新規范要求，并提供船級社證書。（2）裝載計算機軟件應根據CCS規范中Loading computer(S.I.D)的詳細要求進行軟件送審并最終取得認可證書。（3）滿足特種用途船舶安全規則（2008）及修正案(引用所有客船規則，安全返港相關要求)。（4）滿足最新的IACS URL5 Type 3&4的要求。（5）滿足海安會MSC.1/Circ.1400及MSC.1/Circ.1532的要求。

4.2 硬件和接口配置

硬件配置：

臺式機HP 800 G3 SFFTWR電腦 2臺

CPU New Pentium Dual Core G4400(3.3G/3M/2核)

4G(1×4G)DDR4內存

顯示器：26寸包含臺式固定支架 2臺

A4的噴墨彩色打印機 2臺

操作系統：Windows 7及以上

不間斷電源 UPS（800VA） 2臺

電源：220V，60Hz 2路主應急電源供電

接口配置：（1）實時連接液位遙測和吃水遙測。通訊協議Modbus RTU，接口形式為RS485；（2）水密門的狀態由采集站 WDIC1 和WDIC2 分別通過RS485發送給裝載電腦Load PC1 和 Load PC2；（3）在線功能：吃水、油艙、水艙的液位或艙容、干艙浸水信號、水密門狀態（開或關）能同步進入計算。

4.3 主要功能

（1）根據提供的裝載條件模擬假定的裝載狀態，包括：貨艙裝載狀態，自重和風力作用計算。（2）分析當前裝載狀態下的總縱強度，比較許用彎距和剪力（結果可以圖表形式體現出來）。（3）輔助壓載水管理，自動計算海水比重變化對浮態和總縱強度等的影響。（4）載重常量（可在船上任何位置裝載船舶常量）。（5）船體屬性報告(比如,在報告中包括航行號，裝貨港口，卸貨港口，船名，日期，裝貨及其它信息)。（6）根據提供的裝載條件模擬假定的裝載狀態，包括：貨艙裝載狀態，自重和風力作用等。（7）分析當前裝載狀態下的靜水力特性及浮態（包括吃水，橫縱傾值，排水量，載重量、GZ最大值、GZ范圍、穩性消失角、進水浸沒角、脫險通道浸沒角和初穩性高等）。（8）自動計算艏艉柱和吃水標記處的吃水（艏，舯，艉）。（9）自動計算自由液面力矩的影響，裝艙情況(對于貨艙、壓載艙、燃油艙及其他艙按照重量、體積、裝載百分比、測深值、空高值和比重進行裝載)。（10）基于貨物分類的裝載總結報告。（11）按照IMO 2008 IS CODE規范分析當前裝載狀態下的完整穩性。（12）吃水測量及報告、視線及盲區報告、生成當前裝載狀態下的各種計算報告。（13）保存和恢復裝載狀態文件、具有數據儲存及打印功能。（14）超載示警(包含最小艏吃水報警)、顯示橫搖周期。（15）實時連接液位遙測，并從液位遙測獲得艙容，實時計算完整穩性和總縱強度。（16）裝載畫面和裝載總結、靜水力參數及浮態。（17）完整穩性計算結果和風傾穩性計算結果、總縱強度計算。（18）橫傾、縱傾、穩性、強度超限時自動示警。（19）甲板裝載模塊：系統能夠實現甲板貨物重量和重心的自由設置，并在甲板布置圖上進行裝載，可以自定義甲板貨物形狀，并用鼠標自由拖動貨物，界面窗口可以實時顯示總重量和重心，甲板貨物的顏色可以按照貨物屬性來區分，而液貨艙是按照不同裝載的類別進行顏色區分，如燃油艙和壓載水艙等。（20）貨物重吊模塊：可以選擇重物，輸入吊臂的角度，旋轉角度等。可以手動模擬在使用吊機時吊重物（包括重吊旋轉時）的全過程，在滿足全船實時彎矩剪力以及穩性的要求下，分步驟分析壓載水的調配過程。整個分析過程可以存儲、導出裝載工況，保存并打印模擬壓載水調配全過程的報告。（21）模擬鋪管作業工況，通過對話框形式輸入管材重量、張力載荷、導管架重量和導管架力矩，并分析當前工況的總縱強度和穩性。（22）船上裝載計算機能按照損失浮力法計算進水事故后船舶的剩余穩性。（23）具備與岸上應急響應服務雙向通信能力，岸上應急響應服務能向船長提供破損后剩余強度信息。（24）船舶發生進水后能自動接收干艙浸水信號或手動設置破損艙室，并能提供扶正輔助決策計算。（25）裝載情況、總縱強度、浮態和穩性計算結果打印（26）系統能夠計算作用力矩如風力矩、救生艇釋放力矩、貨物移動力矩和乘客移動力矩。（27）具有使用相同的詳細船體模型進行破損控制演習或評估進水事故中潛在破損和穩性情景的能力。這不應干擾船上計算機或岸基支持監測實際狀況和向船長提供操作資料的能力。（28）系統在離線狀態下可實現對客戶自定義的工況進行預裝載。

5 國內外三維全建模裝載計算機的現狀

我國2004年12月完成了由708所主編的《船舶配載計算系統設計要求》船舶行業標準，其目的是為統一船舶配載計算系統的設計要求，保證配載計算的正確、真實，提高配載作業的安全和效率，適應船舶建造、航運的需要而制定。

結合CCS規范的Load computer（S.I.D）符號和ERS符號要求，據了解，市場上可以做滿足MSC.1-Cirsc 1532通函要求全三維建模裝載計算機的軟件提供商有：瑞典Kockum Sonics、國內供應商杰星（Cload）和挪威Kongsberg（Lodic）。杰星（Cload）提供一條客滾船供裝載計算機，滿足客船標準，入CCS船級，安全返港要求，軟件功能界面見圖示1。Kongsberg目前在為升級“12000T華升龍”提供裝載計算機，滿足客船標準，入CCS船級，雖然無安全返港要求，但取得了Load computer（S.I.D）符號。軟件界面見圖示2。

圖1 CLoad 軟件界面

6 結語

大型起重鋪管船或大型海工船舶都是集多功能于一體，根據不同的選擇工況和作業內容，選擇合理配置的裝載及穩性計算機，即能給船舶運營安全的提供有效的保證，也可節省成本。

對于需滿足客船標準和安全返港要求的大型海工船舶，裝載計算機的選擇有以下兩種建議：船東船隊規模小，建議選擇配置（1）；船東規模比較大，可以考慮配置（2）。

圖2 Lodic軟件界面

（1）船上配備完整的兩套裝載穩性計算機，按照要求配置傳感器數據接口及手動輸入和滿足要求的計算方式（建模）軟件；需要至少2個船員應勝任系統包括與岸基支持通信連接裝置的操作，他們應能解釋系統輸出以向船長提供要求的操作資料；還應有與岸基支持雙向通信連接的裝置，以向船長提供破損后的結構剩余強度資料，或可結合船東申請的岸基支持一起辦理服務（也可選擇申請ERS符號）。按照此方法，即可申請CCS附加loading computer （S.I.D）符號。

（2）若船上不配置Type4穩性計算機，只是常規的裝載計算機（硬件一樣），選擇按第 II-1/8-1.3.2條規定設有岸基支持時，應有在船舶證書有效期內隨時提供岸基支持的合同。國內可以委托海事主管當局認可的單位辦理ERS服務，簽訂合同建模設計軟件，按照年費長期服務。