葛慧曉，何炎平，陳新權，李洪亮

（上海交通大學 海洋工程國家重點實驗室 船舶海洋與建筑工程學院，上海 200240）

隨著海洋資源開發(fā)、海上工程和海難救助事業(yè)的發(fā)展，起重船成了不可缺少的工程船，在需求量加大的同時，規(guī)模也越來越大。起重船的作業(yè)環(huán)境和載荷復雜，為保證船舶與海上起重作業(yè)的安全，起重船在各種載況下必須具有良好的穩(wěn)性。完整穩(wěn)性對船舶的安全性具有重要影響，也是船舶的一項重要技術性能，一直被人們所關注[1]。為保證起重船的穩(wěn)性滿足安全的需要，對于起重船的完整穩(wěn)性衡準就顯得尤為重要。本文結(jié)合振華港機自主研發(fā)制造、目前世界上起重量最大的7 500 t“藍鯨”全回轉(zhuǎn)自航起重船的穩(wěn)性計算結(jié)果，就IMO和各船級社規(guī)范及法規(guī)有關起重船穩(wěn)性衡準事宜進行了比較分析和探討。

1 起重船適用范圍及校核狀態(tài)的比較

BV對起重船的定義為無人駕駛，方形系數(shù)不小于0.9，型寬與型深比＞3.0，除用密封墊蓋封閉的小人孔外無任何艙口[2]。BV所規(guī)定的起重船是無人駕駛，即非自航。其他各船級社都沒有起重船的定義及衡準的適用范圍。

對于起重船應校核的裝載狀態(tài)，除了校核IMO要求的航行狀態(tài)外，各船級社都考慮到了起重船的特殊功能，分別規(guī)定了起重船的起吊作業(yè)狀態(tài)，即起吊最大起重載荷的情況下受到正向突風襲擊和發(fā)生起吊貨物突然跌落的意外情況。本船選擇了以下應校核的狀態(tài)：

（1）LOAD1：空船狀態(tài)；

（2）LOAD2：船舶壓載出港情況，無貨，但載有100%供應品和燃料；

（3）LOAD3：船舶壓載到港情況，無貨，載有10%的剩余供應品和燃料；

（4）LOAD41/LOAD42：在100%/10%供應品和燃料的情況下，最大幅度起吊7 500 t貨物的完整穩(wěn)性；

（5）LOAD51/LOAD52：在100%/10%供應品和燃料的情況下，90°最大幅度起吊4 000 t貨物的完整穩(wěn)性；

（6）LOAD501/LOAD502：在 100%/10%供應品和燃料的情況下，90°最大幅度起吊4 000 t貨物突然跌落的完整穩(wěn)性。

2 起重船穩(wěn)性衡準分析

為了保證起重船的安全，穩(wěn)性衡準應使起重船在任何一種可能出現(xiàn)的危險狀態(tài)下都有足夠的穩(wěn)性儲備，保證其全壽命期的安全。根據(jù)目前穩(wěn)性研究的水平，穩(wěn)性衡準考慮的是一種特定的危險狀態(tài)，即零速橫風橫浪狀態(tài)，這種相當于船舶在波浪中處于失去操縱能力的最壞情況。

對于起重船穩(wěn)性，應分為兩種情況：航行和起重作業(yè)狀態(tài)，而對于起重作業(yè)狀態(tài)，又分為了正常作業(yè)狀態(tài)和貨物突然跌落后的短時狀態(tài)。本文以7 500 t“藍鯨”號起重船為例，分別選擇了航行狀態(tài)LOAD1、正常作業(yè)狀態(tài)LOAD41和貨物突然跌落狀態(tài)LOAD501這3種典型工況進行了穩(wěn)性校核分析。

2.1 航行狀態(tài)的穩(wěn)性衡準分析

對于航行狀態(tài)下的起重船穩(wěn)性衡準，除了BV和CCS有自身的規(guī)定外，其他船級社直接采用IMO完整穩(wěn)性要求對貨船進行穩(wěn)性衡準[3]。

相對IMO穩(wěn)性衡準，對復原力臂GZ值、GZ曲線下的面積和初穩(wěn)性高度GM0值要求而言，由于起重船船寬較大，初穩(wěn)性高度值遠遠大于一般貨船的高度值，且靜浮時，干舷相對較大，由表1可知，各值都能滿足IMO的要求，且比較富裕；對于最大復原力臂對應的橫傾角值來說，由于起重船寬度較大，甲板進水角減小，使得靜穩(wěn)性曲線的最大復原力臂對應的橫傾角減小，由表1知，實際值剛好能滿足要求，所以此項要求對于起重船來說相對嚴格。

表1 航行狀態(tài)下LOAD1的穩(wěn)性校核結(jié)果

鑒于以上起重船航行狀態(tài)下的特殊性，直接采用IMO對于貨船的穩(wěn)性衡準是不合理的，因此本起重船相對IMO、CCS的要求而言，提高了初穩(wěn)性高度值和最大復原力臂值，放寬了對最大復原力臂對應的橫傾角值，并按BV規(guī)范嚴格對復原力臂下的面積進行復核。

2.2 正常作業(yè)的穩(wěn)性衡準分析

鑒于起重船作業(yè)特殊性，IMO已不包含對起重船作業(yè)狀態(tài)的衡準，所以各國船級社都根據(jù)起重船的特殊性，各自規(guī)定了相應的穩(wěn)性衡準準則。以LOAD41，即在100%供應品和燃料的情況下，最大幅度起吊7 500 t貨物的作業(yè)狀態(tài)為例，穩(wěn)性校核結(jié)果如表2。

表2 正常作業(yè)狀態(tài)下LOAD41的穩(wěn)性校核結(jié)果

ABS、BV和DNV的穩(wěn)性衡準是基于動穩(wěn)性的，即假定船舶首先在一個定常風作用下產(chǎn)生一個初傾角，然后受波浪作用而發(fā)生橫搖，當橫搖到向風一側(cè)的最大幅度時，再受到一突風的吹襲，船舶在此狀態(tài)下不傾覆[5]。

關于傾覆力臂曲線和復原力臂曲線的第一個交點的平衡橫傾角，因本船的實際作業(yè)吃水最大值為13.463 m，相應的甲板進水角或向下進水角＞15°，由表2知BV嚴格些。

對于力臂曲線下的面積和復原力臂值的要求，由于起吊貨物至縱中平面的橫向距離為0 m，也無反向載荷，此時傾覆力臂為0 m，則BV穩(wěn)性衡準中的GZc值為0 m，A1和Atot值相等，顯然滿足穩(wěn)性要求?？芍珺V對正常作業(yè)狀態(tài)的穩(wěn)性衡準要求只要是針對傾覆力臂值不為0 m的起吊作業(yè)，即不在縱中平面起吊貨物有反向載荷的起吊作業(yè)，如本船的LOAD51/LOAD52，在100%/10%供應品和燃料的情況下，90°最大幅度起吊4 000 t貨物的完整穩(wěn)性。

CCS的穩(wěn)性衡準是基于靜穩(wěn)性，即假定船舶無航速橫對波浪發(fā)生共振橫搖，當橫搖至向風一側(cè)的最大幅度時，遇到一陣突風的吹襲，此情況下要求船舶不傾覆，要求計及共振橫搖角后的船舶最小傾覆力臂應不小于風壓傾側(cè)力臂[5]。由于與以上幾個船級社的穩(wěn)性衡準的計算模型不同，因此很難進行比較得出相應的結(jié)論。

由表2可知，CCS只校核了初穩(wěn)性高度值和穩(wěn)性衡準數(shù)，從實際值和要求值來看，CCS的穩(wěn)性要求比較寬裕。

2.3 起吊貨物突然跌落后的穩(wěn)性衡準分析

各國船級社對于貨物跌落后的穩(wěn)性衡準的基本原理都是一致的。以LOAD501在100%供應品和燃料的情況下，90°最大幅度起吊4 000 t貨物突然跌落的狀態(tài)為例，由于作業(yè)時，在船的另一舷加了用來調(diào)整由于起吊貨物引起的橫傾的壓載，即反向壓載，在貨物突然跌落后，由于反向壓載的存在，使得船有了很大的橫傾，本船跌落后船體的初始橫傾角達到了9.5°。該狀態(tài)下的穩(wěn)性校核曲線如圖2，穩(wěn)性校核結(jié)果如表3。

圖2 穩(wěn)性校核曲線

由表3可知，就力臂曲線下的面積要求來說，ABS的要求是最為嚴格的，BV的要求其次，DNV的要求最寬。但是DNV和BV除了這項衡準外，還有對傾覆力臂和復原力臂曲線交角的要求，校核結(jié)果由表3可知，BV的要求更為嚴格，其穩(wěn)性衡準不但要滿足θ2-θ3≥20°的要求，而且要滿足力臂曲線下的面積要求。而CCS對于貨物跌落后的狀態(tài)還未有相關的穩(wěn)性衡準，建議參考其他船級社增加有關貨物跌落后的穩(wěn)性衡準。

表3 起吊貨物突然跌落后的穩(wěn)性校核結(jié)果

總體上來說，對于貨物跌落后的穩(wěn)性衡準原理是一致的，就校核公式的嚴格程度來說，存在一定的差異。就力臂曲線下面積的穩(wěn)性衡準而言，ABS是最為嚴格的，但加上傾覆力臂和復原力臂曲線的交角的要求后，BV的嚴格程度得到了很大的提高。

3 結(jié)語

對于起重船的穩(wěn)性衡準建議如下：

（1）航行狀態(tài)下，采用IMO對貨船的穩(wěn)性衡準來校核起重船的穩(wěn)性已不合適，建議參考BV和CCS的穩(wěn)性衡準，嚴格對復原力臂下的面積、初穩(wěn)性高度和最大復原力臂三者的要求，放寬最大復原力臂對應的橫傾角值要求，針對起重船的船型特點來制定衡準準則；

（2）正常工作狀態(tài)下，由于其重心高度增加幅度較大，穩(wěn)心高度又相應降低，穩(wěn)性消失角和靜穩(wěn)性力臂也相應減小。針對其特殊性，對于傾覆力臂曲線和復原力臂曲線第一個交角的要求，建議規(guī)定其應小于甲板進水角、向下進水角或15°中的較小值；而對于無反向載荷起吊作業(yè)狀態(tài)，采用ABS復原力臂曲線下面積的穩(wěn)性衡準要求；有反向載荷的起吊作業(yè)狀態(tài)，采用BV的穩(wěn)性衡準要求。

（3）起吊貨物跌落后，雖然各穩(wěn)性衡準原理是一致的，但根據(jù)校核公式的嚴格程度，建議采用ABS對于力臂曲線下的面積要求和BV對于傾覆力臂曲線和GZ曲線交角的要求進行衡準。

總之，隨著起重船的大型化及其作業(yè)環(huán)境的復雜化，對于大型起重船的穩(wěn)性衡準亟待進一步研究完善。

[1]張志明，徐丹錚，張超，等.大型起重船船型開發(fā)的若干技術問題初探[J].船舶，2005，2（1）：10-15.

[2]BV，Rules for the Classification of Steel Ships[R].2005.

[3]國際海事組織IMOA.749（18）決議及其MSC.75（69）修正案[R].2003.

[4]中國船級社.國內(nèi)航行海船法定檢驗技術規(guī)則[R].2006.

[5]顧敏童.船舶設計原理[M].上海：上海交通大學出版社，2003.

[6]ABS.Crane Ship/Intact Stability Guidelings&Crane Countballsting Criteria[R].2007.

[7]DNV.Rules for Calssification of Ships[R].2006.