杜魯輝 盧菲

（上海船舶研究設(shè)計院，上海201203）

新12 000 DWT多用途重吊船開發(fā)設(shè)計

杜魯輝 盧菲

（上海船舶研究設(shè)計院，上海201203）

新12 000 DWT多用途重吊船是上海船舶研究設(shè)計院（SDARI）在萬噸級貨船領(lǐng)域開發(fā)出的全新船型。該船具備多用途船布置緊湊、功能齊全、靈活便利等特點，同時體現(xiàn)了油耗經(jīng)濟、環(huán)境友好的最新設(shè)計理念，還滿足重吊營運、長貨艙、超長貫通甲板的市場需求。介紹了該船的開發(fā)設(shè)計概況，重點闡述了尺度特點、重吊布置、推進系統(tǒng)、總體布置、破艙穩(wěn)性、綁扎系固等設(shè)計特點。

多用途船；重吊；節(jié)能；環(huán)保；長貨艙

0 前言

多用途船這個概念由干貨船和雜貨船演變而來。英文名稱Multi-purpose Vessel或者General Cargo Ship很好地闡述了該船型的特點，貨品廣而雜，既可以裝載各種體積小、重量輕的貨物，也可以裝載體積大、質(zhì)量重的工程裝備成品或者半成品，如化工蒸餾塔、礦山機械、風機風葉、小型艦艇等。多用途船非常合適裝載鋼材制品、紙制品、木材制品。此外，多用途船還能兼顧散貨船和集裝箱船的功能，承運散裝貨物和集裝箱等。有知名多用途船公司認為多用途船的功能為“Anything，Everything，Anywhere，Everywhere”，這正是多用途船獨有的特點。

當今，世界上多用途船運輸貨物發(fā)生了顯著的變化。大件、重件、超長件的市場需求不斷增加，主要服務(wù)于采礦行業(yè)、港口建設(shè)、海上工程、石油化工行業(yè)、交通運輸行業(yè)。主要貨物有大型采礦機械、港口基礎(chǔ)設(shè)施、海洋平臺模塊、大型工業(yè)蒸餾塔、機車分段等。主要裝貨港集中在亞洲，而主要目的港口分布在南北美洲、歐洲、非洲等區(qū)域，范圍較廣。

貨物的特點決定了新型多用途船的設(shè)計，體現(xiàn)為更長的箱型貨艙、貫通一體的甲板裝貨區(qū)域、更大的吊機聯(lián)吊能力，對設(shè)計提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

與此同時，近年航運業(yè)有兩個關(guān)鍵詞一直在持續(xù)變革并影響船舶行業(yè)：節(jié)能和環(huán)保。船東嚴格控制營運成本，國際海事組織（IMO）對環(huán)境保護的重視，深刻變革和影響著船舶的開發(fā)和設(shè)計。節(jié)能環(huán)保也是該船型開發(fā)設(shè)計的重要指標。

本文闡述了多用途船開發(fā)設(shè)計中緊湊靈活的特點，重點論述貨物特點、節(jié)能、環(huán)保三個新的變化趨勢在設(shè)計中的體現(xiàn)。

新12 000 DWT多用途重吊船是SDARI為丹麥船東NORDANA開發(fā)設(shè)計的新一代船型。2007年，NORDANA曾經(jīng)在SDARI訂造多艘12 000 DWT多用途船并順利交付運營。新一代12 000 DWT多用途重吊船的開發(fā)正是基于對SDARI產(chǎn)品的滿意和信任。該船配置重吊、長貨艙，油耗低、經(jīng)濟、高效、環(huán)保、功能豐富、布置緊湊，滿足船東全部需求，適合全球航線，滿足巴拿馬、圣勞倫斯等航道要求，符合新的發(fā)展趨勢，體現(xiàn)設(shè)計理念。

1 開發(fā)設(shè)計概括

新12 000 DWT多用途重吊船是單機單槳、低速柴油機驅(qū)動定距槳推進、滿足EEDI第二階段要求、低油耗、環(huán)保的多用途重吊船。主要用于運載大件、重件、長件以及集裝箱、鋼卷、雜貨、木材等，同時滿足散貨裝載需求。該船可以裝載危險品。

該船傾斜首柱帶球首、方尾，設(shè)置首側(cè)推，操縱性能良好。機艙、起居處所及駕駛室位于尾部，并設(shè)置完整的尾樓和首樓。干舷甲板以下從船首到船尾依次設(shè)有4道水密橫艙壁將全船分隔成首尖艙、2個貨艙、機艙和尾尖艙等區(qū)域。貨艙采用大開口雙殼箱形結(jié)構(gòu)；第2貨艙長度55 m；露天甲板前后貫通長度100 m，滿足大件、超長件的裝載需求。左舷設(shè)置2臺最大吊重達250 t能力的吊機。在不使用浮箱的情況下，可以實現(xiàn)連吊500 t。該船設(shè)有活動二甲板便于雜貨的分區(qū)裝載，同時兼作谷物艙壁，滿足谷物裝載需求?？偛贾们闆r見圖1。

該船入德國勞氏船級社（GL），滿足正式合同簽訂時生效的一切國際公約及修正案的要求，同時滿足巴拿馬、圣勞倫斯航道規(guī)則等當局要求。

該船的主要尺度和參數(shù)如下：

總長Loa138.00 m

垂線間長Lpp131.00 m

船寬B21.40 m

型深D11.00 m

結(jié)構(gòu)吃水Ts8.05 m

設(shè)計吃水Td7.50 m

續(xù)航力11 000 n mile

干舷TYPE B

定員24 P

載重量（結(jié)構(gòu)吃水）DWT（Ts）12 050 t

載重量（設(shè)計吃水）DWT（Td）10 650 t

主機MAN 6S40ME-B9.5 TII 1set

最大功率5 460 kW×124 r/min

裝箱數(shù)：

二甲板不帶船上800 TEU

二甲板存放在主甲板760 TEU

二甲板儲存在貨艙640 TEU

冷箱數(shù)50 FEU

2 主要研發(fā)特點

該船首先要滿足常規(guī)多用途船的使用要求，總體的分艙布局、貨艙型式、甲板舾裝設(shè)備等，均具有多用途船的典型特征。該船尺度和噸位都不大，但是功能齊全、設(shè)備豐富，所以布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計和船廠施工的難度較大。整個船型“麻雀雖小、五臟俱全”，所以在整個開發(fā)設(shè)計的過程中，更加體現(xiàn)了“牽一發(fā)而動全身”的布置狀態(tài)。

同時該船的突出特點是2臺連吊能力達到500 t的吊機和貨艙長度超過55 m。兩者對布置的要求、視線的考核、結(jié)構(gòu)的設(shè)計、穩(wěn)性的計算均提出了挑戰(zhàn)。對該船的主要研發(fā)特點闡述如下。

2.1 重吊的相關(guān)布置和計算

該船左舷配備2臺250 t能力的吊機，滿足連吊舷側(cè)7 m位置的500 t貨物的要求。吊梁長度達到21.5 m，超過船寬，起吊整個過程無浮箱平衡。

重吊布置要考慮以下問題：

1）吊臂覆蓋全船所有集裝箱、二甲板和吊梁的位置。

2）連吊后要考慮長件的回轉(zhuǎn)空間。

3）吊臂的托架布置，1號吊托架布置在首樓上，首樓區(qū)域限制外飄防止抨擊，所以面積緊張，需要利用系泊布置之間有限的空間；帶纜樁布置在托架連根支柱之間，纜繩從支柱之間穿過。

4）1號吊機收藏位置，吊臂會影響艙蓋的開啟，為了船東使用的方便，吊臂收藏向舷外偏轉(zhuǎn)合適角度，既避開艙蓋，同時保證托架在首樓的加強和布置。

5）2號吊固定在尾部上層建筑，通過調(diào)整上層建筑艙壁型式，滿足吊臂固定和視線的需求。由于二甲板存放在上層建筑前端壁之前，與吊機主鉤會發(fā)生沖突，通過與二甲板廠商的多輪溝通，修改二甲板的分塊和綁扎形式，在分厘之間滿足主鉤和二甲的布置需求。同時因為二甲板分塊形式的改變，需要重新評定谷物裝載。

6）在詳細設(shè)計期間，船東要求改用電動吊機。由于吊機的尺寸加大，滿足不了視線的要求，通過適當調(diào)整筒體的高度、駕駛室布置的修改和吊機位置微調(diào)等方法，滿足規(guī)范對于視線的要求。

綜上所述，在小型多用途船的設(shè)計中，牽一發(fā)動全身，船小導致布置上容易形成沖突，解決沖突的局部改動會帶來一系列連鎖反應(yīng)，非常考驗設(shè)計師的平衡協(xié)調(diào)能力和對全船的整體把握能力。

船東在規(guī)格書里明確舷側(cè)橫向最大起吊跨距為7 m。該船為了保證使用的便利性不設(shè)置浮箱，500 t重物聯(lián)吊的配載和計算是一個難點。該船設(shè)置4對橫傾水艙通過橫傾泵進行高效對撥。

起吊過程是一個力矩平衡的過程。在起吊前的平衡階段，需要在重吊所在側(cè)預(yù)留足夠的壓載水，以便起吊過程中，通過調(diào)撥壓載水來平衡重吊對船舶的傾側(cè)力矩。由于該船重吊設(shè)于左舷，且左舷橫傾艙預(yù)留了足夠的壓載水，導致起吊浮態(tài)往左舷傾側(cè)。通過油水艙室及起始階段底壓載水艙的布置調(diào)整，滿足起始浮態(tài)的需求及GM值的要求，壓載水基本無余量。

對于重吊浮態(tài)的計算，除滿載足壓載水總的艙容要求，還應(yīng)考慮設(shè)置足夠的底壓載艙容積，滿足重物聯(lián)吊的橫傾配載和計算，也有利于其他穩(wěn)性計算，建議適當抬高雙層底高度。

2.2 推進系統(tǒng)的優(yōu)化和節(jié)能減排

在SDARI以往的多用途船設(shè)計中，萬噸級的船舶多數(shù)采用中速機加可調(diào)槳的方案。世界多用途船隊的推進系統(tǒng)的配置也有這一特點。這樣的配置有其合理性和設(shè)計的依據(jù)。在過去很長一段時間內(nèi)，多用途船的航速一般會比常規(guī)散貨運輸船快，因此尾部線型會趨于瘦削。考慮到機艙緊湊，中速機的尺寸更能滿足要求?？烧{(diào)槳方便配備軸帶發(fā)電機（軸發(fā)），軸發(fā)滿足日常生活用電的需求，還能滿足進出港首側(cè)推的用電負荷，不會導致輔機配備的大幅提高。

由于中速機的單位油耗相較低速機油耗明顯偏高，螺旋槳轉(zhuǎn)速的選取會影響螺旋槳直徑，同等情況下可調(diào)槳的效率也會低于常規(guī)定距槳，3個因素疊加，將導致該推進系統(tǒng)油耗偏高。

在該船方案開發(fā)階段，世界油價高昂，各國的經(jīng)濟學家預(yù)計油價將在很長一段時間內(nèi)處于高位。同時整個航運界發(fā)展理念和趨勢就是控制成本和節(jié)能減排，船東出于利潤的考慮也會選擇油耗更低，節(jié)能環(huán)保的設(shè)計。所以該船對整個推進系統(tǒng)做了改進和優(yōu)化，以滿足船東運營的需要。

在開發(fā)階段，與船東積極溝通航線和航速要求，確定該船設(shè)計航速15 kn。同時，確定采用低速機加定距槳的方案，以期大幅降低油耗。該方案帶來了如下的困難和挑戰(zhàn)：

1）為提高船體推進效率，尾部線型瘦削，不利于主機的布置。為使貨艙長度盡量大，機艙進一步被壓縮。在主機調(diào)整到零余量的情況下，創(chuàng)新性地采用肋骨尾部打斷設(shè)計，在方寸之間為船廠施工創(chuàng)造了空間，解決主機基座的焊接空間不足的問題。

2）低速機的吊缸高度會比中速機增加許多，該船采用雙鉤吊解決吊缸高度問題。

3）方案設(shè)計階段，與船東和主機供應(yīng)商對軸發(fā)方案進行了詳細的實際成本測算?？紤]到后期維護等費用，與不帶軸發(fā)的方案相比，配備軸發(fā)的方案在經(jīng)濟上沒有明顯的優(yōu)勢。綜合考慮后取消了軸帶發(fā)電的設(shè)計方案，因而對整個電站負荷的把握至關(guān)重要。根據(jù)操縱性要求，該船配置首側(cè)推。如果首側(cè)推的功率較大，在沒有軸發(fā)配合的情況下，會影響整個電站系統(tǒng)的配置。通過計算和船東的實際用船經(jīng)驗，最終確定該船首側(cè)推功率600 kW。在常規(guī)電站的配置情況下，進出港時，如果沒有冷箱開2臺發(fā)電機；帶有冷箱的情況下，開3臺發(fā)電機。船東根據(jù)使用情況接受和認同這樣的配置方案。

通過一系列對推進系統(tǒng)的優(yōu)化，該船主機油耗降低到15.7 t，相比老船降低5 t左右。為進一步降低全船的燃油消耗，采用主輔機廢氣同時接入，增加蒸發(fā)量，降低燃油側(cè)開啟的頻率，進一步降低整船的油耗。該船只設(shè)置船用汽油和重油兩種油品，簡化了系統(tǒng)的設(shè)計，滿足全船設(shè)備使用的情況下，也滿足排放區(qū)對于硫化物的控制要求。

2.3 破艙穩(wěn)性的研究

在開發(fā)初期，考慮到該船采用長貨艙形式，預(yù)判該船的破艙穩(wěn)性會成為較大的裝載障礙，從而影響配載的靈活性。在詳細設(shè)計的初期，由于長貨艙的布置，破損后進水量非常大，重心靠后，離浮心較遠，尾傾太大，導致整個長貨艙區(qū)域?qū)τ谡呢暙I為零，破艙初步計算結(jié)果顯示無法滿足規(guī)范要求。在整體布局已定的情況下，采用了如下的應(yīng)對措施：

1）在設(shè)計的初期對生產(chǎn)設(shè)計所有空氣管的放樣提出定性的原則：長度和寬度方向均靠船中集中。同時根據(jù)破損計算提供定量的高度要求。密切跟蹤放樣的整個階段，對于改動及時判斷和計算。

2）分析上層建筑前端壁所有門檻進水點的情況。經(jīng)過優(yōu)化計算，確定最少的密封形式改型（風雨密改水密）。同時適當調(diào)整門檻位置，滿足使用的便利性。在日常通道上，風雨密使用更為方便。

3）調(diào)整貨艙通道和風道的布置。在滿足規(guī)范和使用便利的情況下，將通道和風道與貨艙發(fā)生連帶進水的概率降低到最低，使長貨艙進水貢獻為零的情況降到最小的范圍。

4）該船適用概率計算，與裝載的3個吃水情況的GM值選取有直接關(guān)系，而GM的限制直接影響裝載的靈活性。通過對所有裝載工況的定量分析，在完全滿足船東裝載便利的條件下，適當調(diào)整GM值在3個不同吃水的分布，提高最終的概率計算結(jié)果。

通過以上4項主要措施的嚴格把關(guān)，滿足了該船破艙穩(wěn)性計算的要求。通過該船的破艙計算和分析，對于后續(xù)項目的指導意義更大。我們通常認為貨艙越長對破艙穩(wěn)性的計算越不利，這個結(jié)論并非完全正確。影響該船破艙穩(wěn)性的關(guān)鍵是長貨艙的重心離浮心較遠，大進水量導致致命的尾傾。在相同線型下，貨艙長度從55 m增加到75 m的計算結(jié)果出乎意料，同等條件下75 m貨艙的破艙穩(wěn)性反而優(yōu)于現(xiàn)有55 m貨艙。

2.4 緊湊合理的全船布置經(jīng)驗

多用途船屬于布置型船舶，而小型多用途船布置更為困難。該船布置方面的相關(guān)經(jīng)驗介紹如下：

1）常規(guī)貨船一般分為3大區(qū)域：首部、貨艙段和尾部。其中，尾部又分為尾部系泊和上層建筑區(qū)域。從經(jīng)濟上考慮，貨艙區(qū)域應(yīng)盡量大，相應(yīng)地壓縮首部系泊布置、尾部系泊、機艙長度和上層建筑長度，需要綜合權(quán)衡。

2）首部系泊區(qū)域在綜合考慮首部拍擊的情況下適當外飄，增加系泊甲板面積。系泊甲板區(qū)域需要綜合考慮錨絞機的尺寸余度，避免錨絞尺寸增加。設(shè)計初期應(yīng)考慮擋浪板設(shè)置和首部吊機托架對整個布置的影響。在線型設(shè)計時，結(jié)構(gòu)水線以上航速無關(guān)區(qū)域線型可適當外飄，也能為錨鏈艙的布置提供調(diào)整的空間。

3）機艙長度要兼顧主機的布置，在主機基座安裝位置定位后再確定機艙前端壁的位置。尾部系泊長度與上層建筑長度要兼顧平衡。系泊區(qū)域主要考慮錨絞、物料吊的布置、圣勞倫斯錨機、相關(guān)區(qū)域機械通風風道和相應(yīng)救生艙蓋等布置。上層建筑的長度要滿足定員布置要求，滿足《海事勞工公約》（MLC 2006）對于艙室布置的要求。

在船舶噸位確定以后，主要的布置空間基本成形。對于水線以下部分，線型調(diào)整空間較小，水線以上航速無關(guān)區(qū)域開始適當外飄，便于展開布置和使用維護的便利。

2.5 總布置對于綁扎的考慮

多用途船上的綁扎主要包括：集裝箱綁扎、二甲板系固以及其他適裝貨品的固定。在總布置的最初需要重點考慮前兩者。

集裝箱綁扎要明確船東的航線是否有美國港口的要求。如有，則工人不能站到箱頂進行操作。如需采用指定綁扎件，松散件對于縱艙壁和集裝箱的間隙會有要求，對艙頂?shù)募b箱堆重也會有相應(yīng)變化?？v艙壁位置、艙底堆重需考慮上述要求的影響。

在沒有OSHA要求的情況下，也要考慮到縱艙壁與箱子的間距，綁扎件長度太長，會導致工人操作困難，影響裝卸效率。

多用途船上比較特殊的是二甲板的堆放和系固?？蛇x區(qū)域為貨艙、艙蓋以及上層建筑前端壁與艙蓋之間甲板。該船選擇最后一個區(qū)域。二甲板的系固需要考慮到綁扎框架的空間，直梯通道的空間，避開重吊主鉤的影響。在空間限制的情況下，可以考慮扭鎖固定方式，需要專業(yè)廠家進行計算確定。

3 結(jié)語

該船型的成功開發(fā)設(shè)計是設(shè)計方、船東以及船廠三方通力協(xié)作的成果。SDARI在整個設(shè)計中承前啟后，充分吸取了原有12 000 DWT多用途船豐富的設(shè)計經(jīng)驗并結(jié)合新的設(shè)計造船理念進行了優(yōu)化和升級。

新12 000 DWT多用途重吊船是SDARI在萬噸級貨船領(lǐng)域開發(fā)出的全新船型，具備多用途船布置緊湊、功能齊全、靈活便利等特點，同時體現(xiàn)了油耗低、環(huán)保的最新設(shè)計理念，還滿足重吊營運、長貨艙、超長貫通甲板的市場需求。隨著首制船的順利交付，將會吸引整個航運市場和更多船東的關(guān)注，接獲更多的市場訂單。新一代12 000 DWT多用途重吊船被評為“2016年全球杰出船型”。

Development and Design of the New Generation 12 000 DWT Heavy Lift Multi-purpose Vessel

DU Lu-huiLU Fei
（Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

The new generation 12 000 DWT heavy lift multi-purpose vessel（MPV）is a brand new type in the“above 10 000 DWT”category of Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute（SDARI）.It featured compact layout，multi functions and flexibility，illustrated the latest design philosophy of low fuel consumption and environmental protection and also complied with the arising market demand on loading by heavy crane，in long cargo hold and on ultra long weather deck.The overview of the development and design of the vessel was introduced in the paper which especially focused on such characteristics as main dimension，heavy crane arrangement，propulsion system，general arrangement，damage stability and cargo secure system as well.

MPV；heavy crane；energy conservation；environment friendly；long cargo hold

U674.13+8

A

1001－4624（2016）02－0023－05

2016-09-20；

2016-11-20

杜魯輝（1982—），男，工程師，從事船舶總體設(shè)計工作。盧菲（1984—），女，工程師，從事船舶總體設(shè)計工作。