管路布置對特種用途船破損穩性的影響

高 慧 姜廣煜

（1.天海融合防務裝備技術股份有限公司 上海201612；2.上海中船船舶設計技術國家工程研究中心有限公司 上海 200114）

引 言

近年來航運業高速發展，海上交通越來越繁忙，船舶在航行中可能會發生碰撞、觸礁、擱淺等造成船體破損的事故，這些雖是偶然事件，但可能會造成嚴重后果，甚至會使生命財產遭到重大損失。因此在船舶最初設計時，需要全面考慮船舶可能發生的破損，分析船舶進水情況，預估破損后的殘存狀態，從而采取措施改進設計，保障船舶的破損穩性。

為保障船舶的破損穩性需要，水密艙壁將船體分隔成適當數量的艙室，但船舶內部有著錯綜復雜的管路或管隧、通風管等，它們穿梭于船體的各個角落。若這些管路在破損范圍內，又沒有遙控閥門，那么海水會通過破損的管路或管隧流到管路的另一末端所在的艙室，這種延伸進水會對船舶破損穩性造成影響。本文著重分析管路各種走向對船舶破損穩性的影響［1-3］。

本文以某飽和潛水支持船（附加SPS船級符號）作案例，在該船基本設計時，對如何布置船舶內部管路走向，提高破損穩性作了大量的計算及研究，對這些計算結果進行比對，最終選取最優管路走向，提高了該船破損后的殘存穩性，保證了船舶破損后的安全。

1 案例船背景介紹

本文以飽和潛水支持船為例，該船是一艘先進的，可在大部分環境狀況下作業，并且具有良好操縱性和定位能力的深海工程船。總長124 m、船寬24.0 m、型深10.2 m、夏季吃水7.30 m、總人數120人，首部為居住區及工作區，尾部主甲板上為載貨區（參見圖1）。若船體內部各個艙室通風管路均可以無障礙垂直向上通出主甲板，則管路走向布置對本船破損不會產生影響。但該船露天甲板上設有載貨區域，甲板下載貨區的艙室通風管不能直接垂直延伸至主甲板面載貨區域，需穿過其他邊艙后垂直向上穿出甲板面。以下針對甲板載貨區域下的艙室通風設計了三種管路走向，并分別評估了對船破損穩性的影響。圖1為飽和潛水支持船平面圖。

圖1 飽和潛水支持船平面圖

2 管路走向布置方案1

2.1 管路走向布置設計

艙室通風管路為避免垂直伸到載貨區域，需橫向走到舷側艙室再伸出甲板面，下頁圖2為典型剖面管路走向示意圖。舷側聚集了大量的管路，且這些管路是無閥設計。船舶在航行過程中，若發生舷側碰撞性破損，大量海水將會通過破損管路流向中間艙室。如圖2，陰影部分為破損范圍（船舶任一舷側都可能發生破損，下文僅以一側破損為例分析，另一側類似），破損后水會沿著管路流向其他艙室，即舷側小范圍破損，將會擴至更大范圍的進水，水密艙壁形同虛設［2-5］。

圖2 方案1 典型剖面管路走向示意圖

2.2 載貨甲板區域下管路布置

上述只描述了一個典型示意圖，甲板下還有很多類似布置，船舶甲板舷側則會有密密麻麻的透氣管頭伸出。舷側如果大面積的碰撞破損，這些管子也會一同連著破損進水，通過這些管子透氣的艙室自然也會全部被延伸進水。管路平面布置見圖3（僅顯示載貨區域下的管路布置）。

2.3 舷側破損分析

舷側破損范圍為管路平面布置圖上舷側陰影區域， 剖面分艙模型見圖4， 破損進水艙室見下頁表1。

圖3 方案1 管路平面布置圖

圖4 剖面分艙模型圖

表1 破損進水艙室

分析結論：破損后船舶狀態如圖5所示。艙室在延伸進水后，船舶已180°側翻。圖6顯示船舶復原力臂GZ已為負值，表示船舶已完全喪失穩性，發生傾覆。

圖5 方案1 破損后船舶狀態

圖6 方案1 破損后船舶穩性曲線

3 管路走向布置方案2

3.1 管路走向布置設計

船舶破損后，船處于大傾角傾斜狀態，水位正常情況下是無法到達船舶中心線高處。這就形成了一個安全角落，船只要不翻沉，不管怎么傾斜，船舶中心線高處始終有一小部分是干燥的。把焦點對準該干燥處，由于甲板裝貨緣故，透氣管必定要走舷側，然而走了舷側必定破損，既然阻止不了管子破損，那么就該考慮阻水不擴散。經反復研究，設計出圖7的管路走向，所有穿水密艙壁的管路必須在進入其他破損區域前穿過干燥區域。

圖7 方案2 典型剖面管路走向示意圖

3.2 載貨甲板區域下管路布置

需穿艙的管路先拐向船舯干燥區，再走向舷側 穿出，管路布置見圖8。

圖8 方案2 管路平面布置圖

3.3 舷側破損分析

分析結論：表2為破損進水艙室，破損后船舶狀態如圖9所示。舷側艙室破損后，因管路穿到船中干燥區，水無法晃過干燥區而流入其他艙室。由下頁圖10可以看出，船破損后橫傾角達到13.9°，且還具有剩余穩性，剩余穩性范圍14.6°，船舶破損后可以自存。

表2 破損進水艙室

圖9 方案2 破損后船舶狀態

圖10 方案2 破損后船舶穩性曲線

4 管路走向布置方案3

4.1 管路走向布置設計

上述方案是基于如何設計管路走向來避免延伸進水，其實換個角度思考，發生延伸進水并非只有不利之處，也可以將其引向有利方向。延伸進水若能平衡船舶的傾斜，減小橫傾，這將會大大提高船舶的破損穩性。經研究，設計出圖11的管路走向，所有需穿艙的管路均往相反方向走，即左舷管路往右舷出，右舷管路往左舷出。

圖11 方案3 典型剖面管路走向示意圖

若左舷管路破損，海水則會通過左舷管路破損口流向右舷，進入右舷艙室，從而減小橫傾角度，提高船舶的破損穩性。

4.2 載貨甲板區域下管路布置

管路交叉走向的平面管路布置見圖12。

4.3 舷側破損分析

分析結論：表3為破損進水艙室，由破損分析圖13和圖14可以看出，船舶破損后，橫傾角度達到8.3°，具有17°的穩性范圍，表示船舶破損后可以自存。

表3 破損進水艙室

圖13 方案3 破損后船舶狀態

圖14 方案3 破損后船舶穩性曲線

5 方案選擇及比較

表4所示為三種方案優缺點對比。該船方案2與方案3均適用，但綜合考慮后最終選擇了方案2的管路走向，從而避免船舶因延伸進水而引起的破損穩性不足。該方案已得到DNV及CCS的認可，現已成功交船并投入使用。

表4 三種方案對比表

6 結 語

在船舶設計過程中，特別是破損穩性緊張的船舶，管路走向是重點也是難點，本文解析了三種方案，這三種方案基本能夠涵蓋目前特種用途船舶的管路走向。希望本文的研究，能夠對后續船舶的設計及研發提供幫助。