項(xiàng)立揚(yáng) 王萬(wàn)勇

（上海和創(chuàng)船舶工程有限公司 上海200126）

引 言

南極磷蝦是一種生活在南極洲水域的軟甲綱浮游動(dòng)物，體長(zhǎng)一般為40～60 mm，單體重約2 g，是地球上資源量最大的單種生物之一。南極磷蝦對(duì)南極生態(tài)系統(tǒng)的平衡具有極其重要作用，南極海洋生物資源養(yǎng)護(hù)委員會(huì)（CCAMLR）每年為每個(gè)捕撈區(qū)設(shè)定一個(gè)捕撈量上限，而根據(jù)CCAMLR的調(diào)查報(bào)告，近些年的實(shí)際年捕撈量遠(yuǎn)小于限制值。［1-3］

中國(guó)從2009/2010漁季起開(kāi)始向CCAMLR正式提出南極磷蝦入漁申請(qǐng)，每年約有3艘漁船在南極進(jìn)行磷蝦捕撈工作［1］。這些漁船因船型老舊、加工和捕撈設(shè)備非南極磷蝦專(zhuān)用以及采用傳統(tǒng)拖網(wǎng)捕撈形式、船員經(jīng)驗(yàn)欠缺等因素導(dǎo)致捕撈效率不高，經(jīng)濟(jì)效益較差。因此，設(shè)計(jì)和建造采用新型橫桿連續(xù)泵吸捕撈方式，并且裝備有先進(jìn)的加工與制冷設(shè)備的專(zhuān)業(yè)南極磷蝦捕撈加工船，是國(guó)家發(fā)展高性能遠(yuǎn)洋漁業(yè)船舶的戰(zhàn)略規(guī)劃。然而，先進(jìn)的捕撈、加工以及制冷等專(zhuān)業(yè)設(shè)備的配置，導(dǎo)致該類(lèi)船在船舶布置、空船質(zhì)量以及船舶重心等方面與常規(guī)的拖網(wǎng)漁船存在較大差異，再加上國(guó)內(nèi)對(duì)現(xiàn)代化大型拖網(wǎng)漁船的基礎(chǔ)研究和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)比較欠缺，因此這些差異給船舶穩(wěn)性帶來(lái)全新的安全考驗(yàn)。

本文旨在研究基于國(guó)際海事組織（IMO）《托雷莫里諾斯國(guó)際漁船安全公約》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“國(guó)際漁船公約”）、《2008國(guó)際完整穩(wěn)性規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“2008 IS Code”）以及中華人民共和國(guó)漁業(yè)船舶檢驗(yàn)局《漁業(yè)船舶法定檢驗(yàn)規(guī)則-遠(yuǎn)洋漁船2015》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“遠(yuǎn)洋漁船法規(guī)2015”）等規(guī)范的要求，以“深藍(lán)”號(hào)南極磷蝦捕撈加工船的參數(shù)和圖紙為基礎(chǔ)，研究新型南極磷蝦捕撈加工船的極限完整穩(wěn)性，探討極地環(huán)境下船舶設(shè)計(jì)工況與完整穩(wěn)性特點(diǎn)。

1 南極磷蝦捕撈加工船完整穩(wěn)性衡準(zhǔn)

南極磷蝦捕撈加工船屬于大型遠(yuǎn)洋拖網(wǎng)加工漁船，國(guó)際與國(guó)內(nèi)規(guī)范針對(duì)該類(lèi)船完整穩(wěn)性的衡準(zhǔn)分為一般穩(wěn)性衡準(zhǔn)與氣象衡準(zhǔn)兩部分：一般穩(wěn)性衡準(zhǔn)指標(biāo)是對(duì)初穩(wěn)性高、復(fù)原力臂和復(fù)原力臂曲線(xiàn)下的面積的衡準(zhǔn)；國(guó)際與國(guó)內(nèi)規(guī)范的衡準(zhǔn)條款沒(méi)有區(qū)別，但是衡準(zhǔn)指標(biāo)略有不同。表1對(duì)比了“國(guó)際漁船公約”、“2008 IS Code”和“遠(yuǎn)洋漁船法規(guī)2015”要求的一般穩(wěn)性的衡準(zhǔn)條款與衡準(zhǔn)指標(biāo)［4-6］。

表1 一般穩(wěn)性衡準(zhǔn)對(duì)比

氣象衡準(zhǔn)是用來(lái)評(píng)估船舶抵抗橫風(fēng)和橫搖聯(lián)合作用的能力，“國(guó)際漁船公約”、“2008 IS Code”和“遠(yuǎn)洋漁船法規(guī)2015”對(duì)氣象衡準(zhǔn)的要求一致［4-6］，具體如下 ：

（1）氣象衡準(zhǔn)1。船舶受到垂直于其中心線(xiàn)的一個(gè)定常風(fēng)的作用，產(chǎn)生一個(gè)定常風(fēng)傾斜力臂lw1。在定常風(fēng)作用下，橫傾角φ0應(yīng)不大于16°或甲板邊緣浸水角的80%，取其中較小者。

（2）氣象衡準(zhǔn)2。假定在波浪作用下，船體由平衡角φ0向上風(fēng)一側(cè)橫舷搖至φ1；然后又受到一個(gè)陣風(fēng)風(fēng)壓，產(chǎn)生陣風(fēng)傾力臂lw2。在此情形下（參見(jiàn)下頁(yè)圖1），面積b與面積a的比值（b/a）大于1。

（3）風(fēng)傾斜力臂lw1和lw2在所有橫傾角時(shí)均為定常值，lw1和lw2規(guī)范計(jì)算公式如下：

式中：P為計(jì)算風(fēng)壓，取P=504 Pa；A為受風(fēng)面積，m2；Z為風(fēng)傾垂向力臂，取自水下側(cè)面積中心至受風(fēng)面積A的中心。

圖1 氣象衡準(zhǔn)復(fù)原力臂與風(fēng)傾力臂曲線(xiàn)

2 南極磷蝦捕撈加工船設(shè)計(jì)工況

“國(guó)際漁船公約”、“2008 IS Code”和“遠(yuǎn)洋漁船法規(guī)2015”對(duì)大型遠(yuǎn)洋拖網(wǎng)加工漁船的設(shè)計(jì)工況要求相同，對(duì)出港捕魚(yú)、捕魚(yú)中、滿(mǎn)載返港、滿(mǎn)載到港以及空載到港等典型工況進(jìn)行穩(wěn)性校核［4-6］。南極磷蝦捕撈加工船作為大型拖網(wǎng)加工漁船，同樣需遵循上述典型設(shè)計(jì)工況的要求。此外，南極磷蝦捕撈加工船的設(shè)計(jì)工況還具有以下特點(diǎn)：

（1）由于作業(yè)區(qū)域位于南極水域，大部分時(shí)間內(nèi)環(huán)境溫度低于零度，因此設(shè)計(jì)作業(yè)工況需要考慮結(jié)冰載荷對(duì)穩(wěn)性的影響。

（2）由于采用傳統(tǒng)尾拖網(wǎng)捕撈或橫桿連續(xù)泵吸拖網(wǎng)捕撈方式，甲板可變載荷變化較大，因此需要分別校核。

（3）由于磷蝦加工設(shè)備的干重和濕重差別較大，因此作業(yè)工況需謹(jǐn)慎考慮這些設(shè)備的操作質(zhì)量，并根據(jù)實(shí)際情況分別校核。

（4）南極水域遠(yuǎn)離我國(guó)港口，為增加船舶有效工作時(shí)間，在漁獲滿(mǎn)艙前派遣冷藏運(yùn)輸船至南極漁場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)漁獲，通過(guò)南極磷蝦捕撈加工船上配備的甲板吊機(jī)進(jìn)行海上轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)，甲板吊機(jī)單次轉(zhuǎn)運(yùn)漁獲量為5～10 t。為保證船舶運(yùn)營(yíng)安全，海上生產(chǎn)與轉(zhuǎn)運(yùn)工況需要納入穩(wěn)性校核范疇?；谏a(chǎn)加工設(shè)備的濕重，在一個(gè)捕撈作業(yè)周期內(nèi)，采用兩種捕撈作業(yè)形式，根據(jù)生產(chǎn)加工能力選取不同漁獲裝載量，作為典型的生產(chǎn)中間工況進(jìn)行校核。漁獲滿(mǎn)載后停止捕撈和加工作業(yè)，進(jìn)入海上轉(zhuǎn)運(yùn)工況，典型的海上轉(zhuǎn)運(yùn)工況考慮漁獲質(zhì)量的轉(zhuǎn)移對(duì)穩(wěn)性的影響。

3 “深藍(lán)”號(hào)船舶概況

“深藍(lán)”號(hào)南極磷蝦捕撈加工船按無(wú)限航區(qū)船舶的要求設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足南極水域作業(yè)船的要求，同時(shí)也滿(mǎn)足DNV·GL船級(jí)社和中國(guó)漁檢的規(guī)范要求，冰區(qū)級(jí)別滿(mǎn)足DNV·GL規(guī)范 ICE-1A級(jí)別的要求。［3］

該船主要參數(shù)如下：

圖2 南極磷蝦捕撈加工船總圖

4 “深藍(lán)”號(hào)極限完整穩(wěn)性分析

本文采用NAPA軟件，建立“深藍(lán)”號(hào)南極磷蝦捕撈加工船船體與艙室三維計(jì)算模型，完成典型工況設(shè)計(jì)，針對(duì)國(guó)際和國(guó)內(nèi)規(guī)范穩(wěn)性衡準(zhǔn)條款，分別計(jì)算極限初穩(wěn)性高曲線(xiàn)。圖3為“深藍(lán)”號(hào)南極磷蝦捕撈加工船穩(wěn)性計(jì)算模型。

4.1 一般穩(wěn)性衡準(zhǔn)結(jié)果分析

根據(jù)表1總結(jié)的國(guó)際和國(guó)內(nèi)規(guī)則要求的一般穩(wěn)性衡準(zhǔn)條款，計(jì)算對(duì)應(yīng)的極限初穩(wěn)性高度曲線(xiàn)，并得到如圖4所示結(jié)果，從而分析得出以下結(jié)論：

（1）在較淺運(yùn)營(yíng)吃水下，一般穩(wěn)性衡準(zhǔn)5是限制條款；較深運(yùn)營(yíng)吃水下，衡準(zhǔn)4是限制條款。

（2）衡準(zhǔn)1是對(duì)船舶初穩(wěn)性的衡準(zhǔn)，“遠(yuǎn)洋漁船法規(guī)2015”對(duì)初穩(wěn)性高的要求更高。根據(jù)圖4計(jì)算結(jié)果顯示，衡準(zhǔn)1未起到限制作用。

（3）衡準(zhǔn)4與衡準(zhǔn)5都是對(duì)GZ曲線(xiàn)下的面積進(jìn)行衡量?！斑h(yuǎn)洋漁船法規(guī)2015”對(duì)這兩條衡準(zhǔn)指標(biāo)的要求更高，在圖4顯示的極限初穩(wěn)性高曲線(xiàn)也更高，提高了船舶在大傾角下的回復(fù)能力。

圖3 “深藍(lán)”號(hào)南極磷蝦捕撈加工船穩(wěn)性計(jì)算模型

圖4 一般穩(wěn)性衡準(zhǔn)條款對(duì)應(yīng)極限初穩(wěn)性高度曲線(xiàn)

4.2 氣象衡準(zhǔn)結(jié)果分析

“深藍(lán)”號(hào)南極磷蝦捕撈加工船的生活區(qū)、捕撈設(shè)備和加工設(shè)備均布置在干舷甲板以上，因此該船橫向受風(fēng)面積較大，計(jì)算風(fēng)傾力臂大。針對(duì)氣象衡準(zhǔn)規(guī)則條款，分別計(jì)算極限初穩(wěn)性高曲線(xiàn)，結(jié)果如下頁(yè)圖5所示，并分析得出以下結(jié)論：

圖5 氣象衡準(zhǔn)與極限許用初穩(wěn)性高曲線(xiàn)

（1）氣象衡準(zhǔn)條款對(duì)應(yīng)的極限初穩(wěn)性高曲線(xiàn)均高于一般穩(wěn)性衡準(zhǔn)條款對(duì)應(yīng)極限初穩(wěn)性高度曲線(xiàn)，是該型船舶極限完整穩(wěn)性限制條款；

（2）氣象衡準(zhǔn)1是較淺運(yùn)營(yíng)吃水下的限制條款，氣象衡準(zhǔn)2是較深運(yùn)營(yíng)吃水下的限制條款。

4.3 極限完整穩(wěn)性分析

“深藍(lán)”號(hào)南極磷蝦捕撈加工船的目標(biāo)漁場(chǎng)位于南極西風(fēng)帶附近，年平均風(fēng)級(jí)6～8級(jí)，極端情況甚至超過(guò)12級(jí)。根據(jù)研究［8］及上述規(guī)范衡準(zhǔn)指標(biāo)中要求的陣風(fēng)風(fēng)傾力臂計(jì)算風(fēng)壓為756 Pa，對(duì)應(yīng)氣象預(yù)報(bào)的最大風(fēng)力10.9級(jí)。

為進(jìn)一步研究南極磷蝦捕撈加工船在極地環(huán)境下的完整穩(wěn)性，根據(jù)規(guī)范氣象衡準(zhǔn)條款，將陣風(fēng)風(fēng)傾力臂計(jì)算風(fēng)壓提高至1 005 Pa，對(duì)應(yīng)風(fēng)力12級(jí)，計(jì)算相應(yīng)的極限初穩(wěn)性高曲線(xiàn)計(jì)算結(jié)果如圖5所示。風(fēng)傾力臂計(jì)算風(fēng)壓提高后，該船極限初穩(wěn)性高要求提高25%以上。

對(duì)“深藍(lán)”號(hào)南極磷蝦捕撈加工船完整穩(wěn)性校核，所有設(shè)計(jì)工況經(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高都在極限初穩(wěn)性高曲線(xiàn)以上；同時(shí)也高于基于12級(jí)颶風(fēng)計(jì)算的極限初穩(wěn)性高曲線(xiàn)。“深藍(lán)”號(hào)南極磷蝦捕撈加工船完整穩(wěn)性滿(mǎn)足“國(guó)際漁船公約”、“2008 IS Code”和“遠(yuǎn)洋漁船法規(guī)2015”規(guī)范衡準(zhǔn)，同時(shí)滿(mǎn)足極地環(huán)境下穩(wěn)性衡準(zhǔn)。

4.4 總體設(shè)計(jì)和穩(wěn)性衡準(zhǔn)建議

對(duì)于極地作業(yè)的大型遠(yuǎn)洋拖網(wǎng)加工漁船的總體設(shè)計(jì)和穩(wěn)性衡準(zhǔn)提出以下建議：

（1）“遠(yuǎn)洋漁船法規(guī)2015”對(duì)遠(yuǎn)洋漁船要求更高的初穩(wěn)性和大傾角穩(wěn)性性能，以提高船舶安全性。傳統(tǒng)遠(yuǎn)洋漁船與大型遠(yuǎn)洋捕撈加工漁船在船體線(xiàn)型和艙室布置上有較大的區(qū)別，僅關(guān)注船舶初穩(wěn)性和大傾角穩(wěn)性衡準(zhǔn)指標(biāo)顯然不夠全面。

（2）在極地作業(yè)的漁業(yè)船舶將承受更惡劣的環(huán)境載荷，極限完整穩(wěn)性校核可考慮更高的風(fēng)壓；同時(shí)，在艙室布置設(shè)計(jì)過(guò)程中也應(yīng)考慮側(cè)投影面對(duì)船舶穩(wěn)性的影響，合理減小側(cè)投影面積可以改善船舶穩(wěn)性。例如：“深藍(lán)”號(hào)南極磷蝦捕撈加工船通過(guò)提高捕撈和加工設(shè)備自動(dòng)化程度、縮減船員數(shù)量、優(yōu)化生活樓布置、減少生活樓層數(shù)、優(yōu)化甲板捕撈機(jī)械布置以及充分利用遮蔽效應(yīng)等方式減小整船側(cè)投影面積。

（3）大型遠(yuǎn)洋拖網(wǎng)加工漁船作業(yè)工況也不同于傳統(tǒng)漁船，工況的設(shè)計(jì)需特別考慮作業(yè)方式、作業(yè)中間狀態(tài)以及漁獲轉(zhuǎn)運(yùn)工況，不能僅滿(mǎn)足于規(guī)范要求的典型工況的校核，務(wù)必關(guān)注船舶運(yùn)營(yíng)全周期的穩(wěn)性性能，確保船舶安全。

5 結(jié) 語(yǔ)

開(kāi)發(fā)適合我國(guó)遠(yuǎn)洋漁業(yè)生產(chǎn)的高性能遠(yuǎn)洋漁業(yè)船舶是國(guó)家制定的船舶工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，南極磷蝦資源豐富，產(chǎn)業(yè)附加值高。本文以國(guó)內(nèi)首艘南極磷蝦捕撈加工船“深藍(lán)”號(hào)為例，充分論證在各工況下的各種穩(wěn)性衡準(zhǔn)情況，并進(jìn)行對(duì)比分析。

相關(guān)研究將推動(dòng)現(xiàn)代化大型遠(yuǎn)洋拖網(wǎng)加工漁船的總體設(shè)計(jì)與穩(wěn)性分析。而“深藍(lán)”號(hào)也必將作為中國(guó)南極磷蝦捕撈加工船的行業(yè)標(biāo)桿，推動(dòng)南極磷蝦捕撈加工船甚至現(xiàn)代化大型遠(yuǎn)洋拖網(wǎng)加工漁船船型的快速發(fā)展。