王應(yīng)龍

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618000)

多臺(tái)大件同船運(yùn)輸及滾卸操作中，裝船方案設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮的因素包括：滾卸操作可行性分析、船舶承載可靠性分析、船舶航行穩(wěn)定性分析等可行性因素和車(chē)輛匹配、裝船操作便利性、加固操作便利性等優(yōu)化因素。通過(guò)實(shí)踐總結(jié)形成了決策流程見(jiàn)圖1。通過(guò)理論分析多種裝船布置方案，結(jié)合渤海某港口的操作案例，通過(guò)比較多臺(tái)大件滾卸與單臺(tái)大件滾卸的特點(diǎn)，闡述多臺(tái)大件裝船方案設(shè)計(jì)的基本原則。

圖1 比選流程

1 裝船方案的比選流程及優(yōu)化

1.1 裝船方案的比選流程

由于多臺(tái)大件同船滾卸牽涉因素較多，需要根據(jù)船舶配載方案逐臺(tái)驗(yàn)算，確保滾卸操作的可行性，盡量提高滾卸操作的適應(yīng)性。以上要求可通過(guò)合理的比選流程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

例如：一批石化反應(yīng)器設(shè)備集中運(yùn)輸?shù)讲澈Ｄ炒a頭的滾卸。反應(yīng)器設(shè)備規(guī)格及配車(chē)情況見(jiàn)表1，現(xiàn)場(chǎng)兩套運(yùn)輸車(chē)輛：4縱24軸線(xiàn)液壓平板車(chē)配兩臺(tái)全掛牽引車(chē)和2縱列10軸線(xiàn)加動(dòng)力鵝頸配1臺(tái)半掛牽引車(chē)。

表1 反應(yīng)器設(shè)備規(guī)格

以一艘5400 t甲板自航甲板船為海運(yùn)平臺(tái)，船舶基本參數(shù)：船長(zhǎng)95 m，型寬21 m，型高5.8 m，裝載甲板長(zhǎng)89 m，許用靜水彎矩207.116 MN·m，甲板許用載荷15 t/m2。

碼頭為深水區(qū)重力沉箱岸壁式，碼頭面標(biāo)高4.5 m，高潮高2.3 m，低潮高0.3 m；當(dāng)?shù)爻毕珜俜钦?guī)半日潮，港池最小水深大于8 m。從以上數(shù)據(jù)來(lái)看，該碼頭面距水面落差較大，滾卸條件較差，船舶在滾卸時(shí)對(duì)尾部干舷高度要求較高，在尾干舷高度達(dá)到2.2 m時(shí)才可以保證潮水可用率達(dá)到90%，該船裝載5件設(shè)備及滾卸車(chē)輛上船時(shí)，總載重約3000 t，平均吃水3.8 m，正浮干舷2.0 m，滾卸時(shí)，車(chē)輛及貨物重心向船尾移動(dòng)，尾干舷將低于2.0 m，屬于尾干舷不足狀態(tài)，需要船首壓載水進(jìn)行調(diào)節(jié)，形成首低尾高的浮態(tài)方可滿(mǎn)足滾卸條件，如圖2所示。

圖2 滾卸條件狀態(tài)圖

1.2 優(yōu)化方案

在確?？尚行缘那疤嵯?，對(duì)裝船布置和卸船順序進(jìn)行優(yōu)化，卸船順序除考慮可行性(對(duì)潮汐的適應(yīng)性)，還應(yīng)考慮便利性，如車(chē)輛調(diào)配的效率。通常多臺(tái)大件滾卸時(shí)都需要兩套車(chē)甚至更多，如何充分發(fā)揮兩套車(chē)的能力，提高作業(yè)效率，這是在裝船布置優(yōu)化時(shí)必須考慮的，最好安排交替作業(yè)，對(duì)于搶潮期是最有利的。

本例中五臺(tái)大件的前兩臺(tái)滾卸是一車(chē)一臺(tái)，交替作業(yè)。另外，盡量安排兩套車(chē)同時(shí)上船，前車(chē)滾卸時(shí)，后車(chē)作為配重移動(dòng)，無(wú)論縱向調(diào)節(jié)還是橫向調(diào)節(jié)都比壓載水更有效率，可以提高滾卸作業(yè)效率。

在確定裝船布置時(shí)，還應(yīng)考慮大件設(shè)備加固的便利性，如鋼制斜撐的位置預(yù)留，地令的焊接點(diǎn)預(yù)留，以及鋼絲繩牽拉時(shí)的交叉影響等。

2 滾卸操作可行性

根據(jù)船甲板尺寸和五臺(tái)設(shè)備規(guī)格，設(shè)計(jì)了4種裝船布置方案，按照其形狀特征分別為：雙列形布置、火箭形布置、啞鈴形布置和尖塔形布置。為對(duì)比多臺(tái)滾卸與單臺(tái)滾卸，將分析最大設(shè)備單臺(tái)裝船布置的情況。

2.1 左右雙列形布置

左右雙列布置簡(jiǎn)稱(chēng)為雙列形布置，5臺(tái)設(shè)備，一列3臺(tái)，一列兩臺(tái)，考慮到左右平衡要求，600 t、440 t、200 t為一列，總重1240 t；1000 t、370 t為一列，總重1370 t，兩列總重相差130 t。裝船布置方案見(jiàn)圖3，卸船順序及各臺(tái)大件卸船條件見(jiàn)表2。坡度為正是上坡，坡度為負(fù)是下坡。

表2 雙列形布置方案卸船順序及卸船條件

2.2 火箭形布置

火箭形布置是按照潮汐適應(yīng)性最大原則設(shè)計(jì)，裝船布置成3列，形如火箭。裝船布置方案見(jiàn)圖4，卸船順序及各臺(tái)大件卸船條件見(jiàn)表3。

圖4 火箭形裝船布置方案

表3 火箭形布置方案卸船順序及卸船條件

2.3 啞鈴形布置

啞鈴形布置是雙列與單列組合式，雙列在兩端，單列在中間，形似啞鈴。這種布置橫向平衡性最佳，理論上左右偏差10 t，再加上中間1000 t大件可以在橫向微調(diào)，裝船完成后，航行過(guò)程中，可以忽略橫向平衡問(wèn)題。裝船布置方案見(jiàn)圖5，卸船順序及各臺(tái)大件卸船條件見(jiàn)表4。

表4 啞鈴形布置方案卸船順序及卸船條件

圖5 啞鈴形裝船布置方案

2.4 尖塔形布置

尖塔形布置也是雙列與單列組合式，雙列在船首，單列在船尾，形似尖塔。這種布置對(duì)于船甲板的空間使用最為合理，船甲板尾部有機(jī)艙出口、煙囪等結(jié)構(gòu)，甲板使用寬度較小，所以船尾采用單列布置，空間較寬裕，便于加固、裝船、裝車(chē)等操作。這種布置的橫向平衡性也最好。裝船布置方案見(jiàn)圖6，卸船順序及各臺(tái)大件卸船條件見(jiàn)表5。

圖6 尖塔形裝船布置方案

表5 尖塔形布置方案卸船順序及卸船條件

2.5 單臺(tái)大件方案

為方便對(duì)多臺(tái)大件滾卸與單臺(tái)大件滾卸做比較，本項(xiàng)目采用最重單臺(tái)大件作為參照，假定同樣船型運(yùn)輸該單臺(tái)1000 t大件，裝船布置方案見(jiàn)圖7。滾卸條件：極限尾干舷1.84，滾卸坡度-0.83%。

圖7 單臺(tái)大件裝船布置方案

從各形式裝船方案分析結(jié)果來(lái)看，對(duì)第一件和最重件幾個(gè)方案的滾卸條件進(jìn)行比較，見(jiàn)表6、表7。

表6 第一件幾種方案滾卸的比較

表7 最重件幾種方案滾卸的比較

滾卸可行性除了潮汐與壓載調(diào)節(jié)匹配之外，還有滾卸坡度(來(lái)自船舶縱傾)、船尾自帶坡度、船與碼頭變坡角度的驗(yàn)算，還與車(chē)輛的通過(guò)性、牽引力驗(yàn)算、加固驗(yàn)算等有關(guān)，如果在一個(gè)潮期內(nèi)滾卸兩臺(tái)甚至更多大件設(shè)備，還要考慮潮汐速度、壓載速度、車(chē)輛倒運(yùn)時(shí)間和調(diào)配等因素，綜合比選四種裝船形式，按尾干舷高度排序：火箭形、塔形、啞鈴形、雙列形，均優(yōu)于單件1000 t的1.84 m；按滾卸坡度排序：雙列形0、啞鈴形0.98%、火箭形1.3%、尖塔形1.81%，均大于單件1000 t的-0.83%，雖然坡度大屬于不利因素，但坡度均小于2%，對(duì)滾卸車(chē)輛牽引力的要求較低，對(duì)滾卸作業(yè)不構(gòu)成主要影響。滾卸條件優(yōu)劣基本可參考極限尾干舷高度：火箭形最優(yōu)，尖塔形和啞鈴形次之。

3 船舶承載可靠性分析

多臺(tái)大件同船滾卸需考慮船舶整體承載和局部承載的可靠性，也就是說(shuō)既要考慮五臺(tái)大件全部裝船時(shí)船體受力情況，也要考慮部分大件裝船的船體受力情況，即船體縱強(qiáng)度、橫強(qiáng)度校核，(本案例船舶橫強(qiáng)度和剪力裕度較大，所以?xún)H校核縱強(qiáng)度)。既要考慮船體整體受彎矩和剪力，又要考慮甲板受力，即甲板強(qiáng)度校核。

3.1 甲板強(qiáng)度校核

為方便計(jì)算，采用投影法校核甲板局部強(qiáng)度。各臺(tái)設(shè)備對(duì)甲板局部負(fù)荷見(jiàn)表8。

表8 各臺(tái)設(shè)備對(duì)甲板局部負(fù)載情況

根據(jù)表8結(jié)果得出：甲板局部負(fù)載均滿(mǎn)足15 t/m2強(qiáng)度要求。

3.2 船體縱強(qiáng)度校核

本文采用簡(jiǎn)化彎矩計(jì)算法分步校核裝船過(guò)程中船體縱強(qiáng)度，計(jì)算結(jié)果如表9～表12。

表9 雙列形布置方案分步船體縱強(qiáng)度計(jì)算

表10 火箭形布置方案分步船體縱強(qiáng)度計(jì)算

表11 啞鈴形布置方案分步船體縱強(qiáng)度計(jì)算

表12 尖塔形布置方案分步船體縱強(qiáng)度計(jì)算

從表9～12數(shù)據(jù)可知，除火箭形第三件裝船時(shí)船體縱強(qiáng)度計(jì)算值218.201 MN·m(超過(guò)許用值207.116 MN·m)，其余裝船方案滿(mǎn)足船體縱強(qiáng)度要求，雖然火箭形方案由于船體縱強(qiáng)度計(jì)算超標(biāo)被淘汰，為方便比較其他參數(shù)，后續(xù)分析仍考慮火箭形裝船方案。

4 船舶平衡性分析

多臺(tái)大件同船裝載的平衡性包含橫向平衡和縱向平衡，由于縱向平衡和橫向平衡均可通過(guò)壓載水來(lái)調(diào)節(jié)，但橫向平衡對(duì)安全性影響較大，所以主要討論橫向平衡性問(wèn)題。當(dāng)五臺(tái)大件都裝上船后，幾種裝船方案的橫向平衡性基本一致，因此分別討論卸船過(guò)程中橫向平衡性問(wèn)題，見(jiàn)表13。

表13 卸船過(guò)程中幾種方案的橫向平衡性對(duì)比

綜合比較各方案橫向平衡性，除火箭形較差，其他4種方案均在同一水平。這是未考慮橫向壓載水調(diào)節(jié)得到的結(jié)果，所以在操作中，必須通過(guò)壓載水調(diào)節(jié)橫向傾斜，經(jīng)測(cè)算269 t單側(cè)壓載水即可將1980 t·m的橫向偏載力矩抵消，將橫向傾斜控制在很小范圍內(nèi)，而269 t壓載水量還不到該船型中部一個(gè)側(cè)壓載水艙的可壓載量。

對(duì)于橫向平衡問(wèn)題，所有裝船方式均可滿(mǎn)足要求，由于火箭形布置偏載力矩大，需要的橫向壓載水量較大，該方案相對(duì)較差。

5 航行穩(wěn)定性分析

裝船后，為保證航行的安全和推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力的發(fā)揮，通過(guò)壓載水調(diào)節(jié)船舶的浮態(tài)，一般會(huì)有1%～1.5%的縱傾，本方案設(shè)計(jì)中，船尾吃水比船頭吃水大1～1.5 m。根據(jù)壓載后的船舶浮態(tài)，計(jì)算初穏性高度，驗(yàn)算船舶穏定性，確保行船安全。各種裝載形式穩(wěn)定性計(jì)算見(jiàn)表14。

表14 各裝載形式穩(wěn)定性的計(jì)算

除單臺(tái)1000 t居中裝載布置方案外，火箭形和尖塔形布置方案的船舶航行穏定性略占優(yōu)勢(shì)，四種方案的縱向平衡性與橫向穩(wěn)定性基本一致，初穏性高(GM)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.15 m，均滿(mǎn)足穏定性要求。

綜合以上各步驟分析，火箭形裝船方案因船體縱強(qiáng)度超標(biāo)被淘汰；再比較其他各方案極限船尾干舷，尖塔形形和啞鈴形明顯占優(yōu)，其中尖塔形稍大于啞鈴形。而最終方案選擇啞鈴形，主要是因?yàn)楸纠休d船舶船尾帶一個(gè)0.5 m高，25 m長(zhǎng)的斜坡，如果采用尖塔形方案，1000 t反應(yīng)器裝載位置將跨在斜坡與平甲板之間，造成該反應(yīng)器4個(gè)鞍座在船甲板上受力不均，而且影響滾卸車(chē)輛的裝車(chē)作業(yè)。綜合以上因素，最優(yōu)方案選啞鈴形裝船方案。

根據(jù)以上策劃分析可知，滾卸可行性、承載可行性和平衡穩(wěn)定性直接關(guān)系到作業(yè)安全性，屬于可行性分析，而航行經(jīng)濟(jì)性、車(chē)輛適應(yīng)性和操作便利性屬于優(yōu)化性分析，以便優(yōu)中選優(yōu)，趨于完善。合理策劃裝船方案，特別是將同船大件設(shè)備作為配重考慮，可以增加多臺(tái)大件同船滾卸作業(yè)的安全性，便利性，達(dá)到提高運(yùn)輸效率、降低運(yùn)輸成本效果。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)案例理論分析和實(shí)踐驗(yàn)證，改變了我們通常認(rèn)為多臺(tái)大件同船裝運(yùn)會(huì)增加滾卸難度的印象，說(shuō)明合理裝船配載的情況下，特別是多臺(tái)大件設(shè)備重量不同的情況下，多臺(tái)大件滾卸的作業(yè)條件有可能優(yōu)于單臺(tái)大件滾卸。在這個(gè)過(guò)程中，合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化裝船方案成為項(xiàng)目實(shí)施的核心環(huán)節(jié)，它牽涉到裝船、卸船順序、滾卸作業(yè)條件優(yōu)化、船舶裝載可行性及可靠性、航行安全性等多個(gè)重要影響因素。本文通過(guò)剖析裝船方案設(shè)計(jì)過(guò)程中各影響因素的比選邏輯和分析步驟，結(jié)合案例對(duì)多臺(tái)大件同船滾卸的裝船配載提出具體指導(dǎo)和建議，總結(jié)出一些規(guī)律，如：(1)多臺(tái)大件同船滾卸中最困難的往往是第一臺(tái)或最重的那一臺(tái)；(2)多臺(tái)大件同船滾卸的最佳搭配是“重量不同，均勻拉開(kāi)噸位級(jí)別”；(3)多臺(tái)大件同船滾卸時(shí)，最重的大件不宜最后滾卸；兩套車(chē)同時(shí)上船，一套滾卸、另一套作為配重移動(dòng)，可以改善滾卸條件，同時(shí)極大提高滾卸速度。在方案前期策劃階段，這些原則還可以用在可選船型之間進(jìn)行比選，在保證滾卸作業(yè)及時(shí)性和安全性的前提下，選擇更為經(jīng)濟(jì)的船型，或者在可選港口之間作出合理選擇(綜合考慮公路倒運(yùn)和海運(yùn))，為重型裝備工程物流項(xiàng)目公水聯(lián)運(yùn)的安全性和經(jīng)濟(jì)性作出貢獻(xiàn)。