王廣成，劉馨怡，刁偉明

（1.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220；2.長春凌眾環(huán)保工程有限公司，吉林長春 130012）

引言

亞洲修造船業(yè)近些年發(fā)展迅猛，小型船舶進船塢維修或建造，東南亞國家早些年采用過升降機提升船舶進出塢方式。近些年由于各國交流日趨頻繁，航運業(yè)的發(fā)展與其社會、經濟、貿易的發(fā)展態(tài)勢密切相關，海上運輸貨運量逐年增大，小型船舶無法滿足國際航運市場需要。因此，結合國際需求和船舶運輸經濟性考慮，各國都在增造一批大型船舶逐步加入到海運市場。由于船舶建造噸級越來越大，采用升船機提升船舶進塢無法滿足條件，故國內、外近年均修建采用干船塢組合灌、排水泵房的船舶進、出塢模式。海水通過塢門上蝶閥或船塢泵房虹吸管進入船塢內，船塢內水通過船塢泵房排入海域。干船塢灌、排水設計型式國內外基本都大同小異，本質上并無區(qū)別。

1 項目概況

緬甸蒂洛瓦船廠三期工程位于仰光以南，距離仰光約10 km。船廠選址于已建一期、二期工程同側岸線。本工程建設規(guī)模為，塢長400 m，塢寬40 m，塢室深度為12.6 m，雙塢室最大可修造40 000 DWT船舶干船塢1座及其配套舾裝碼頭等設施。可建造40 000 DWT雜貨船及以下噸位船舶，維修5 000 DWT以上40 000 DWT雜貨船以下的船舶。串聯(lián)船塢設置中間塢門，船塢可分成兩個獨立的塢室，兩個塢室均可實現建造與修理船舶功能。中間塢門有三個安放位置，設置于船塢正中及其前后50 m處，可以滿足設計船型的不同組合。當中間塢門打開，船塢可以滿足更大噸級船舶的修造需求。

現階段我國船廠方面設計規(guī)范有《船廠總體設計標準》（GB/T51405-2019）、《干船塢設計規(guī)范》（CB/T8524-2011）和《船廠水工工程設計規(guī)范》（JTS190-2018）。其中《船廠總體設計標準》（GB/T51405-2019）側重介紹船廠廠址選擇、總圖、水工、工藝、建筑物、結構等，對船塢介紹較少；船塢主要設計規(guī)范是《干船塢設計規(guī)范》（CB/T8524-2011）和《船廠水工工程設計規(guī)范》（JTS190-2018）。

《干船塢設計規(guī)范》（CB/T8524-2011）和《船廠水工工程設計規(guī)范》（JTS190-2018）對船塢灌水和排水都有相關章節(jié)。這兩本規(guī)范都在執(zhí)行當中，不同規(guī)范說明同一條文數據時，取值不同，現對不同條文進行探討。

2 水泵入口隔板長度

《干船塢設計規(guī)范》（CB/T8524-2011）第8.3.2.21條：當主泵進口為喇叭口時，在喇叭口下沿流道中心線設垂直隔板。隔板應與流道頂、底以及后墻接觸，隔板應伸出喇叭口外緣1.0～2.0 m。而《船廠水工工程設計規(guī)范》（JTS190-2018）第6.5.24條：當主泵進口為喇叭口時，宜在喇叭口下沿流道中心線設垂直隔板。隔板應與流道頂、底以及后墻接觸，隔板宜伸出喇叭口外緣0.2～0.3 m?！陡纱瑝]設計規(guī)范》強調“應伸出喇叭口外緣1.0～2.0 m”表示在正常情況下均應這樣做?！洞瑥S水工工程設計規(guī)范》強調“宜伸出喇叭口外緣0.2～0.3 m?！北硎驹试S稍有選擇，在條件許可時首先應該這樣做。兩本規(guī)范隔板長度相差5～10倍，筆者認為首先應弄清楚設置隔板的作用是什么，再分析其長度的合理數值。設置隔板主要是為了水泵入口導流作用，既然是導流，設計時有條件隔板可做的伸出喇叭口長一些，對水泵吸水沒有不利影響。設置隔板導流與吸水管口徑大小、水泵流量、流道層長短等入口條件因素有關。若吸水管口徑大、水泵流量大、流道層長度允許，隔板可以做的稍微長一些，執(zhí)行《干船塢設計規(guī)范》。若吸水管口徑小、水泵流量小，流道層長度受限制，隔板可設置短一些，可參考《船廠水工工程設計規(guī)范》執(zhí)行。若設計者仍有疑慮，為謹慎起見可通過模型試驗確定取值。喇叭口與下沿流道中心線處隔板設置如圖1。

圖1 吸水池示意圖

3 柵條間距取值

《干船塢設計規(guī)范》（CB/T8524-2011）第8.3.4.4條：大明渠應設置蓋板。蓋板宜采用柵條狀，柵條最大凈距為 30 cm。蓋板應能承受工藝提出的流動機械的載荷。而《船廠水工工程設計規(guī)范》（JTS190-2018）第6.7.5條：大明渠應設置蓋板，蓋板宜采用柵條狀，柵條最大凈距宜為 30 mm。蓋板應能承受流動機械荷載?！陡纱瑝]設計規(guī)范》“柵條最大凈距為 30 cm”，《船廠水工工程設計規(guī)范》“柵條最大凈距宜為 30 mm?！苯浌P者查詢《室外給水設計標準》（GB 50013-2018）第5.3.17條，取水構筑物進水孔應設置格柵，柵條間凈距應根據取水量、冰絮和漂浮物等確定。小型取水構筑物宜為 30～50 mm。大、中型取水構筑物宜為 80～ 120 mm 。當江河中冰絮或漂浮 物較多時，柵條間凈距宜取大值?！妒彝馀潘O計標準》（GB 50014-2021）第7.3.2條 格柵柵條間隙寬度應符合下列規(guī)定：1）粗格柵：機械清除時宜為 16～25 mm，人工清除時宜為 25～40 mm。特殊情況下，最大間隙可為100 mm。2）細格柵：宜為1.5～10 mm。3）超細格柵：不宜大于1 mm?！督o水排水設計手冊》（第9冊專用機械）第1章，攔污設備中關于格柵柵條間距取15～75 mm。經以上數據分析可知《干船塢設計規(guī)范》中“大明渠應設置蓋板。蓋板宜采用柵條狀，柵條最大凈距為 30 cm?！睉獮殄e誤表述。正確數值應為《船廠水工工程設計規(guī)范》中所述“大明渠應設置蓋板，蓋板宜采用柵條狀，柵條最大凈距宜為 30 mm?！?/p>

4 虹吸管出口流速

《干船塢設計規(guī)范》（CB/T8524-2011）第8.3.2.11條：虹吸管出口處流速為1.5～2.0 m/s。而《船廠水工工程設計規(guī)范》（JTS190-2018）第6.5.14.3條：虹吸管出口處流速宜為1.0～1.5 m/s。虹吸灌水如圖2。

圖2 虹吸式灌水廊道

筆者認為這兩組數據沒有絕對的對與錯，虹吸管出口處流速取大值產生的影響，一是對大明渠蓋板的沖擊，設計者應核算蓋板的尺寸、重量，以水流不能將蓋板沖擊活動或掀起為基礎。二是不能對船塢底板放置的龍骨墩產生影響。流速取小值產生的影響是虹吸出口水工結構設置增大，使有效操作面積會加大，投資會相應增加。設計具體項目時應充分分析各方面影響因素，找出流速大小對工藝和結構的影響和造價平衡點。

5 水位取值描述

《干船塢設計規(guī)范》（CB/T8524-2011）第8.3.2.13條：輔泵出水管出口中心標高，應在平均高水位與進出塢設計水位之間，排漬泵和減壓排水泵出水管出口中心標高，應高于塢外校核高水位。而《船廠水工工程設計規(guī)范》（JTS190-2018）第6.5.16條：輔泵出水管出口中心高程，宜在平均高水位與進出塢設計水位之間；排漬泵和減壓排水泵出水管出口中心高程，宜高于塢外極端高水位。兩本規(guī)范對排漬泵出水管出口中心標高一本提到“應高于塢外校核高水位”，另一本提到“宜高于塢外極端高水位”。兩本規(guī)范說法不統(tǒng)一。經筆者查詢水文相關書籍，了解到早些年為“校核高水位”，而近幾年改為“極端高水位”，其實這兩個水位是相同的?！靶：烁咚弧边@些年被提及的很少，由于規(guī)范寫法不統(tǒng)一，容易對水文知識沒有深入了解的同志造成一定困擾。

6 水面坡降取值

《干船塢設計規(guī)范》（CB/T8524-2011）第8.3.1.10 條和《船廠水工工程設計規(guī)范》（JTS190-2018）第6.4.8條內容都是“塢內余水量可按主泵停泵水位另加水面坡降進行計算，水面坡降宜取2～3 ‰?！彪m然兩本規(guī)范說法相同，但筆者認為“水面坡降宜取2～3 ‰”這個取值需要商榷。通常船塢底縱向排水溝坡度可取此值，但水面坡降線不能與排水溝坡度相同按恒定均勻流取值，因為船塢底板有些項目只設橫坡，不設縱坡。從塢首至塢口沒有縱坡，即平行于塢墻方向塢底是水平的，以本工程為例，塢底無縱坡。塢長400 m，塢寬40 m，3臺主排水泵流量9.6 m3/s，根據試算假設停第1臺主泵時大明渠塢底水深0.3 m，船塢寬40 m，根據下列公式計算，流速為0.8 m/s（因有橫坡存在和大明渠在船塢一側，塢內流態(tài)復雜，本計算簡化處理，但原理正確，以此說明水面坡降取值）。

1）流量計算公式

式中：

Q－設計流量（m3/s）；

w－水流有效斷面面積（m2）；

v－流速（m/s）。

2）流速計算公式

式中：

v－流速（m/s）；

R－水力半徑（m）；

I－水力坡降；

n－粗糙系數；

R=W/X

X－濕周（m）；

根據上述公式求得：水力半徑 R=W/X= 0.296 m，n 混凝土取0.014，則水面坡降I=6.35×10-4，不到1 ‰ 。模型試驗運用 CFX 仿真軟件對整個船塢進行流場模擬，采用 SST 湍流模型。CFD 計算停泵液位的依據是集水池內主泵流動狀態(tài)，為了解流道內流動狀態(tài)的優(yōu)劣引入了流速分布均勻度、速度加權平均角這兩項判別指標。

表1 計算邊界條件

3）流速分布均勻度

式中：

uai為該斷面各單元的軸向速度；

Ai為流場數值。

4）速度加權平均角度

式中：

uti為泵進口斷面各單元的橫向速度。

圖3 船塢三維建模坐標示意圖

圖4 船塢靠近排水泵房區(qū)域示意圖

圖5 水表面位置云圖

圖6 沿水流方向泵中軸面

經模型試驗計算驗證的水面坡度和計算坡度接近。筆者認為規(guī)范要求“水面坡降宜取2～3 ‰”此數值過大，會導致主泵提前停泵。由于船塢排水時間規(guī)范有一定要求，為滿足在規(guī)定排水時間內將船塢內水排出，會導致主泵、輔泵選型流量過大或水泵臺數增加，造成經濟浪費。因此設計者應自行簡略計算，然后進行CFD 模型試驗，加以驗證，再進行主、輔泵選型。而不能直接采用規(guī)范數值，進行主、輔泵選型。

7 船塢分類

《干船塢設計規(guī)范》（CB/T8524-2011）第4.2條：船塢按在塢內進行修造的最大船舶來分類，超過10萬載重噸(含10萬載重噸〉的為大型船塢，5萬載重噸 (含5萬載重噸) 10萬載重噸為中型船塢，小于5萬載重噸的為小型船塢。而規(guī)范第5.5.11條：船塢的灌水時間宜為1.0～3.0 h，大型船塢取大值；根據船塢的功能確定船塢的排水時間，一般為：大型船塢4.0～12.0 h，中型船塢2.5～4.0 h，小型船塢1.0～2.5 h。美國干船塢規(guī)范要求排水時間如下UNIFIED FACILITIES CRITERIA (UFC) 《GRAVING DRY DOCKS》(UFC 4-213-10 18 May 2020)。Submarine docks,135 minutes；Destroyer docks,150 minutes；Cruiser and Auxiliary docks,165 minutes；Carrier docks,240 minutes。以本項目為例“建造40 000 DWT雜貨船及以下噸位船舶，維修5 000 DWT以上40 000 DWT雜貨船以下的船舶?！比舭?.2條規(guī)范，應屬小型船塢。排水時間取1.0～2.5 h。但本項目“塢長400 m，塢寬40 m，塢室深度為12.6 m。”船塢長度400 m，可停放15萬載重噸以上任何一種船舶，應屬大型船塢。但塢寬40 m，能停放70 000 DWT船舶。船舶設計高水位進出塢，船塢內水量約為18.4萬m3；船舶進出塢水位進出塢，船塢內水量最少，約為15.2萬m3。如此大量水需水泵強排，排水時間取“大型船塢4.0～12.0 h”還是“小型船塢1.0～2.5 h”對排水設備參數選型影響很大，設備造價相差2倍以上甚至更多。經與國外咨詢工程師討論，最后確定按大型船塢確定排水時間，大大縮減了設備投資。因業(yè)主方需求不同，項目類型千差萬別，在規(guī)范不能完全適用時，要勇于探討，敢于突破，以項目實際運行情況出發(fā)，本著安全性、可行性、經濟性兼顧為目標服務項目。

8 結語

本文的研究對解決船塢設計不同行業(yè)規(guī)范之間的說法不統(tǒng)一和取值不同做了分析、解釋，通過計算和查詢其它規(guī)范、設計手冊給以佐證?？墒挂院笃渌龃瑝]設計人員多一份資料參考，也為“干船塢設計規(guī)范”和“船廠水工工程設計規(guī)范”日后的修編，提供參考。通過本文探討避免現階段做船塢設計人員浪費過多精力去搜索資料研究規(guī)范的不同，可解決查找不同規(guī)范相同條文說法不一的困惑，也為解決船塢項目設計提供有益的借鑒，有較大的現實意義。