起重铺管船的破损稳性

郑鹏翔

（上海佳豪船舶工程设计股份有限公司 上海 201612）

0 引 言

起重铺管船是一种较为热门的海洋工程服务类船舶，船上一般都配有众多的施工人员，属于特种用途船的一种（特殊用途船定义为不小于500 GT、载有12名以上特殊人员的船舶），其破损稳性需满足《特种用途船舶安全规则 2008》（以下简称SPS 2008）［1］的要求。 本文以一艘具有 3 800 t起重能力的起重铺管船为例，简要说明了起重铺管船破损稳性的整个计算过程和需要注意的地方，以及如何改善总体布置来满足破损稳性的要求。

1 船舶概况

本船是一艘具有3 800 t起重能力的大型铺管船，该船主要参数如下：

总长/m 196.90

垂线间长/m 191.69

型宽/m 43.40

主甲板型深/m 19.60

干舷甲板型深/m 12.60

设计吃水/m 7.50

定员/人 350

2 SPS 2008分舱和破损稳性对分舱指数的要求

SPS 2008引用国际海上人命安全公约，2009（简称 SOLAS 2009）［2］对客船的概率破损稳性计算方法，按定员的数量进行分档，对要求的分舱指数进行不同程度的折减，如60人以下取0.8R，240人

式中：N=N1+2N2；

N1为救生艇可使用的人数；

N2为船舶在N1以外允许载运的人数（包括船员）。

我们应该注意的是，SPS 2008第2.4条规定（适用于2.2.2或2.2.3定义的特种用途船），即240人以下，除2.5规定外，应将其视为货船且将特殊人员视为船员，而适用SOLAS第Ⅱ-1章B-2、B-3和B-4部分的规定，不必适用SOLAS第Ⅱ-1章 第8条和第8-1条且不适用SOLAS第Ⅱ-1/14条和第Ⅱ-1/18条。这里所说的“将其视为货船且将特殊人员视为船员”并不是针对破损稳性计算的。当然本船N＞240人，满足2.3条就可以（将其视为客船且将特殊人员视为乘客而适用SOLAS第Ⅱ-1/8条和第Ⅱ-1/8-1条，以及SOLAS第Ⅱ-1、B-2、B-3和B-4部分的要求。但是不适用SOLAS第Ⅱ-1/14条和第Ⅱ-1/18条）。

本船：N=N1+2N2=350，N1=350、N2=0， 所以要求的分舱指数不能折减，按式（1）计算得到R=0.693 15（本船定员为350人，救生艇可容纳人数为360）。以上R不折减，60～240人按人数在0.8R～R之间线性插值。

客船要求的分舱指数R的计算公式如下所示：

3 达到的分舱指数A的计算

达到的分舱指数A的计算式为：

式中：As、Ap、Al分别是最深分舱吃水（ds）、部分分舱吃水（dp）、轻载航行吃水（dl）下达到的分舱指数（As、Ap、Al均需大于0.9R），每个部分指数均为所考虑的全部破损情况所起作用的总和，所用公式如下：

式中：i为所考虑的每一个舱或舱组；

pi为所考虑的舱或舱组可能进水的概率；

si为所考虑的舱或舱组进水后生存概率。

我们现在着重考虑的是生存概率si，其计算公式如下：

式中：sintermediate，i是在最终平衡阶段之前所有进水中间阶段的生存概率；

sfinal，i是进水最终平衡阶段的生存概率；

smom，i是经受住横倾力矩的生存概率。

破损稳性计算中如要求设有横贯进水装置，则需满足平衡时间不得超过 10 min。本船在 2、6、7、8、9、10号边压载水舱都设有横贯进水装置，压载舱分舱如图1所示。

图1 横贯进水装置及分舱布置示意图

本船舱室分隔比较复杂，图1只显示了双层底以下部分的分舱。具体的横贯进水计算我们可以参照海事安全委员会第83届会议第245号决议（简称MSC.245（83））中对横贯进水量和时间的详细计算方法。

由于本船的压载舱舱容比较大，而连接的管道直径相对比较小，最终计算结果表明，本船每个设置横贯进水装置舱室的进水平衡时间都超过10 min，所以根据MSC.281（85）对“SOLASⅡ-1章 分舱和破损稳性规则的解释”中“7-2.2 横贯进水的解释”［3］，我们可以取假设10 min平衡时的sfinal，i和最终平衡时的sfinal，i小者。当然如果船舶破损稳性富裕度较大，也可以不考虑横贯进水，按偏危险的状态来校核即可。

其实对一般的舱室分隔来说，sfinal，i会比 sintermediate，i更加危险，这从他们各自的公式就可以看出来。所以在我们的计算过程中要更加注意sfinal，i，若检查发现实际分舱指数不够，则检查sfinal，i往往能较快发现和改善实际的分舱指数。

smom，i往往也决定一艘船的分舱指数大小，特别是在对于单纯的客船，smom，i的影响则更加明显，我们从smom，i的公式上就可以理解这一点：

式中：GZmax、Mheel和排水量均需要按照具体破损的分舱吃水（ds，dp，dl）来取，对于吃水 dl有：

Msurvuvalcraft是因船舶一舷满载，释放所有救生艇筏而造成的最大假定横倾力矩。

Msurvuvalcraft=1 14.5 t·m

以上列出了本船的各个力矩的大小，我们从中可以看出船上人员引起的力矩，以及救生艇筏降落引起的力矩小于风力引起的力矩。所以对于一般铺管船，人员相对于同尺度的客船来说要少得多，风力引起的力矩是我们需要重点关注的。

对于设有横贯进水装置的船舶，smom，i计算公式中的GZmax也可以在横贯进水平衡后和进水10 min时候取小者，这和前面所述带横贯进水装置的sfinal，i计算情况相同。

在破舱损稳性计算过程中，我们平常关注的都是空气管、风雨密门窗等一些风雨密点和一些非保护性开口的选取，而对于垂向逃生舱口、舱壁甲板上的操作位置（一些水密门、平衡装置、保持水密舱壁完整性的管路阀或通风管道阀）和水平撤离通道，我们却很容易忽视。按照SOLASⅡ-1章第7-2/5.2和5.3节的说明，这些部位在破损水线以下时，si取为0。因此，在设计时应注意将这些操作位置放到水线以上。

本船分舱指数的计算结果如下所示。不计横贯进水的结果见表1［4］，计及横贯进水的结果见表2。

表1 不计横贯进水的结果

表2 计及横贯进水的结果

Required subdivision index R=0.693 15

Attained subdivision index A=0.702 46

表1、表2中：

INIT为初始工况；

T为吃水；

TR为纵倾值；

GM为初稳性高；

WCOEF为比重系数；

AI为对应吃水达到的分舱指数；

0.9R为0.9倍的要求分舱指数；

A为达到的分舱指数。

通过两个表格我们可以看出，计及横贯进水之后，A值增加了0.012 97。从数值上看对A值的增加也不是特别明显，这是因为本船的横贯进水装置管路直径相比舱容还是比较小，以致在横贯进水10 min的时候才通过了少量水，而且本船也只是在其中的6对压载舱设置了横贯进水装置。事实上，本船设置横贯进水装置的最终目的并不是为了提高实际的分舱指数A，而是为了减小由于舷侧破损和底部破损引起的横倾角，使之满足横倾角不大于7°的要求，另一个目的是为了起重机全回转作业调拨水的需要。

计及横贯进水的结果如下：

Attained subdivision index A=0.715 43

4 SOLASⅡ-1章B-2部分 第9条（底部破损）

本条计算主要考虑底部破损情况，其初始的破损工况需选取营运工况中的危险工况，按照第7-2条计算的si要不小于1。按照规范定义的破损范围计算破损后的si，一般货船只考虑sfinal，i的计算就可以了，本船按照客船破损来校核的话，还需考虑smom，i和sintermediate，i的影响。根据si的计算公式（我们主要参考sfinal，i），可以设定以下几个衡准来考核该破损情况的si是否达到1：

（1） 横倾角要＜7°；

（2） GZmax要＞0.12 m；

（3） 正复原力臂范围要＞16°；

（4） GZmax要大于 0.04+Mheel/排水量（smom，i＞1 的要求，按最危险情况考虑，可选取最轻分舱载重线时的排水量来计算，得：0.04+1 546.9/5 2621.7=0.07 m）；

以上几个衡准其实只是针对sfinal，i·smom，i的要求而定，而没有考虑sintermediate，i的影响，中间破损情况一般都是在有累进进水的情况下才需要考虑，所以本船的si在没有横贯进水的时候只要满足sfinal，i·smom，i的要求就可以了。在有横贯进水的破损情况下，我们需考虑在横贯进水之前满足sintermediate，i的要求，横贯进水10 min后和平衡后的sfinal，i·smom，i。

本船的底部破损区域，见图2。阴影部分表示本船的双层底部分，其余部分是没有设置双层底的地方，这些区域是我们需要考虑破损的区域。方框表示破损的横向和纵向范围。

图2 底部破损区域示意图

前面我们已经说明了本船设置横贯进水装置的目的之一是减小底部破损的横倾角，我们现在选取其中一个比较危险的破损情况：破损舱室：WT_08_PS_WB.P WT_09_PS_WB.P

DB_08_PS_WB.P DB_09_PS_WB.P pipe_p横贯进水舱室：WT_08_SB_WB.SWT_09_SB_WB.S

由表3我们可以看出，假如不设置横贯进水装置，破损后的横倾角会超过7°，使si不能达到1。当然从破损情况考虑，我们也可以调整舱壁间距来减小进水量，使横倾角减小；或者把压载舱分成上下两部分。不过就本船来说，由于起重作业工况本身就有设置横贯装置的需要，通过横贯进水装置来减小横倾角应该是最佳选择。

表3 各破损阶段破损情况

5 SOLASⅡ-1章 第8条（舷侧破损）

本条计算需注意的是Ls需要根据第2条定义来选取，而人员则不需要按照第6条所定义的N来选取。其中3个分舱吃水的si＞0.9，跟底部破损一样，我们需要考虑sintermediate，i，sfinal，i·smom，i的要求。对于一般的分舱来说，除了累进进水的情况外，一般都不 需 考 虑 sintermediate，i， 就 算 考 虑 此 时 的 sintermediate，i， 从sintermediate，i本身的计算公式上我们就可以发现，相同破损阶段下，sintermediate，i比 sfinal，i富裕度更高。

本船定员为350人，把他们全当成乘客来考虑，根据本条3.3，我们只需考虑水密横舱壁之间的破损。除非相邻两水密横舱壁间距小于假定的破损长度，否则仅需将这两个舱壁中的一个视为有效。

具体破损区域见图3。

图3 舷侧破损区域示意图

图3阴影部分为舷侧破损的范围，方框长度表示本船的破损长度，宽度表示舷内穿透值。当然我们可以在程序中直接输出对应的破损情况si是多少，不过这样我们就比较难发现引起si不够是什么原因，所以我们最好还是参照本文第4节中所述的方式把具体的破损情况按设定的衡准来考核。由于本船的舷侧破损只发生在水密横舱壁之间，进水量比底部破损小得多，且si＞0.9比底部破损要求低，故舷侧破损还是比较富裕的。

6 结 论

按照上述分析，起重铺管船的破损稳性计算过程中我们需要注意以下几个方面：

（1）在分舱指数的计算中我们不要忽视受风面积、垂向逃生舱口、舱壁甲板上的操作位置和水平撤离通道对破损稳性的影响。若船舶分舱指数比较富裕，我们可以不考虑横贯进水的影响，以免加大计算工作量，特别是分舱比较复杂的时候。就该船而言，考虑横贯进水影响比不考虑横贯进水影响的分舱指数的计算时间要多出3倍左右。

（2）底部破损的时候往往会在横倾角方面出现危险，所以在想办法提高此类船舶破损稳性的时候，减小横倾角是改善破损稳性的一种重要手段。比如设置横贯进水装置、改变舱室分隔、连通舱室，当然这也可能会减小GZmax和正复原力臂范围，所以需要仔细权衡得失。

（3）尽量控制人员不超过400人，当人员大于400人的时候，舷侧破损需在舷侧外板任何一处考虑破损范围，对分舱要求会有很大的提高。

（4）破损后的横倾角大小在铺管船破损稳性计算中有着举足轻重的作用。合理设置横贯进水装置是提高破损稳性的一种重要手段，特别是大型的起重铺管船上，增大横贯进水管子直径能有效提高破损稳性，这比增加舱壁来提高破损稳性具有更大的优越性（增加舱壁会增加较多空船重量）。

起重铺管船在目前的市场比较活跃，国内很多船舶单位都在设计和建造，还有很多难点和关键技术需要克服。本文仅对这类船破损稳性计算时需要考虑的方面予以阐述，希望能对读者有一些帮助和启发。

［1］海事安全委员会.MSC.266（84）决议.特种用途船安全规则 2008［S］.London：IMO，2008.

［2］国际海事组织.国际海上人命安全公约，综合文本2009［S］.北京：人民交通出版社，2010.

［3］海事安全委员会.MSC.281（85）决议.对SOLASⅡ-1章分舱和破损稳性规则的解释说明［S］.London：IMO 2008.

［4］NAPA.Napa manuals［S］.Helsinki，Finland：NAPA，2010.