高兆進(jìn)

摘 要：文章分析了運(yùn)輸船的主要類型及技術(shù)特點(diǎn)，同時闡述了運(yùn)輸船的發(fā)展趨勢，而后結(jié)合多年工作實際，圍繞運(yùn)輸船的設(shè)計技術(shù)問題，對其主要的設(shè)計思路進(jìn)行分析探討。旨在全面掌握運(yùn)輸船的技術(shù)特征和發(fā)展趨勢，確保設(shè)計的科學(xué)與有效。

關(guān)鍵詞：運(yùn)輸船；技術(shù)特點(diǎn)；發(fā)展趨勢；技術(shù)問題；設(shè)計思路

中圖分類號：U674 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0090-02

運(yùn)輸船最早出現(xiàn)的時間可追溯到上個世紀(jì)五十年代，自出現(xiàn)開始便一直保持著非常強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢。放眼整個國際航運(yùn)市場，散貨運(yùn)輸船的運(yùn)輸量占總貨物運(yùn)輸量的1/3左右。憑借航線固定、運(yùn)貨量大、裝卸效率高及貨源充足等優(yōu)勢，散貨船逐步成為運(yùn)輸船舶主力軍，也因此獲得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著科學(xué)技術(shù)水平不斷的發(fā)展，散貨船的類型逐漸增多，不同類型的散貨船所表現(xiàn)出的技術(shù)特征有所差異，且設(shè)計方式與思路也有所不同。

1 運(yùn)輸船的發(fā)展

1.1 主要類型運(yùn)輸船的技術(shù)特點(diǎn)

從廣義上分可將散貨船分成兩部分，一個為干散貨船，一個為液體散貨船。其中最為常見的便是干散貨船，而干散貨船又可分成兩大類型，即按照所載貨物的比重分和按照載重量分。

首先按照所載貨物的比重分。IACS（國際船級社聯(lián)合會）為了滿足船主團(tuán)體需求，在2002年的時候便按照所載貨物的比重把散貨船分成三類，第一類為BC-A，即專門針對運(yùn)輸比重大于1噸每立方米的煤炭類干散貨而設(shè)計，且能夠隔艙裝運(yùn)；第二類為BC-B，即專門針對運(yùn)輸比重大于1噸每立方米的煤炭類干散貨而設(shè)計，且可以在所有的貨艙積載；第三類為BC-C，即專門為運(yùn)輸比重小于1噸每立方米的谷物類干散貨而設(shè)計。按照IACS的指示，新造散貨船均需要附注符號。據(jù)了解，當(dāng)前全世界有一多半以上的散貨船為第一類。

其次按照載重量分。造船界應(yīng)用最多的分類方式便是按照載重量分。通過查閱文獻(xiàn)資料可知，按照載重量的大小能夠?qū)⑸⒇洿瑒澐殖晌孱?，即小靈便型（2-3.5萬噸）、大靈便型（3.5-5萬噸）、巴拿馬型（6-8萬噸）、好望角型（10-18萬噸）超大型散貨船（>20萬噸）。這對靈便型的散貨船，其所指代的是載重量在2-4萬噸范圍內(nèi)的小型散貨船。這一類型船吃水較淺，可以靈活進(jìn)入世界上的很多港口，此外通用性特征顯著，因此應(yīng)用較廣泛。特別是受到造船業(yè)與航運(yùn)事業(yè)的影響，靈便型散貨船獲得了進(jìn)一步發(fā)展，并逐漸從小靈便型演變成大靈便型。值得注意的是，6-8萬噸的巴拿馬散貨船型，因受河道限制，其最大吃水為12m，最大船長為294m，最大寬為32.3m。好望角型散貨船則在上個世紀(jì)六十年代就出現(xiàn)了，其是通過好望角銜接太平洋與大西洋的最經(jīng)典船型，運(yùn)輸最多的散貨為鐵礦石、煤炭，其從最開始的載重10-12萬噸，逐漸發(fā)展到今日的17-20萬噸。

1.2 運(yùn)輸船的發(fā)展趨勢

1.2.1 呈快速化發(fā)展趨勢

近年來石油價格非常不穩(wěn)定，時起時落，但通過查閱文獻(xiàn)資料可知，適當(dāng)調(diào)整（提高）航速在一定程度上能夠確保運(yùn)輸穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性，這也是為何近年來國際上知名的散貨船企業(yè)相繼提高了貨船服務(wù)航速。以好望角型貨船為案例，在2009年大部分好望角型貨船服務(wù)的航速為13.5-14節(jié)左右，而現(xiàn)在卻在14.5節(jié)之上，且有部分發(fā)展意識領(lǐng)先的企業(yè)，服務(wù)航速已在15節(jié)之上。針對此，在資金不充足的情況下有效提升服務(wù)航速與載重量成為了人們最急需解決的問題，而在處理這一問題時，人們將目光放在了從結(jié)構(gòu)設(shè)計中巧妙減輕船體重量和大方形系數(shù)線型化快速性等方面。

1.2.2 呈壽命延長發(fā)展趨勢

因受到二手船市場興起及經(jīng)濟(jì)性等因素影響，逐步延長散貨船的使用壽命成為了當(dāng)前發(fā)展的新趨勢。

1.2.3 呈自動化增強(qiáng)發(fā)展趨勢

為減少船員定額，取得良好經(jīng)濟(jì)性，便需要在新技術(shù)的應(yīng)用下增強(qiáng)散貨船自動化水平，諸如：提升航海設(shè)備要求、提升船舶設(shè)備的自動化程度等，如此還能進(jìn)一步提升散貨船運(yùn)營安全性。

1.2.4 呈大型化發(fā)展趨勢

時代發(fā)展，散貨船平均噸位呈逐年遞增趨勢，無論是何種類型的散貨船其載重量均有所提高，且整個的運(yùn)輸能力也明顯增大，尤其是好望角型、靈便型等散貨船載重量增加趨勢最明顯。分析近兩年來散貨船的訂單發(fā)現(xiàn)，人們傾向于選擇噸位較大的散貨船，由此便可預(yù)知，未來人們將大力發(fā)展大噸位散貨船。

1.2.5 呈雙殼化發(fā)展趨勢

散貨船結(jié)構(gòu)形式在充分彰顯運(yùn)營優(yōu)勢的同時，各種各樣的問題相繼暴露出來。因此，人們期盼著早日對散貨船現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)，使其更滿足當(dāng)前行業(yè)發(fā)展需要。從現(xiàn)階段的發(fā)展來看，單殼體結(jié)構(gòu)將逐步朝著雙殼體結(jié)構(gòu)發(fā)展。同單殼體相比，雙殼體在原有基礎(chǔ)上又增加了一道防線，這也就意味著安全度更高；且采用的是新型鋼結(jié)構(gòu)，不僅倉壁剛度良好，有效降低貨艙進(jìn)水與被破壞的概率；而且結(jié)構(gòu)設(shè)計更負(fù)荷人性化要求，除了艙底平整，易于打整外，日常維修保護(hù)也更加便捷。

1.2.6 呈環(huán)?；l(fā)展趨勢

“環(huán)保”是當(dāng)今時代最為人關(guān)注的話題，無論是哪一行哪一業(yè)都需要重視環(huán)保，這便意味著在散貨船未來發(fā)展中，將有一些新的關(guān)于環(huán)保的要求與法律規(guī)范出臺。

2 運(yùn)輸船的設(shè)計

2.1 運(yùn)輸船的技術(shù)問題

散貨船實際上指的是專門負(fù)責(zé)運(yùn)送散裝水泥、谷物、化肥、煤和礦石等散裝類貨物的船舶。最為常見的有四種形式，即單槳、單夾板、尾機(jī)型船和單機(jī)。為保證有較高的裝卸速度，因而設(shè)計了大艙口；為確?？傮w強(qiáng)度較大，因而采取雙層底形式，另外還設(shè)有底邊艙與頂邊艙。加之不同航線所要求的貨艙剖面形式與船型有所不同，這便意味著在具體設(shè)計之時，務(wù)必考慮到這方面內(nèi)容。

具體說來，運(yùn)輸船在具體設(shè)計環(huán)節(jié)所面臨的技術(shù)問題有如下幾方面：如何設(shè)計縱橫向構(gòu)件、怎樣設(shè)計底邊艙結(jié)構(gòu)、怎樣設(shè)計頂邊艙結(jié)構(gòu)、怎樣設(shè)計箱形中桁材和怎樣有效連接構(gòu)件等。這些均是在設(shè)計環(huán)節(jié)會涉及到的技術(shù)問題，而下文將針對這些問題探討其設(shè)計思路。

2.2 運(yùn)輸船的設(shè)計思路

2.2.1 科學(xué)設(shè)計縱橫向構(gòu)件

構(gòu)件設(shè)計務(wù)必確保構(gòu)件間的連續(xù)性，防止高度或剖面突然發(fā)生變化。諸如：液艙內(nèi)構(gòu)件應(yīng)構(gòu)成連續(xù)性支撐，盡量使其形成一個相對完整的環(huán)形框架。設(shè)計縱向構(gòu)件時，應(yīng)保證其強(qiáng)度連續(xù)性，用于承受總船體梁強(qiáng)度的縱向構(gòu)件需要與船舶端部保持足夠距離。此外，雙舷側(cè)結(jié)構(gòu)需要在雙層殼體的作用下逐步加大舷側(cè)縱桁和肋骨強(qiáng)度。需注意的是，內(nèi)舷側(cè)的結(jié)構(gòu)中包含了桁材，因此需確保貨艙區(qū)連續(xù)性，并逐步向貨艙區(qū)域外延伸。

2.2.2 科學(xué)設(shè)計底邊艙結(jié)構(gòu)

眾所周知，舭部外板、斜頂板和旁桁材共同組成了散貨船底邊艙。其中，斜頂板與上傾式內(nèi)底邊板的作用相同，因而在設(shè)計環(huán)節(jié)的要求也和內(nèi)底邊板一樣。而底邊旁桁材往往會被做成水密形式，即當(dāng)作雙層底內(nèi)水密隔板使用。一般而言，底邊艙斜頂板與雙層底內(nèi)底板間的連接形式有兩種，一種為圓弧形，一種為焊接性。當(dāng)設(shè)計成圓弧形時，則需要控制好斜頂板、內(nèi)底板和旁桁材之間的距離，約為5-7cm左右；若設(shè)計成直接焊接的形式，除了要斜頂板和旁桁材對齊外，雙底層內(nèi)底板超出旁桁材的距離應(yīng)控制在5cm左右，目的在于為焊接提供方便。若距離故常，底邊艙的橫向框架扇形補(bǔ)板便會受到影響，而不利于焊接與安裝。

此外，貨艙區(qū)底邊艙斜頂板在實際設(shè)計中應(yīng)為縱骨架式，相應(yīng)的舷側(cè)和底部也應(yīng)當(dāng)是縱骨架式。底邊艙內(nèi)底板和斜頂板間的傾斜角應(yīng)控制在45-50°以內(nèi)。且在底邊艙肋板位置應(yīng)當(dāng)設(shè)置橫向強(qiáng)框架，用于支撐縱骨，且在橫向強(qiáng)框架之上還應(yīng)設(shè)計一個大通道孔，并進(jìn)一步加強(qiáng)開孔邊緣的應(yīng)用扁鋼。

2.2.3 科學(xué)設(shè)計頂邊艙結(jié)構(gòu)

常見的散貨船頂邊艙實際上是由艙口縱桁、斜底板、甲板和一部分舷側(cè)的外板所構(gòu)成。在具體設(shè)計環(huán)節(jié)，頂邊艙內(nèi)采用最多的便是縱骨架式結(jié)構(gòu)，且在橫向位置還設(shè)有環(huán)形強(qiáng)框架，目的在于支撐縱骨。需注意的是，橫向強(qiáng)框架間距務(wù)必小于6個肋距，而框架腹板高度又需要在縱骨高度2倍以上，最終設(shè)計而成的底邊艙和整體結(jié)構(gòu)形式基本一致。

通過查閱資料文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，開孔版同樣可以替代橫向框架，若把頂邊艙四周板統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計成縱骨形式，那么完成設(shè)計后，還需要在每一個角上安裝適宜肘板，目的在于加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)位置的剛性。

2.2.4 科學(xué)設(shè)計箱形中桁材

結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)水平，原有散貨船雙層底的中線面涉及到的一般中桁材被箱形中桁材取代。作為新的一種中桁材，箱形中桁材主要包含了兩道平行式的底縱桁以及骨材、內(nèi)外底板。作為一個通向水密的內(nèi)部通道，其存在的主要目的是為了連接船艙前端壁和防撞艙壁。在具體設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)集中布置管系，防止因管子從貨艙穿過，而影響到裝貨秩序。在船艙前端壁的位置應(yīng)當(dāng)安裝水密裝置，且開孔，為工作者例行檢查提供便捷。同時，箱形中桁材還應(yīng)當(dāng)設(shè)計專門通向甲板，為應(yīng)急提供方便的應(yīng)急出口；在船艙后面艙內(nèi)是不需要甚至禁止設(shè)計箱形中桁材的，這是因為在船艙雙層底與軸隧的上方已設(shè)置有相關(guān)管系。

2.2.5 科學(xué)連接相關(guān)構(gòu)件

結(jié)合已有經(jīng)驗，處在船體結(jié)構(gòu)高應(yīng)力位置，連接構(gòu)件的點(diǎn)應(yīng)力相對集中，進(jìn)而便出現(xiàn)了船體結(jié)構(gòu)疲勞或損壞的問題。基于此，在正式設(shè)計船體結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)重視構(gòu)件連接位置的設(shè)計。首先要做的便是校核構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度，視情況調(diào)整與優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，以此確保在交變載荷作用下船體結(jié)構(gòu)依然擁充足的疲勞壽命。

針對單殼體散貨船設(shè)計，船艙舷側(cè)大多選用的是橫骨架式，即在每一個肋位上均設(shè)計有主肋骨，上下兩端的應(yīng)用肘板應(yīng)當(dāng)后頂邊艙、底邊艙連接起來。相關(guān)理論線也需要和艙內(nèi)相關(guān)構(gòu)件理論線對齊。且在肘板端部設(shè)計時，應(yīng)將其設(shè)計成軟趾，目的在于減少結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位置的疲勞積累損傷和應(yīng)力集中問題等。一般來講，肘板和肋骨間的連接可選用對接形式，也可選用搭接形式，若采用的是搭接形式，則需要控制好搭接長度，即需要和肋骨高度1.25倍的位置等同。

針對主肋骨的面板同上下肘面板間的連接位置，應(yīng)設(shè)計成圓弧形。在設(shè)計縱向強(qiáng)構(gòu)件的間斷距離時，還需有效進(jìn)行過渡，即考慮到末尾端結(jié)構(gòu)、底邊艙和頂邊艙首端的連續(xù)性，并保證主要縱向構(gòu)件間的連續(xù)性，防止因高度或者剖面的突然變化，而出現(xiàn)構(gòu)件應(yīng)力集中或者不連續(xù)等情況。

3 結(jié)語

綜上所述，社會進(jìn)步，時代發(fā)展，散貨船的重要性逐漸凸顯出來，隨著人們對其的研究逐漸深入，存在于其中的問題慢慢顯露出來，為確保散貨船發(fā)展的持續(xù)與穩(wěn)定，便需要優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計。針對此，文章通過對其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，再圍繞其在設(shè)計環(huán)節(jié)需要注意的一些技術(shù)問題，提出了一些設(shè)計方法。

參考文獻(xiàn)

[1]時光志，盛蘇建.中小型LNG運(yùn)輸船設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)[C].第十三屆中國科協(xié)年會海洋工程裝備發(fā)展論壇暨2011年海洋工程學(xué)術(shù)年會論文集.2011：40-47.

[2]胡祎萌，張浩，郭風(fēng)祥，等.LNG運(yùn)輸船用低溫材料的發(fā)展[J].應(yīng)用化工，2017，46（7）：1391-1393.

[3]徐鐵.自卸式散體物料運(yùn)輸船裝卸系統(tǒng)開發(fā)研究[J].珠江水運(yùn)，2017，（10）：40-41.

[4]孫麗娜.30000t大件運(yùn)輸船總體設(shè)計分析[J].船舶與海洋工程，2015，31（5）：11-16.