據(jù)國際海事組織（IMO）戰(zhàn)略計劃，目標型船舶建造標準（GBS）應(yīng)用范圍將由油船和散貨船擴展至所有船型。為此，中國船級社（CCS）未雨綢繆，對目標型集裝箱船結(jié)構(gòu)規(guī)范開展研究，為CCS未來的目標型規(guī)范研發(fā)工作打下基礎(chǔ)。

1 IMO提出將GBS要求擴大至所有船型

目標型船舶建造標準（GBS）的概念是IMO在2002年第89屆理事會上引入的。經(jīng)過數(shù)年的努力，GBS確定了五個層次的框架體系。IMO制定第一層船舶安全目標、第二層功能目標及第三層規(guī)范符合性驗證要求，第四和五層分別為船級社的規(guī)范和工業(yè)界的標準。GBS要求船舶規(guī)范在第一層和第二層的框架內(nèi)制定，并按第三層的符合性準則予以驗證。2010年，IMO正式發(fā)布了油船和散貨船GBS前三層要求，并開始對各船級社油船和散貨船規(guī)范進行GBS符合性審核。經(jīng)過IACS各成員的協(xié)同努力，油船和散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范（CSR）以及IACS各成員配套規(guī)范指南于2016年通過IMO的GBS初次審核。

鑒于GBS要求的科學(xué)性以及在油船和散貨船實施中獲得了海事界的好評，IMO在2015年和2017年發(fā)布的高層次行動綱要中，均提及繼續(xù)推進GBS要求在海事安全和環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用，提出考慮將GBS要求擴大到所有船型?？梢哉f，以GBS要求制定未來的船舶規(guī)范和標準已成為必然。最近幾年集裝箱船的大型化成為主流趨勢，系列萬箱甚至兩萬箱超大型集裝箱船陸續(xù)投入市場，但多起集裝箱船事故引起了包括IMO在內(nèi)的海事界各方的高度重視，促使三大主力運輸船型之一的集裝箱船勢必成為GBS應(yīng)用推廣的首要目標。

為此，IACS加快了GBS方法在集裝箱船規(guī)范制定中應(yīng)用的步伐，比如UR S34——有關(guān)集裝箱船載荷工況功能要求的出臺。各船級社也紛紛升級各自規(guī)范體系，以適用GBS要求。CCS也加快了對集裝箱船GBS規(guī)范的研發(fā)。

2 CCS研發(fā)方法和途徑

CCS通過這些年參與IACS CSR規(guī)范制定和GBS應(yīng)審工作，已掌握GBS方法論，為建立集裝箱船GBS規(guī)范打下了基礎(chǔ)，并提供了方法和途徑：

2.1 GBS規(guī)范體系的特點

1）全面性。GBS規(guī)范需涵蓋IMO對船舶設(shè)計、建造、檢驗、營運及維護的規(guī)則和規(guī)定，甚至包括涂層標準、拆船公約、勞工公約的相關(guān)要求等。

2）等效性。GBS規(guī)范對船舶安全要求不再限定于采用“描述性規(guī)定”來明確具體的技術(shù)細節(jié)，而是鼓勵使用認可的等效替代方法實現(xiàn)設(shè)定的目標。

3）先進性。GBS規(guī)范代表了技術(shù)發(fā)展的前沿和趨勢，如船舶設(shè)計壽命、環(huán)境條件、殘余強度、結(jié)構(gòu)冗余度、設(shè)計透明度等要求。

2.2 集裝箱船的關(guān)鍵技術(shù)

1）集裝箱船的載荷特性分析，包括船型結(jié)構(gòu)、環(huán)境條件、設(shè)計壽命、載貨特征、營運經(jīng)驗等確定運動和載荷數(shù)據(jù)，建立船舶全生命周期內(nèi)載荷計算模型；2）結(jié)構(gòu)強度方法研究，包括載荷模式、力學(xué)模型、凈尺寸方法、接受衡準等；3）基于結(jié)構(gòu)冗余、安全儲備和實船歷史營運數(shù)據(jù)驗證的集裝箱船適用性研究。

2.3 CCS經(jīng)驗規(guī)范的繼承

梳理CCS現(xiàn)有海船結(jié)構(gòu)規(guī)范，提煉出滿足GBS要求的內(nèi)容，并遵循以下原則將其發(fā)展成GBS規(guī)范：1）保留IACS的統(tǒng)一要求及油船、散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范的技術(shù)體系；

2）適用于業(yè)界需求，便于用戶使用和軟件開發(fā)；

3）符合規(guī)范的適用性和靈活性要求，利于新型結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.4 規(guī)范技術(shù)背景的構(gòu)建

GBS規(guī)范體系應(yīng)符合當前及未來船舶設(shè)計的發(fā)展方向，具有力學(xué)、材料學(xué)、統(tǒng)計學(xué)等學(xué)科的完善技術(shù)背景。

1）分析出傳統(tǒng)經(jīng)驗型規(guī)范所具有的技術(shù)背景，將其升級為GBS規(guī)范技術(shù)背景；

2）采用高級分析、試驗或基于風(fēng)險方法等手段，編制科學(xué)的背景文件；

3）基于規(guī)范整體性和系統(tǒng)性要求，保證技術(shù)要求涵蓋船舶全生命周期和良好的銜接。

3 CCS集裝箱船GBS規(guī)范初步框架

CCS按IMO GBS方法論的要求，對集裝箱船GBS前三層要求開展了研究，并在此基礎(chǔ)上形成了CCS目標型集裝箱船結(jié)構(gòu)規(guī)范體系的初步框架。

3.1 環(huán)境載荷

基于25年一遇的北大西洋海況，采用等效設(shè)計波法和大量集裝箱船的實船比對，獲得對應(yīng)于數(shù)個規(guī)則波下的載荷計算公式，從而建立了規(guī)范的載荷計算體系，同時，結(jié)合集裝箱船結(jié)構(gòu)和裝載特點，對包括橫浪和斜浪在內(nèi)的動載荷工況進行組合及應(yīng)用。對于全船有限元分析，基于動態(tài)載荷法，考慮垂向彎矩、水平彎矩和扭矩的長期預(yù)報。

3.2 描述性規(guī)范要求

IACS UR S11A規(guī)定了集裝箱船波浪載荷（垂向彎矩和剪力）和總縱強度校核要求（包括屈服強度、屈曲強度、船體梁剛度和極限強度），CCS需按GBS要求補充水平波浪彎矩、扭矩等載荷，并考慮彎扭組合下的船體總強度要求。在此基礎(chǔ)上，建立基于載荷的集裝箱船局部強度要求，并對結(jié)構(gòu)布置作出規(guī)定。

3.3 結(jié)構(gòu)強度直接計算

IACS UR S34給出了集裝箱船結(jié)構(gòu)強度直接計算的功能性要求，CCS按GBS要求實施轉(zhuǎn)化，從靜水載荷、波浪載荷、集裝箱載荷、計算工況等方面，改進了原有的集裝箱船規(guī)范要求。在此基礎(chǔ)上，艙段有限元評估范圍從船中貨艙段擴展到整個貨艙區(qū)和燃油艙區(qū)域，同時考慮全船有限元分析，覆蓋了全船區(qū)域的主要構(gòu)件強度驗證要求。

3.4 其他特殊要求

針對超大型集裝箱船波激和顫振問題，CCS已研究制定了船體結(jié)構(gòu)波激振動和砰擊顫振評估指南，可分別進行波激和顫振作用下的疲勞強度分析和顫振作用下的極限強度分析。針對集裝箱系固綁扎，CCS基于集裝箱船載荷體系，給出了集裝箱船系固加速度計算和系固強度評估要求，并可考慮特定航線和特定季節(jié)等特殊要求。

4 展望

GBS從提出、發(fā)展和真正實施不過10余年，卻對油船和散貨船的設(shè)計建造都帶來了一場技術(shù)革命。IMO最新的戰(zhàn)略計劃為未來的GBS的拓展提供了方向，GBS的逐步應(yīng)用已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，將對更多船型的設(shè)計、建造等產(chǎn)生重大影響，也將對世界船舶工業(yè)提出新的挑戰(zhàn)，考驗各國造船業(yè)的綜合技術(shù)實力。

對于CCS來說，應(yīng)在前期研究成果的基礎(chǔ)上，以集裝箱船GBS規(guī)范研發(fā)為契機，認真總結(jié)和梳理，全面考慮目標型規(guī)范轉(zhuǎn)型要求，拓展GBS規(guī)范體系的適用范圍，攻克規(guī)范體系的束縛，提升中國造船業(yè)的技術(shù)能力和核心競爭力。

來源：中國船檢