顏緒趙峰

（上海船舶研究設(shè)計院，上海201203）

新型西非寬體3 500 TEU集裝箱船設(shè)計

顏緒趙峰

（上海船舶研究設(shè)計院，上海201203）

3 500 TEU集裝箱船是上海船舶研究設(shè)計院自主研發(fā)的新型集裝箱船，主要運營于西非航線，采用了寬體、尾機型設(shè)計，為同級別中少數(shù)配置甲板吊機的船型。該船具有節(jié)能環(huán)保、14 t/TEU重箱指標(biāo)高、港口及貨物適應(yīng)性好、建造成本低等特點。從機艙布置、振動噪聲控制、線型設(shè)計、寬體設(shè)計等方面，介紹3 500 TEU集裝箱船詳細(xì)設(shè)計的技術(shù)概況和設(shè)計特點。

集裝箱船；西非航線；尾機型；寬體

0 前言

上海船舶研究設(shè)計院（SDARI）設(shè)計的第一代3 500 TEU集裝箱船型，是我國自主開發(fā)設(shè)計、制造并已批量交付使用的集裝箱船，為上海船廠船舶有限公司（上海船廠）獲得了31艘訂單，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。新型西非寬體3 500 TEU集裝箱船是第一代3 500 TEU集裝箱船的升級換代船型，其設(shè)計亮點和推向市場的時機都緊緊把扣住了市場脈搏。

縱觀2009年的市場行情，可謂有利有弊。不利因素顯而易見，全球金融危機使火爆的航運市場驟然降溫，運價持續(xù)大幅走低，船東失去造船的熱情，新船市場近乎冰封。潛在的利好在于，一方面巴拿馬運河拓寬的預(yù)期兌現(xiàn)，掀起了寬體集裝箱船設(shè)計的熱潮；另一方面，因國際油價高企，降速降耗成為共識，現(xiàn)有集裝箱船隊的經(jīng)濟性堪憂，船隊更新需求是客觀存在的。當(dāng)時的市場充滿了不確定性，唯一可以確定的是，當(dāng)上述的利大于弊時，將是市場的引爆點。SDARI抓住了市場將動未動之際，適時推出了順應(yīng)市場需求的新型3 500 TEU集裝箱船，贏得了歐洲著名班輪公司NILE DUTCH的青睞，在上海船廠下單建造4艘，合同金額超過2億美元。首制船于2014年6月順利交付船東，載重量、航速、振動噪聲等主要性能指標(biāo)均達到合同要求，船東對該船型的設(shè)計十分滿意。

1 總體設(shè)計概況

新型3 500 TEU集裝箱船是一艘單機單槳、柴油機推進的現(xiàn)代化集裝箱船，可用于裝載各種類型的集裝箱，適合全球航行。

該船總體布置為傾斜船首，帶球鼻；配置首側(cè)推器；機艙采用尾機型布局；選用定距槳。該船設(shè)置首樓、尾樓，采用長首樓布局，起居處所及駕駛室位于船尾部。全船共設(shè)6個貨艙，甲板上設(shè)置1層綁扎橋，配置3臺甲板吊機，如圖1所示。

圖1 總布置圖

該船的主甲板最多可裝載8層14列集裝箱，貨艙內(nèi)最多可裝載7層12列集裝箱（含2層9英尺集裝箱，1英尺=0.304 8 m）。主甲板可以裝載45英尺集裝箱。全船在主甲板及貨艙內(nèi)總共配置466個冷藏箱插座，14 t/TEU重箱數(shù)2 760 TEU，名義箱數(shù)占比高達79%。主甲板及第1～5貨艙適合裝載危險品。

該船的主要尺度和參數(shù)如下：

總長224.00 m

垂線間長213.00 m

型寬34.80 m

型深19.30 m

設(shè)計吃水11.50 m

結(jié)構(gòu)吃水12.50 m

載重量（結(jié)構(gòu)吃水）47 200 t

總噸位39 106

凈噸位16 794

集裝箱容量甲板上1 980 TEU

貨艙內(nèi)1 528 TEU

總計3 508 TEU

重箱數(shù)14 t/TEU 2 760 TEU

主機MAN-B＆W 6S70ME-C8 1臺

功率MCR 19 620 kW×91 r/min

服務(wù)航速（考慮15%航海儲備）20.0 kn

續(xù)航力20 000 n mile

航區(qū)無限

船員28 P

掛旗國荷蘭

船級符號：

GL+100 A5，E，Container Ship，NAV-O，DG，IW，BWM，RSD（25），ERS，+MC，AUT，CM-PS

2 主要設(shè)計特點

該船采用了寬體化設(shè)計，是同級別集裝箱船中為數(shù)不多配置甲板吊機的船型，具有優(yōu)良的港口適應(yīng)性和貨物適應(yīng)性。14 t/TEU重箱指標(biāo)和燃油性能優(yōu)良，建造成本低，經(jīng)濟性極佳。此外，該船在振動噪聲控制方面，也有一定的獨到之處。

2.1 尾機型布置

該船被船東用于西非航線的運營?？紤]到西非港口的基礎(chǔ)條件限制，該船采用了尾機型布局，并且布置了甲板吊機。

相較于中尾機型布局的第一代3 500 TEU集裝箱船，新型3 500 TEU集裝箱船總長壓縮了7 m，可以?？扛嗟奈鞣歉劭?。尾機型布局省去了在上層建筑后方布置甲板吊機，可以用尾拋艇代替兩舷艇，既提高安全性，又有效降低建造成本。船長的壓縮有利于降低空船重量、舵機扭矩、甲板系泊設(shè)備配置等，進一步降低建造成本。尾機型也在機艙布局規(guī)劃方面對設(shè)計提出了更高的要求。

2.1.1 機艙布置

尾機型布局縮短了機艙長度，使得主機安裝位置更加靠近線型狹窄的尾部。同時，該船尾部線型針對伴流的優(yōu)化處理，使得機艙舭部V型趨勢更加顯著，給機艙布置帶來更大的挑戰(zhàn)，見圖2 a）。為了方便船員維護，該船機艙平臺的布局從三層平臺優(yōu)化為兩層平臺，進一步加大了機艙布置的難度，見圖2 b）和c）。

圖2 機艙布置

該船通過增設(shè)局部平臺、提高設(shè)備整合度、合理布局設(shè)備及艙柜、縮短管系電纜敷設(shè)距離等多項措施，充分利用機艙空間，既保證了設(shè)備的布置，又留出了足夠的通道和維修空間，使得機艙緊湊而有序，方便船員使用。

2.1.2 振動噪聲控制

相較于中尾機型布局，尾機型布局使得船員工作和生活區(qū)域更加接近螺旋槳（船舶振動噪聲主要激勵源之一）。而該船掛旗國（荷蘭）對振動噪聲的要求高于IMO A.468（XII）以及后續(xù)生效的MSC.337（91）的要求。該船主機裝機功率近20 000 kW，如何克服尾機型布局對振動噪聲控制的不利影響，滿足掛旗國的嚴(yán)格要求，是該船的一大設(shè)計難點。

1）該船從控制振源入手，提高對螺旋槳空泡性能的要求，對設(shè)計脈動壓力加以限制，空泡試驗結(jié)果見表1。該船設(shè)計吃水和壓載吃水狀態(tài)下的面空泡裕度達11%KT（推進系數(shù)），而脈動壓力也優(yōu)于HSVA數(shù)據(jù)庫中同尺度船型，是成功控制振動噪聲的基礎(chǔ)。

表1 空泡和脈動壓力

2）該船進一步優(yōu)化了上層建筑結(jié)構(gòu)，4道外部結(jié)構(gòu)圍壁，連續(xù)過渡到機艙上平臺，形成堅實的“地基”。而在上層建筑內(nèi)部，設(shè)置上下連續(xù)的3道縱向結(jié)構(gòu)圍壁，既增加上層建筑剛度，又有利于振動噪聲能量的傳遞與擴散。

3）該船對振動噪聲進行了計算分析預(yù)報。根據(jù)預(yù)報分析結(jié)果，該船上層建筑固有頻率避開了遭遇頻率，不會產(chǎn)生共振。對存在隱患的節(jié)點，進一步加強，使得預(yù)報的各測量點的噪聲水平均在規(guī)范允許值以下。

最終，試航實測振動噪聲水平驗證了以上措施是十分有效的，全船振動噪聲均滿足規(guī)范和掛旗國要求。

2.2 寬體化設(shè)計

2006年，由巴拿馬運河管理局組織的全民公投通過了巴拿馬運河擴建方案，解除了巴拿馬船寬的“緊箍咒”，使得船舶寬體化設(shè)計成為了業(yè)界新熱點。新型3 500 TEU集裝箱船是SDARI推出的第一批寬體化集裝箱船，型寬34.8 m。相比第一代3 500 TEU集裝箱船，貨艙內(nèi)及艙口蓋上各增加一列集裝箱。寬體化設(shè)計有效地提高了14 t/TEU重箱數(shù)指標(biāo)。該船重箱數(shù)2 760 TEU，名義箱數(shù)占比由常規(guī)設(shè)計的72%提升至79%。由于穩(wěn)性的改善，壓載水?dāng)y帶量降低，減少了船員交換處理壓載水的工作量以及船東營運成本。

寬體化對該船設(shè)計主要有兩方面影響：線型設(shè)計和壓載艙布置。

2.2.1 線型設(shè)計

寬體化集裝箱船的長寬比L/B較小、寬度吃水比B/T較大，對線型設(shè)計提出了較高的要求。該船長寬比L/B低至6.121，加之尾部線型要更多考慮尾機型布局下主機的布置空間，進一步加大了該船線型設(shè)計的難度，采取了以下措施：

1）通過多目標(biāo)比較，選取了適合的母型船。

2）根據(jù)船型的使用特點和主機、螺旋槳布置要求，確定線型的主要特征：首部橫剖面形狀偏V型，浮心較一般的線型更加后移，尾部縱剖線的斜率要兼顧快速性、穩(wěn)性和適航性的要求。

3）通過CFD分析計算進一步優(yōu)化線型，在主尺度比不利的前提下，剩余阻力系數(shù)Cr與第一代3500TEU集裝箱船基本相當(dāng)。通過優(yōu)化尾部伴流（見圖3）和螺旋槳設(shè)計，推進效率ηd整體水平從第一代3 500 TEU集裝箱船的0.72提高到0.78，使得新型3 500 TEU集裝箱船同航速下主機日油耗下降22%，單位重箱（14 t/TEU）每海里油耗下降40%，EEDI低于基線40%，可滿足第三階段的能效指標(biāo)要求。

圖3 伴流優(yōu)化

2.2.2 壓載艙布置

寬體化設(shè)計有效地改善了船體穩(wěn)性，減少了在配載時所需的壓載水量。經(jīng)過計算，該船如采用常規(guī)的壓載艙布局（見圖4 a）），穩(wěn)性將明顯富余，無法充分發(fā)揮上述優(yōu)勢，不利于提高重箱數(shù)指標(biāo)。因而該船壓縮了底壓載艙艙容（見圖4 b）），既可提升該船重箱數(shù)指標(biāo)，又使得單位重箱所需壓載水量減少了10%以上，做到了環(huán)保節(jié)能。

采用這樣的壓載艙布局也產(chǎn)生了兩個新問題。

1）不滿足SOLAS對雙層底完整性的要求。需按照SOLAS II-1，Part B-2，Reg.9的規(guī)定，校核所有底壓載艙的底部破損；

2）底部壓載艙的空氣管無法按常規(guī)設(shè)計。經(jīng)由邊壓載艙延伸至主甲板，需要局部增加“背包”來解決（見圖5）。相應(yīng)的，在計算破艙穩(wěn)性時，應(yīng)考慮由此產(chǎn)生連貫進水的情況。

圖4 壓載艙布局

圖5 壓載艙“背包”設(shè)置

2.3 甲板吊機的布置

該船是在同級別集裝箱船中為數(shù)不多配備甲板吊機的船型，貨艙區(qū)配載3臺吊機，可以覆蓋全船所有箱位，以適應(yīng)西非航線部分港口簡陋的基礎(chǔ)設(shè)施條件，提高裝卸效率。該船甲板吊機選用了液壓油缸吊，避免了吊臂存放位置與集裝箱堆放的沖突，可以提高最大裝箱數(shù)。

甲板吊機布置對設(shè)計的影響主要體現(xiàn)在對視線和重箱數(shù)的影響。

2.3.1 對視線的影響

相較于第一代3 500 TEU集裝箱船中尾機型的布置，新型3 500 TEU集裝箱船尾機型布置使得駕駛室視點更為靠后（見圖6）。甲板吊機也無疑擴大了駕駛室盲區(qū)的范圍。另外，該船要滿足德國船級社（GL）一人橋樓NAV-O符號的要求，駕駛室設(shè)計經(jīng)過綜合權(quán)衡才確定了布置方案，滿足了規(guī)范要求。

2.3.2 對重箱數(shù)的影響

該船甲板吊機選用液壓油缸吊，可以提高最大裝箱數(shù)，但也明顯提高了該船的空船重量和重心高度，從而影響重箱數(shù)指標(biāo)。經(jīng)過計算，受甲板吊機的影響，該船14 t/TEU重箱指標(biāo)減少了近40 TEU。但考慮西非航線港口條件，該船在降低港口營運成本和提升裝載能力方面進行平衡和折中，布置甲板吊機后重箱占比仍高達79%，在國內(nèi)外同級別船型中具有較強競爭力。

圖6 兩代3 500 TEU集裝箱船對比

3 結(jié)語

新型西非寬體3 500 TEU集裝箱船，是SDARI把握技術(shù)發(fā)展趨勢和市場動向，考慮船廠的建造成本而開發(fā)的新型寬體集裝箱船。2010年一經(jīng)推出便為上海船廠船舶有限公司贏得了4艘總價值2億美元的訂單，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益，在船市的嚴(yán)冬中不失為難得的亮色。

2015年，該系列船已經(jīng)全部成功交付。在船東實際運營中，該船憑借其優(yōu)良的裝箱指標(biāo)和油耗性能，表現(xiàn)出極佳的經(jīng)濟性。船東對該船設(shè)計水平十分滿意，將其作為了官網(wǎng)首頁背景。

該船型的開發(fā)設(shè)計建造，為SDARI在集裝箱船寬體化、尾機型布置、振動噪聲控制等領(lǐng)域提供了良好借鑒和優(yōu)秀母型，有助于提升SDARI在集裝箱船領(lǐng)域的設(shè)計水平。

Detail Design of a New Type Wide Body 3 500 TEU Container Vessel for West Africa Route

YAN XuZHAO Feng
（Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

3500TEU container vessel was a new type one independently developed by SDARI，mainly serving for west africa route.With the characteristics of wide body，engine room located in the aft and deck cranes seldom equipped in the similar type.The vessel featured energy saving and environmental protection，excellent 14 t/TEU intake index，high flexibility for both port and cargo and low construction cost.Such aspects as engine room arrangement，noise and vibration control，hull line and wide body design were presented in the paper，illustrating an overview and key technology of the vessel in detail design.

container vessel；west africa route；stern-engined ship；wide body

U674.13+1

A

1001－4624（2016）02－0028－06

2016-06-05；

2016-10-30

顏緒（1983—），男，工程師，從事船舶總體設(shè)計工作。

趙峰（1985—），男，工程師，從事船舶總體設(shè)計工作。