18500t 多功能甲板貨船設計及建造難點探析

方如意

（南通潤邦海洋工程裝備有限公司，江蘇 啟東 226255）

針對現有風電項目的現狀，大型樁基、導管架等趨于主流，因此增大船舶載貨區域面積以及單位面積承載噸位，平衡能耗和提高單次運輸效率，即采用較小的燃油費用、較小的廢氣排放量以達到最大最合理的經濟航速及運輸量成為風電運輸船主要設計和建造難點。[1]

1 船舶經濟運輸噸位及幾何要素的選擇

1.1 船舶經濟運輸噸位

船舶經濟運輸噸位，顧名思義，在經濟航速的工況下，所裝載貨物的噸位[2]，由于本項目主要用于海上大型鋼構運輸，存在大體積、小噸位的特點，因此，確定主要裝載貨物的主體尺寸是確定本項目船舶幾何要素的重點，按海上風電導管架的常規尺寸，其占甲板面積在約為長33 米*寬33 米，直立放置裝載，高度方向為70 米左右，因此考慮多套運輸方案以及結合船舶方形系數的選取來確定船舶幾何要素。

本項目船體幾何要素為：總長152.8 米，型寬40 米，型深9.6 米，主甲板載貨區域133.3 米*40 米，滿足常規導管架三套同時運輸的要求，將運輸費用利用達到最大化。

1.2 船舶幾何要素

船型對阻力性能的影響與船速有密切的關系，在不同的速度范圍內，船型參數對阻力的影響有本質上的差別[3]。實體模型試驗是預估船舶水動力性能的傳統方法，其缺點為時間長、費用高，隨著計算機技術的日益發展，船體計算機CFD 模擬分析以其速度快、耗費低等優點被廣泛應用。

因此，采用CFD 模擬分析驗證本船船舶幾何要素并優化其線型及阻力作為本項目的設計重點，針對本項目的船舶幾何要素以及上述要求，做出如下兩種線型優化方案：

1.大幅度優化艏柱線型，大幅度優化艉框及艉流場，如圖1。此方案優點是，船首航行阻力優化明顯，有效抑制興波阻力，但涉及水線出水線較瘦，向主甲板過渡較大，局部線型外飄明顯。考慮到主機額定功率為3530kW*2 臺，在主機功率儲備率為15%，航行風浪裕度為15%，軸系及齒輪箱綜合效率為95%，且使用高效螺旋槳的前提下，航速預報值為13 節；上述條件下如使用MAU 槳，航速預報為12.8 節。

圖1 線型優化方案a

2.小幅度優化艏柱線型，大幅度優化艉框及艉流場，如圖2。此方案優點是，船首航行阻力優化明顯，在一定程度上抑制興波阻力，但船艏部線型過渡平緩，沒有明顯的突出性外飄。考慮主機額定功率為3530kW*2 臺，在主機功率儲備為15%，航行風浪裕度為15%，軸系及齒輪箱綜合效率為95%，且使用高效螺旋槳的前提下，航速預報值為12.7 節；上述條件下如使用MAU 槳，航速預報為12.5 節。

圖2 線型優化方案b

結論：綜合上述兩點及CFD 分析結果，考慮航線及運輸成本等綜合因素，選擇方案b 為本項目最終船舶外形參數。

2 等效設計申請

2.1 規則及要求

本項目屬于特定構造和用途的船舶，上層建筑和甲板室設置在首部區域，根據本船的預定用途，擬在主甲板裝運大件鋼結構貨物，若按此要求設置后桅，會帶來以下困難：

1.設置的后桅位于露天裝貨區域尾部，對于大件貨物采用滾裝等方式進行裝卸作業等將造成很大的影響。

2.本船為首駕駛船型，尾部無上層建筑，造成所設后桅燈高度偏高（后桅燈高度高于前桅燈4.5 米），后桅桿高度約19 米，如此高的后桅桿安裝后不易加固，船舶航行時會產生較大振動，會對操船人員造成一定的危險，另外后期維護也十分困難。

因此需要向中國海事部提交等效設計方案，其等效設計方案需滿足《1972 國際海上避碰規則》以及《國際航行船法定檢驗技術規則》（2014）及其2016/2019修改通報相關條款。

2.2 國內外類似案例

2.2.1 IMO 通報挪威海事局的免除案例

根據IMO 頒布的SN/Circ.116 通函，挪威海事主管當局對長度為50 米或50 米以上的近海供應船舶安置兩盞桅燈的要求予以免除，尾燈應盡可能靠近船尾，如果尾燈安裝在上建的后面，需要用投光燈照明后甲板，以顯示船長。如果安裝兩盞桅燈，其安裝位置要滿足規則的要求。但是考慮到前后桅燈全部設置，從安全角度上明顯比免設后桅燈要高，同水域航行船舶可以通過觀察前后桅燈角度變化判斷本船的航行動態，比單獨通過前桅燈更利于判斷。因此本船擬采用設后桅前置的方案，仍保持兩盞桅燈，但水平距離小于1/2船長。

2.2.2 國內同類型船舶或類似船舶免除案例

浙江建揚航務工程有限公司建造的無限航區130米海洋工程大件運輸船，依據主管機關的相關規定和船上的實際布置，向中國海事局申請并獲得批準放寬前后桅燈水平距離的等效措施，海便函（2016）98 號《中華人民共和國海事局關于130 米海洋工程大件運輸船免除后桅燈事宜的批復》可查。

2.3 等效方案設計

1.設置前、后2 盞桅燈，后桅燈前置，在駕駛甲板左右兩舷的后端各設置1 盞能照亮尾部甲板的專用探照燈TG28（220V 2000W），在主甲板尾部左右舷各增設一盞能顯示船舶尾部寬度的補充照明用投光燈TG5（220V 400W）。

2.本船在駕駛臺的適當位置標識航行警示，確保船舶航行期間任何時候打開航行燈的同時，即打開探照燈照亮尾部甲板（通過在航行燈控制板上設置開關與探照燈聯鎖，并在航行燈板上設置連通指示燈，以確保航行燈打開時，探照燈也是處于打開狀態，且在航行燈板上可觀察到探照燈的接通狀態）。

3 壓載系統的設計

本項目壓載系統設計需結合船舶裝載狀態及船舶航行穩態調節來考慮，另外，到港壓載排放速度以及國內外跨區域壓載水處理速率也是本系統的設計重點，本項目考慮采用2500 方/小時排量壓載泵兩臺作為壓載系統主泵，為了防止海洋生物污染并考慮到IMO 海事組織《國際壓載水管理公約》要求，本項目配備過濾加電催化雙重作用的壓載水處理裝置，其最大處理量達3000 方/小時，該系統可以生產羥基自由基，高效殺滅船舶壓載水的微生物，且活性物質本身可迅速分解成無害物質而不會殘留。

4 結語

總體來說，在分析船舶經濟航速的時候，需要合理地優化船舶線型，降低船舶運行的阻力，有效增加船舶運行的效率，再次為優化船舶甲板載貨面積，提高裝載量，以達到船舶運行的經濟效率。