俞 赟，吳正廉，吳 飛

（1. 中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200011；2. 中海工業(yè)（江蘇）有限公司，江蘇 江都 225211）

0 引 言

隨著中國(guó)海運(yùn)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，建造一艘能通過(guò)貨物運(yùn)輸滿(mǎn)足學(xué)校實(shí)習(xí)船運(yùn)行費(fèi)用的教學(xué)實(shí)習(xí)船成為迫切的需求。受上海海事大學(xué)和中國(guó)海運(yùn)集團(tuán)的委托，中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院（MARIC）設(shè)計(jì)了新一代教學(xué)實(shí)習(xí)船“育明”輪。

該船兼顧散貨運(yùn)輸與教學(xué)實(shí)習(xí)兩大功能，為航海類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)船實(shí)習(xí)和營(yíng)運(yùn)自給提供了條件，是目前國(guó)際上投資規(guī)模最大、設(shè)施配備最先進(jìn)、功能最齊全的遠(yuǎn)洋教學(xué)實(shí)習(xí)船，開(kāi)創(chuàng)了通過(guò)貨物運(yùn)輸滿(mǎn)足學(xué)校實(shí)習(xí)船運(yùn)行費(fèi)用的新模式?！坝鳌陛喴延?012年12月12日正式交付上海海事大學(xué)。

圖1 上海海事大學(xué)教學(xué)實(shí)習(xí)船

1 船舶概況

1.1 船型

不同于傳統(tǒng)專(zhuān)用教學(xué)實(shí)習(xí)船[1]，該船是目前世界上第一艘并且也是噸位最大的兼散貨運(yùn)輸與教學(xué)功能為一體教學(xué)實(shí)習(xí)船，擁有首創(chuàng)的雙駕控系統(tǒng)。以揚(yáng)子最大型散貨船——48000噸級(jí)大靈便型散貨船為母型船，適用裝載煤、礦砂、谷物、卷筒鋼板等散貨，為無(wú)限航區(qū)航行船舶。設(shè)計(jì)上保持原散貨船的格局和風(fēng)格不變，增加教學(xué)區(qū)域，可滿(mǎn)足航海類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)實(shí)習(xí)，交通信息工程及控制、航?？茖W(xué)與技術(shù)、輪機(jī)工程等學(xué)科的科學(xué)研究和試驗(yàn)。其設(shè)計(jì)需要同時(shí)兼顧散貨船和特種用途船的要求，因此給設(shè)計(jì)提出了一系列的難題。

1.2 主尺度及性能指標(biāo)

主尺度及性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 主尺度及性能指標(biāo)

船級(jí)符號(hào)

CCS ★ CSA Training ship; Bulk Carrier; CSR; BC-A(Hold Nos.2,4 may be empty); COMPASS(D,R, F);Grab(20); PSPC(B); Ice Class B; Loading Computer(S,I, G, D);ESP; In-Water Survey; FTP;BWMP(MEPC.127(53));ERS

★ CSM AUT-0; OMBO; SCM; PMS

2 設(shè)計(jì)理念

有別于普通散貨船，該船功能定位于教學(xué)實(shí)習(xí)，因此，需要兼顧運(yùn)輸和教學(xué)實(shí)習(xí)的要求。在設(shè)計(jì)上保持原散貨船整體的基本風(fēng)格不變，增加教學(xué)區(qū)域和設(shè)施。其設(shè)計(jì)主要考慮到：

1）管理便利性：區(qū)域劃分合理。船員和學(xué)員區(qū)可分可合，便于人員管理；

2）先進(jìn)性：教學(xué)功能先進(jìn)；船型先進(jìn)緊隨國(guó)際主流散貨船發(fā)展趨勢(shì)；

3）安全性：需同時(shí)滿(mǎn)足36人以下客船及散貨船的破艙穩(wěn)性、防火救生消防的要求；

4）經(jīng)濟(jì)性：在教學(xué)的同時(shí)需要滿(mǎn)足貨物運(yùn)輸?shù)闹笜?biāo)要求；

5）節(jié)能環(huán)保：新船能效設(shè)計(jì)指數(shù)EEDI的要求；污水排放嚴(yán)格控制，燃油艙保護(hù)；

6）舒適合理性：居住艙室的舒適性；教學(xué)區(qū)域的合理性；

7）美觀(guān)性：內(nèi)裝的美觀(guān)性；整體的美觀(guān)性。

2.1 管理便利性

對(duì)于教學(xué)實(shí)習(xí)船來(lái)說(shuō)，教學(xué)功能是最主要的。因此，合理布置教學(xué)生活區(qū)域是教學(xué)實(shí)習(xí)船設(shè)計(jì)的重中之重，區(qū)域劃分的典型見(jiàn)圖2。全船合理劃分區(qū)域：

1）全船分為貨艙區(qū)和上層建筑兩大部分，上層建筑位于船體尾部，和目前靈便型散貨船的風(fēng)格一致；

2）上層建筑劃分為教學(xué)娛樂(lè)區(qū)和生活區(qū)兩部分。生活區(qū)位于上層建筑主甲板以上，而教學(xué)娛樂(lè)區(qū)位于主甲板及主甲板以下，在緊鄰駕駛甲板以下設(shè)置了航海訓(xùn)練室；

3）生活區(qū)劃分為船員區(qū)和學(xué)員教師區(qū)。上層建筑首部為船員區(qū)，其風(fēng)格維持原散貨船的格局劃分；生活樓尾部為學(xué)員教師生活區(qū)，考慮到女船員的培養(yǎng)，又布置了獨(dú)立的女學(xué)員生活區(qū)。船員、男女生、教師獨(dú)立劃分，相互之間又可通過(guò)通道等相互聯(lián)系，其區(qū)域可分可合，便于人員的管理。男、女生、教師、船員均有獨(dú)立的洗衣間，便于不同人員及類(lèi)別衣物清洗；

4）集中合分功能特點(diǎn)，合理布置不同功能的教學(xué)區(qū)和娛樂(lè)區(qū)。教室主要布置在主甲板大廳附近，為滿(mǎn)足通信導(dǎo)航及航海專(zhuān)業(yè)的教學(xué)，在頂層駕駛室以下布置一個(gè)航海研究室及教室。在頂層露天區(qū)域布置露天籃球場(chǎng)，在甲板以下布置了一個(gè)大型的風(fēng)雨操場(chǎng)、圖書(shū)館及多功能學(xué)術(shù)室。

2.2 先進(jìn)性

1）船型在滿(mǎn)足教學(xué)的同時(shí)兼顧了散貨運(yùn)輸功能。采用了先進(jìn)的靈便型散貨船的主流船型為母船，和散貨船的整體設(shè)計(jì)風(fēng)格保持一致；

2）首創(chuàng)雙駕控系統(tǒng)，最高兩層甲板分別為360°全景駕駛室和航海訓(xùn)練室。分別設(shè)置兩套可聯(lián)動(dòng)的駕控系統(tǒng)，通過(guò)駕駛室權(quán)限的下放，可滿(mǎn)足實(shí)習(xí)學(xué)員在航海訓(xùn)練室實(shí)際操縱船舶的要求（見(jiàn)圖3）；

圖3 雙駕控系統(tǒng)橋樓

3）教學(xué)實(shí)施先進(jìn)。配有船用雷達(dá)波浪檢測(cè)設(shè)備，船舶姿態(tài)測(cè)試儀、船載三維水流測(cè)試儀、水位測(cè)距儀、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、船用扭力儀。另外設(shè)有航行測(cè)試儀器及數(shù)據(jù)接口，船舶主要設(shè)備運(yùn)行參數(shù)采集接口、主副機(jī)，鍋爐，焚燒爐排氣測(cè)試取樣接口，液體艙柜液位遠(yuǎn)程測(cè)量指示等。在主駕控臺(tái)和實(shí)習(xí)駕駛臺(tái)留有添置船舶通信導(dǎo)航設(shè)備的空間；

4）全船設(shè)置了大面積教學(xué)區(qū)域，面積龐大的餐廳和娛樂(lè)區(qū)域，滿(mǎn)足日常教學(xué)、就餐和娛樂(lè)要求。設(shè)置了3個(gè)大教室、兩個(gè)多功能教室、一個(gè)輪機(jī)研究室、航海訓(xùn)練室、模擬甲板操作室、學(xué)員機(jī)修間等，滿(mǎn)足教學(xué)的要求。設(shè)置了一個(gè)頂部籃球場(chǎng)、一個(gè)大型風(fēng)雨操場(chǎng)、健身房、帶有音響的多功能廳、圖書(shū)館等，滿(mǎn)足學(xué)員的娛樂(lè)要求。

2.3 安全性

全船人數(shù)眾多，并有別于普通客船，由于散貨船船型的特點(diǎn)，艉部設(shè)置艉拋艇，以便快速撤離。因此，其破艙穩(wěn)性及救生、消防系統(tǒng)均兼顧了散貨船及特種運(yùn)輸船的要求。

2.4 經(jīng)濟(jì)性

通過(guò)散貨運(yùn)輸為實(shí)習(xí)船的日常營(yíng)運(yùn)提供資金支持，降低實(shí)習(xí)船的使用負(fù)擔(dān)。

2.5 節(jié)能環(huán)保

EEDI[2]于2013年1月1日開(kāi)始生效，此后建造的船舶必須滿(mǎn)足（2013年1月1日至2014年12月31日之間）相關(guān)船舶基準(zhǔn)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。雖然該船于2012年12月交船，不需要滿(mǎn)足，但是通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，該船新船能效設(shè)計(jì)指數(shù)EEDI（見(jiàn)圖4）為5.30接近 1階段（phase 1）（2015～2019）5.20的要求，比基線(xiàn)值（5.78）降低8.6%。比同級(jí)別船舶節(jié)油15%～20%。主機(jī)滿(mǎn)足國(guó)際Tier II排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 EEDI能效指數(shù)計(jì)算

通過(guò)設(shè)置大量的灰水艙、黑水艙，灰水艙容量達(dá)400m3，黑水艙容量達(dá)200m3。采用真空式抽吸生活污水，使得每次沖洗用水量減小為重力式的 1/10（1.2～1.9L/次），可收集兩周污水排放，并嚴(yán)格控制污水排放。燃油艙設(shè)置雙殼，其間距滿(mǎn)足MARLOP的燃油艙保護(hù)要求。

2.6 舒適性、美觀(guān)性

居住艙室和教學(xué)區(qū)域的設(shè)計(jì)吸取了學(xué)生及教師對(duì)艙室和要求區(qū)域的要求，裝飾和家具設(shè)計(jì)綜合考慮到居住艙室和教學(xué)區(qū)的使用特點(diǎn)（見(jiàn)圖5、6）。

圖5 學(xué)員房間

圖6 頂部穹頂

3 設(shè)計(jì)規(guī)范

該船在功能上兼顧散貨運(yùn)輸和教學(xué)實(shí)習(xí)的要求，因此需要同時(shí)滿(mǎn)足散貨船和特種用途船的規(guī)范要求，即散貨船規(guī)范《鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范2009》[3]和特種用途船規(guī)范《2008 SPS Code》[4]的要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要滿(mǎn)足共同規(guī)范對(duì)于散貨船的要求，其穩(wěn)性需要同時(shí)滿(mǎn)足載重線(xiàn)公約的確定性破艙和 36人以下客船的概率論破艙的要求，其救生和消防需要同時(shí)滿(mǎn)足散貨船救生的要求和36人以下客船的要求。

4 設(shè)計(jì)特點(diǎn)及難點(diǎn)

4.1 共同規(guī)范（CSR）對(duì)于散貨船的要求

以揚(yáng)子最大型散貨船——48000噸級(jí)大靈便型散貨船為母型船，由于在2006年4月1日以后建造，因此需要滿(mǎn)足共同規(guī)范的要求和BC-A（Hold Nos.2,4 may be empty）的符號(hào)要求。根據(jù)共同規(guī)范URS25的要求，其正常壓載工況需滿(mǎn)足：1）螺旋槳全浸沒(méi)；2）艉傾且不超過(guò)0.015LBP的要求。一般散貨船的彎矩和剪力最大的工況出現(xiàn)在正常壓載、重壓載和隔艙裝載工況[5]。該船的母型船，正常壓載工況通過(guò)調(diào)整艙容降低了彎矩，彎矩中拱狀態(tài)的決定性工況是隔艙裝載，彎矩中垂?fàn)顟B(tài)的決定性工況重壓載。由于設(shè)計(jì)需要保持原散貨船的格局和風(fēng)格不變——艉機(jī)型、艉上層建筑的風(fēng)格，上層建筑區(qū)域龐大，壓載出港船前部需要足夠的壓載水，艉部不能使用壓載水，中拱較普通散貨船大，為決定性工況；均質(zhì)礦石裝載為中垂的決定性工況。均質(zhì)滿(mǎn)載出港容易艉傾過(guò)大，而到港又出現(xiàn)艏傾等現(xiàn)象。特別是貨艙進(jìn)水工況的進(jìn)水彎矩和剪力包絡(luò)線(xiàn)也超出了原母型船的設(shè)計(jì)要求。因此，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)的難度很大。為此，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整分艙、貨艙裝載限制和提高中剖面的設(shè)計(jì)等方式滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。

另外，由于建造時(shí)間為2010年12月29日，IACS在此期間對(duì)載貨量曲線(xiàn)進(jìn)行了修改，因此設(shè)計(jì)需要滿(mǎn)足《鋼制海船入級(jí)與建造規(guī)范2009》的要求。

4.2 破艙穩(wěn)性要求

穩(wěn)性需要同時(shí)滿(mǎn)足載重線(xiàn)公約的確定性破艙和 36人以下客船的概率論破艙的要求。確定性破艙僅要求滿(mǎn)載吃水的GM，而概率論破艙要求壓載、半載及滿(mǎn)載的GM值。通過(guò)計(jì)算，計(jì)算確定性破艙要求的GM值要求高于概率論破艙的計(jì)算結(jié)果。最終滿(mǎn)載吃水要求的GM值采用確定性破艙的計(jì)算值。壓載和半載的GM值采用概率論的計(jì)算結(jié)果。

4.3 客船逃生通道要求

該船船員30人，教師和學(xué)生為168人，根據(jù)《2008 SPS Code》，其通道和梯道的設(shè)計(jì)布置需要滿(mǎn)足《SOLAS(2009)》[6]關(guān)于36人以下客船的要求。通過(guò)設(shè)置了兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的梯道圍井、兩舷各兩個(gè)外梯道、大面積的梯道、寬敞的走廊和逃生路線(xiàn)，來(lái)滿(mǎn)足其要求，并通過(guò)梯道面積與寬度計(jì)算、逃生動(dòng)態(tài)模擬等手段來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算，發(fā)現(xiàn)某些工況在中央梯道會(huì)出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，雖然仍然滿(mǎn)足規(guī)范的撤離時(shí)間要求，但是從實(shí)際操作角度來(lái)說(shuō)，指揮人員通過(guò)指揮合理疏散人群至其他逃生通道更為合理。

4.4 救生設(shè)備布置要求

國(guó)際海事組織發(fā)現(xiàn)由于發(fā)生海難時(shí)散貨船的沉船速度大大高于其他類(lèi)型的貨船，因此，需要設(shè)置可以快速釋放的艉拋艇。一般貨船的人數(shù)少，普通散貨船設(shè)置一架艉拋艇即可。但該船人數(shù)達(dá)到198人，需要設(shè)置4艘自扶正全封閉自由降落式救生艇，設(shè)于尾部可滿(mǎn)足100%總?cè)藬?shù)要求。同時(shí)《SOLAS(2009)》要求按照36人以下客船標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)——救生艇應(yīng)滿(mǎn)足單舷100%定員撤離的要求。因此，每舷設(shè)25人氣脹式救生筏8只，滿(mǎn)足100%總?cè)藬?shù)。右舷設(shè)氣脹式救生筏吊具2套、設(shè)救助艇1艘。

4.5 中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到教學(xué)實(shí)習(xí)期間和日常營(yíng)運(yùn)期間船上人員的變化，教學(xué)實(shí)習(xí)期間全船滿(mǎn)員，而日常營(yíng)運(yùn)期間僅有30名船員在船上，因此，設(shè)計(jì)上采用了壓縮冷凝機(jī)組和冷水機(jī)組混合的方式。即日常營(yíng)運(yùn)期間僅僅通過(guò)壓縮冷凝機(jī)組供船員區(qū)空調(diào)，而在教學(xué)實(shí)習(xí)期間，采用冷水機(jī)組對(duì)全船的空調(diào)系統(tǒng)提供能量。合理調(diào)整全船的電力負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能減排的目的（見(jiàn)圖7）。

圖7 空調(diào)系統(tǒng)原理

4.6 雙駕控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到航海船員訓(xùn)練的要求，全船設(shè)置兩套駕控系統(tǒng)，分別設(shè)置在駕駛室和航海訓(xùn)練室。其中駕駛室的駕控系統(tǒng)可以將控制權(quán)限下放到航海訓(xùn)練室，讓其獨(dú)立完成航行操控，也可以在發(fā)生緊急情況時(shí)快速收回權(quán)限，避免事故的發(fā)生。

4.7 安全中心設(shè)置

按照《SOLAS(2009)》要求，2010年 6月 1日以后建造的客船需要滿(mǎn)足安全中心的要求。根據(jù)《SOLAS(2009)》指導(dǎo)，將安全中心設(shè)置在駕駛室內(nèi)。

4.8 駕駛視野開(kāi)闊

設(shè)計(jì)采用360°全景駕駛室，同時(shí)滿(mǎn)足一人駕駛要求，其駕控臺(tái)和窗框等設(shè)計(jì)得到了船員的好評(píng)。

4.9 操縱性靈活

該船不僅需滿(mǎn)足遠(yuǎn)洋航行的要求，同時(shí)還滿(mǎn)足長(zhǎng)江航道對(duì)船舶的操縱性要求，可用1套泵組將舵一舷35°轉(zhuǎn)至另一舷30°的時(shí)間<20s。

5 結(jié) 語(yǔ)

育明輪是目前世界上最大的教學(xué)實(shí)習(xí)船，承載著航海的希望，被譽(yù)為“海上移動(dòng)校園”和“航海家的搖籃”。目前已正式交付上海海事大學(xué)，并于中國(guó)海運(yùn)集團(tuán)營(yíng)運(yùn)將近2a，在滿(mǎn)足日常教學(xué)的前提下，通過(guò)載貨營(yíng)運(yùn)可以滿(mǎn)足日常成本的開(kāi)支，而且學(xué)員可以通過(guò)實(shí)際的操作，更利于今后快速勝任職務(wù)，開(kāi)創(chuàng)了校企合作的新模式。

[1] 曹山林，等. 遠(yuǎn)洋教學(xué)實(shí)習(xí)船“育鯤”號(hào)[J]. 船舶設(shè)計(jì)通訊，2009 (1): 3-7.

[2] 朱永峨，等. 能效設(shè)計(jì)指數(shù)EEDI功率曲線(xiàn)的直接計(jì)算方法[J]. 船舶與海洋工程，2013 (2): 62-66.

[3] 中國(guó)船級(jí)社. 鋼制海船入級(jí)與建造規(guī)范[S]. 北京，2009.

[4] Maritime Safety Committee, 2008 SPS Code – Code of Safety for Special Purpose Ships[S]. 2008.

[5] 張志剛，章漪云. CSR散貨船結(jié)構(gòu)審圖中主要關(guān)注點(diǎn)研究[J]. 船舶與海洋工程，2013 (2): 58-61, 66.

[6] IMO, International Convention for the Safety of Life at Sea [S]. 2009.