李科沛

（廣東省航運(yùn)科學(xué)研究所，廣州510050）

1 瓊州海峽客滾船概況

2 總布置設(shè)計(jì)

客滾船是一種通過(guò)滾進(jìn)滾出方式裝卸車(chē)輛的客船，是瓊州海峽不可或缺的乘客及車(chē)輛運(yùn)輸船舶，主要用于裝運(yùn)大型貨車(chē)、小汽車(chē)、旅客。

1977 年，瓊州海峽開(kāi)辟了海安至海口的車(chē)客滾裝船航線(xiàn)，拉開(kāi)了我國(guó)海域客滾船運(yùn)輸?shù)男蚰?。瓊州海峽是我國(guó)“六區(qū)一線(xiàn)”的重點(diǎn)水域，客滾運(yùn)輸是廣東、海南兩省水陸溝通的重要渠道。20 世紀(jì)80 年代初，在國(guó)家政策傾斜下，海南旅游業(yè)迅速發(fā)展，受旅游業(yè)帶動(dòng)的地方經(jīng)濟(jì)也持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，同時(shí)帶動(dòng)了瓊州海峽客滾船運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。瓊州海峽最早只有一家海南航運(yùn)公司從事客滾船運(yùn)輸，隨著瓊州海峽市場(chǎng)需求的增加，廣東的航運(yùn)企業(yè)也加入到瓊州海峽客滾船運(yùn)輸?shù)男辛?。隨著瓊粵兩地新港口的建設(shè)，瓊州海峽的客滾船運(yùn)輸航線(xiàn)進(jìn)一步優(yōu)化，配套設(shè)施進(jìn)一步完善，目前瓊州海峽客滾船運(yùn)輸市場(chǎng)已是全國(guó)規(guī)模最大、班次最多、運(yùn)輸量最大，且配套完善的客滾船運(yùn)輸市場(chǎng)[1]。

客滾船總體布置應(yīng)使船舶具有良好的穩(wěn)性和適航性。在設(shè)計(jì)初期，要選好主尺度，采取有效措施保證船舶在各種裝載情況下具有良好的穩(wěn)性及浮態(tài)，合理布置水密艙壁以滿(mǎn)足船舶破損要求，艙室的布置既要保證具有足夠的容積，又要避免對(duì)船舶性能造成不利的影響。

2013 年交通運(yùn)輸部珠江航務(wù)管理局發(fā)布《關(guān)于規(guī)范瓊州海峽新建客滾船尺度要求的通知》，對(duì)現(xiàn)階段海口至海安航線(xiàn)新建客滾船的設(shè)計(jì)吃水限制在4.2 m 以?xún)?nèi)，經(jīng)過(guò)多方面對(duì)比和計(jì)算，初步確定本船主尺度如下：

總長(zhǎng)Loa = 127.5 m

垂線(xiàn)間長(zhǎng)Lpp = 119 m

型寬B = 20.88 m

型深D = 6.5 m

設(shè)計(jì)吃水d = 4.2 /4.35 m

方形系數(shù)Cb = 0.757

乘客定額999 人

主機(jī)功率2 206 kW

本船航行不同航區(qū)時(shí)設(shè)計(jì)吃水不同，在海口至海安航線(xiàn)設(shè)計(jì)吃水為4.2 m，在其他航線(xiàn)設(shè)計(jì)吃水為4.35 m；采用雙機(jī)、雙槳推進(jìn)方式，尾部采用雙尾鰭線(xiàn)型，有效改善船舶螺旋槳處的來(lái)流情況，提高螺旋槳效率；航速約14 kn，抗沉性滿(mǎn)足二艙不沉制，滿(mǎn)載出港時(shí)可通過(guò)車(chē)輛的布置來(lái)調(diào)整船舶浮態(tài)，保證船舶的縱傾值不會(huì)過(guò)大，輕載或空載時(shí)，通過(guò)調(diào)整壓載水保證船舶具有一定的尾吃水，使螺旋槳有足夠的浸深；船首部配備有首側(cè)推裝置，便于船舶頻繁進(jìn)出港的航行要求。

在動(dòng)力方式選型上，選擇了8320ZCd-8 船用柴油機(jī)2 臺(tái)，額定功率2 206 kW、轉(zhuǎn)速525 r/min、燃油消耗率189 g/kW.h。

主甲板為車(chē)輛甲板，從下至上依次設(shè)二層旅客甲板、駕駛甲板、羅經(jīng)甲板：車(chē)輛甲板主要為重型卡車(chē)滾裝處所，通過(guò)首、尾跳板上下船；一層旅客甲板后方為小車(chē)裝載處所，通過(guò)小車(chē)升降平臺(tái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛甲板到一層旅客甲板的過(guò)程，前方為客艙處所；二層旅客甲板為客艙處所；駕駛甲板包含船員居住與活動(dòng)處所及駕駛室。圖1 為本船總布置示意圖。

圖1 瓊州海峽127 m 級(jí)客滾船總布置示意圖

3 安全性能設(shè)計(jì)

與其他船舶相比，客滾船通常在性能方面存在著一些不安全因素：客滾船的車(chē)輛艙是大通艙，一般無(wú)艙壁隔斷，易使火災(zāi)蔓延；首、尾都設(shè)有較大的通道門(mén)，如果關(guān)閉不良，船舶在縱傾時(shí)易使海水涌入導(dǎo)致傾斜角增加甚至產(chǎn)生傾覆危險(xiǎn)；高大的上層建筑，風(fēng)傾力矩較大，影響船舶完整穩(wěn)性，也使其更易受大風(fēng)和惡劣天氣的影響；救生區(qū)域距離水面較高，救生設(shè)備的使用和操作比較困難。

本船充分考慮了客滾船普遍存在的不安全因素，從多方面提高船舶的安全性能：

（1）跳板位于車(chē)輛甲板的前后端，跳板的啟閉由電動(dòng)液壓絞車(chē)驅(qū)動(dòng)；跳板開(kāi)啟時(shí)作為車(chē)輛上下主甲板的通道，航行狀態(tài)時(shí)跳板保持關(guān)閉狀態(tài)，保證了航行過(guò)程中不會(huì)有過(guò)多的海水涌入造成穩(wěn)性問(wèn)題；車(chē)輛艙舷側(cè)開(kāi)口靠上方，使得車(chē)輛艙進(jìn)水角增大，增加船舶抵抗傾側(cè)力矩的能力，提高了船舶的穩(wěn)性；

（2）主甲板下設(shè)有2 道連續(xù)縱艙壁、6 道延伸至兩舷及主甲板的水密橫艙壁，還在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置有若干數(shù)量的結(jié)構(gòu)性艙壁；橫艙壁的設(shè)置數(shù)量及位置考慮了船舶的使用、船體強(qiáng)度及破損分艙的要求，使船在二艙破損的情況下仍滿(mǎn)足法規(guī)對(duì)沿海航區(qū)客船的要求；

（3）船中兩舷舭部設(shè)置減搖鰭，可在駕駛室控制減搖鰭的角度，減少船舶橫搖幅度，提高船舶的安全性和舒適性；減搖鰭為可收放式，在不使用時(shí)可收回至減搖鰭艙內(nèi)；

（4）救生區(qū)域設(shè)置在旅客甲板2 后方露天甲板上，救生能力為：救生筏100×12=1 200 P，救生艇18×2=36 P；兩舷各設(shè)一個(gè)海上撤離系統(tǒng)，撤離速度為600 P/30 min。

按SOLAS 公約[2]第Ⅱ-22/28-1.3 條，凡1999 年7月1 日或以后建造的客滾船應(yīng)進(jìn)行撤離分析計(jì)算。本船撤離時(shí)間滿(mǎn)足MSC/Circ.1238《新客船和現(xiàn)有客船撤離分析暫行指南》的有關(guān)要求，保證了船舶在遇到危險(xiǎn)時(shí)，船上的人可快速、安全撤離本船；

（5）滅火設(shè)備包括：大型CO2固定滅火系統(tǒng)、固定水滅火系統(tǒng)、壓力水霧滅火系統(tǒng)和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)：CO2固定滅火系統(tǒng)保護(hù)區(qū)域?yàn)橹鳈C(jī)艙和輔機(jī)艙，CO2氣體可從CO2站控制釋放，并與聲光報(bào)警連鎖；壓力水霧滅火系統(tǒng)保護(hù)區(qū)域?yàn)檐?chē)輛艙甲板，噴淋后的車(chē)輛艙水直接排舷外；自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)保護(hù)區(qū)域?yàn)榭团?、船員起居處所、駕駛室及控制站等，配有濕式報(bào)警器、水流指示器、火警探測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)噴水消防監(jiān)控板、玻璃球閉式噴嘴、壓力開(kāi)關(guān)等。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主船體在船中部分采用縱骨架式，首尾部由于線(xiàn)型收縮，縱骨較難施工，故采用縱/橫混合骨架形式；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照自上而下傳遞載荷的思路，由羅經(jīng)甲板載荷通過(guò)圍壁、支柱傳遞至駕駛甲板，再傳遞到旅客甲板、車(chē)輛甲板至船底；車(chē)輛甲板為縱向全通型，中間不設(shè)支柱，且兩舷側(cè)開(kāi)有大的露天開(kāi)口；車(chē)輛甲板單個(gè)板格2.4 m×0.7 m 內(nèi)可布置兩個(gè)輪印組，承受車(chē)輛的單軸輪印荷載為24 t，允許總重120 t 的5 軸貨車(chē)安全駛?cè)搿?/p>

本船B/D ≧2.5，不滿(mǎn)足《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》[3]2.2.1.2（1）的要求，故需采用直接計(jì)算法校核總縱強(qiáng)度，使用WALCS 軟件進(jìn)行：波浪載荷計(jì)算采用西北太平洋海浪長(zhǎng)期分布資料，計(jì)算得出本船滿(mǎn)載工況時(shí)各個(gè)剖面在不同浪向下垂向彎矩、垂向剪力的響應(yīng)，讀取出各個(gè)剖面垂向彎矩、垂向剪力的最大值，用于總縱強(qiáng)度中波浪載荷的計(jì)算；將計(jì)算出來(lái)的波浪載荷與各裝載工況下的靜水載荷疊加為合成彎矩包絡(luò)線(xiàn)及合成剪力包絡(luò)線(xiàn)，用以校核主船體各個(gè)縱向位置的的彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力、板格屈曲、縱骨屈曲。經(jīng)校核，總縱強(qiáng)度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

車(chē)輛甲板至旅客甲板安裝小車(chē)升降平臺(tái)，通過(guò)油缸、滑輪組和鋼絲繩對(duì)小車(chē)升降平臺(tái)進(jìn)行起吊，對(duì)甲板結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大作用載荷，根據(jù)鋼絲繩SWL=39.8 kN，每個(gè)油缸鉸鏈拉動(dòng)的鋼絲繩為3×4 根,，每個(gè)油缸收到的極端載荷為477.6 kN，故對(duì)小車(chē)升降平臺(tái)在油缸連接處的結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核。經(jīng)應(yīng)力分析，對(duì)油缸底部增加了兩道與油缸受力方向平行的縱桁，小車(chē)升降平臺(tái)強(qiáng)度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

另外，由于跳板、首尾部錨系泊設(shè)備下甲板、減搖鰭艙均受較大載荷的影響，故按規(guī)范要求需對(duì)首尾部錨系泊設(shè)備下船體、跳板結(jié)構(gòu)、減搖鰭艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。有限元建模采用國(guó)際通用的有限元程序系統(tǒng)PATRAN，應(yīng)力分析采用NASTRAN。通過(guò)直接計(jì)算的方式，能夠更直觀地反映各結(jié)構(gòu)部件的應(yīng)力與變形情況，對(duì)不滿(mǎn)足應(yīng)力的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，最大程度的節(jié)省結(jié)構(gòu)用料，優(yōu)化加強(qiáng)方式。

規(guī)范對(duì)電纜穿過(guò)甲板縱桁的腹板開(kāi)孔高度，要求不大于腹板高度的0.25 倍，開(kāi)孔寬度不大于橫梁間距的0.6 倍或縱桁腹板的高度，否則應(yīng)予以補(bǔ)償，補(bǔ)償要求開(kāi)孔邊緣至縱桁面板的距離應(yīng)不小于縱桁腹板高度的0.4 倍。本船各層甲板的縱桁上的電纜開(kāi)口由現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)設(shè)，由于實(shí)際開(kāi)孔存在很多不符合開(kāi)孔邊緣至縱桁面板的距離要求，故對(duì)超過(guò)規(guī)范要求的電纜開(kāi)孔補(bǔ)償需補(bǔ)充開(kāi)孔結(jié)構(gòu)計(jì)算。如圖2 所示：采用扣除實(shí)際開(kāi)孔處面積（b×t）產(chǎn)生的剖面模數(shù)，與扣除按標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)孔面積產(chǎn)生的剖面模數(shù)對(duì)比，如實(shí)際開(kāi)孔后的剖面模數(shù)比按標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)孔的剖面模數(shù)大，則說(shuō)明實(shí)際開(kāi)孔的結(jié)構(gòu)可滿(mǎn)足規(guī)范的要求，可按要求加套環(huán)補(bǔ)償；如實(shí)際開(kāi)孔后的剖面模數(shù)比按標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)孔的剖面模數(shù)小，則采用圖3 所示的方法，在原縱桁下方增加T 型梁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)：由開(kāi)孔向兩側(cè)拉兩條切線(xiàn)，切線(xiàn)夾角為30°，使開(kāi)孔在兩側(cè)逐漸過(guò)渡；T 型梁的寬度不小于開(kāi)孔過(guò)渡區(qū)域；T型梁兩端采用折角的方式連接回原縱桁的面板上，折角角度不大于30°，使其開(kāi)孔梁結(jié)構(gòu)形成良好的過(guò)渡。

圖2 電纜開(kāi)孔剖面圖

圖3 電纜開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方式

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要描述了瓊州海峽客滾船設(shè)計(jì)過(guò)程遇到的包括總布置、安全、性能、結(jié)構(gòu)等問(wèn)題，該船建成后迅速投入瓊州海峽使用，具有良好的航行性能。隨著海南省經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和海南國(guó)際旅游島開(kāi)發(fā)建設(shè)，瓊州海峽過(guò)海旅客、車(chē)輛和貨物仍在穩(wěn)步增長(zhǎng)，相信未來(lái)該船能夠?yàn)榇瑬|公司帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益。