整船出坞及坞内半船起浮计算

陈继峰 赵洪武 姜 伟

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

0 前言

船舶在船台上或船坞内建造到一定阶段便可下水。船舶的下水方式主要分为：船台重力机械式下水和船坞起浮式下水。近年来，对于超大型的船舶，大多在船坞内建造，下水方式为：造好后向坞内放水，使船浮起再拖到船坞外的水域中［1］。

在船舶起浮的过程中，船厂通常将处于建造收尾阶段的整船移出船坞，腾出船坞空间，需要时调整坞内其他半船的位置，为后面一条船的建造及出坞做准备。笔者有幸参与了青岛扬帆船厂205000 DWT散货船、江苏新扬子造船厂92500 DWT散货船、中航威海船厂92500 DWT散货船、上海江南造船厂5100 TEU集装箱船的起浮计算，并到现场亲历了整个起浮过程。实践证明本文介绍的整船和半船坞内起浮的分析和计算结果与实际情况基本吻合，可为船舶设计人员提供参考与技术支持。

1 整船出坞及坞内半船起浮主要困难

整船的出坞、半船的起浮及位置调整，此过程非常复杂，涉及到船舶的浮态、稳性、强度和生产工艺的完整性等一系列问题。

特别对于半船的起浮，通常半船分段面需要封板，而封板的位置和封板的尺寸需要经过精确计算才能最终确定；半船的浮力模型根据封板情况来建立，而其静水力数据因为结构不完整，会发生数据突变的情况，给计算带来一定的难度；在半船的首尾处，由于结构的突变，常常会出现较大的剖面模数的变化，导致有较大的应力产生，需要核实局部结构是否会失效。

本文主要的分析与计算为整船的起浮计算、半船的起浮计算、起浮其他相关问题。

2 整船出坞计算

此计算过程需要船厂提供现阶段整船的空船重量统计，然后结合初步设计中依据线型建立的浮力模型，进行配载，计算出一个合适的浮态给船厂参考。

2.1 出坞重量的统计

通常在出坞时整船仍有许多地方还处于建造阶段，例如上层建筑里的舾装部分未完工；而作为设计方的资料仅限于初步设计时预估的空船重量，因此船厂需要提供出坞时的空船重量重心统计数据。这一数据越详细，设计方的计算结果与实际越接近。

2.2 浮态要求

在整船的出坞过程中通常是尾部先出坞，以免造成尾部螺旋桨或者舵等贵重设备的损伤，所以平浮或者略微首倾是较为理想的浮态。对于船舶吃水的要求，主要受限于船坞所能承受的最深吃水及船坞附近水域的水深情况。

2.3 配载的注意事项

应在充分了解船厂的施工状况和现场条件的情况后再进行配载，哪些压载水舱能用，取决于设备状态。通常优先在能用的舱里选用，尽量少用压载水舱，若计算后浮态满足即可。如果设备均未安装妥当，则只能考虑使用临时的泵来给指定舱室打压载水。

并非所有的船东都同意对于尚未完工的半船使用压载水舱来调整浮态。放置压块也是一个很好的选择，但是对于大型船舶，压块的作用并不明显。

当空船重量重心统计完成，船厂对浮态的要求明确后，设计方则可根据船厂的要求展开模拟计算，具体过程可参照传统的散货船典型装载的工况的计算过程来进行。

3 半船起浮计算

此计算过程与整船的起浮计算类似，但是鉴于半船的浮力模型随封板情况的改变而变化，配载也会随之进行调整，设计方通常会提供多种方案供船厂参考。

3.1 半船重量的统计

船厂应尽量仔细统计半船的空船重量和重心位置，尤其在半船较短的时候，因为此时半船的浮态对于其重心的位置十分敏感：重心延船长方向的一点偏差，很可能造成半船浮态的大不相同。

3.2 半船浮力模型的建立

半船的浮力模型由整船在封板处切断得到，而封板的位置通常由船厂根据施工状态决定。通常半船的浮力模型建立好后，设计方会据此计算一个原始工况给船厂参考，以便船厂根据其具体的施工及现场状态进行调整。船厂在综合考虑半船最终的浮态、打压载水的情况、半船首尾部分段的封板情况及半船的重量重心等情况后常常会进一步提出更加具体的要求。通常这是一个反复循环的过程。

3.3 管弄封板

船厂通常会将半船首尾部的管弄封住，因为管弄里面的管系及控制阀还有一些电气设备是不允许浸泡在水里的。因此船厂应重视封板的水密性，以免造成不必要的经济损失。

3.4 建立半船的舱室模型

通常生产设计分段的边界和详细设计时舱室的边界不一致，在半船的首尾部，由于封板方案不同，在建立舱室模型时，需要根据实际的封板情况来确定舱室模型的边界。

3.5 配载的注意事项

半船配载的思路与整船的处理过程类似，但是建议尽量少打压载水。因为压载水有以下几个方面的限制：

1）半船的压载水泵一般都无法使用，甚至有些半船不包含机舱分段，当半船需要用压载水来调整浮态时，只能借助于船坞边的消防水泵或租用其他的泵打压载水。

2）如果半船浮态调整所需压载水量较大，而受限于船厂的实际情况仅能使用流量相对较小的水泵时，打水时间过长，导致浮态调整时间过长。

3）若压载水为自来水，与江水或者海水相比，经济性较差。

4）若压载水采用江水或者海水，则船东多数会要求起浮结束后做洗舱工作，额外的工作量既增加了船厂的经济负担，也可能延误工期。

5）当涉及到部分装载的压载水舱时，须考虑起浮过程中自由液面带来的不利影响。

6）半船的水下检验工作以及各舱的水密工作此时并未完全到位，现场需重新确认，以免某些舱室漏水，导致配载失效。

半船起浮计算仅能作为一种辅助计算供船厂方参考，解决方案还需根据实际情况具体分析。有时某些分段太短，浮态难以控制，船东会让半船准确定位在指定的坞墩上，然后等起浮结束后进行洗舱。

4 起浮其他相关问题

4.1 拖力计算

对于湿表面积较大的船只，船厂可能会要求设计方提供整船出坞的拖力计算，以便厂租借拖轮。此拖力可以采用经验公式［2］进行估算。

4.2 结构强度校核

有些半船（如图1）因为截面前后剖面模数的突变，会出现应力集中，导致结构局部失效。此时最好进行结构有限元分析计算，若计算结果显示强度不足，则须给予一定的加强。

图1 分段有限元计算应力图

4.3 船坞等周边环境影响

1）潮汐的影响。处于海边的船坞，会受到不同季节潮位的影响，船厂需结合整船出坞时的浮态，事先预留吃水余量，以避免整船出坞的时候搁浅。

2）船坞的限制。船坞对吃水也有一定的限制，例如当最深吃水不能超过10 m时，设计方计算的浮态要留有一定的余量，以防起浮时浮态不好，船底拖地受损。

4.4 相关准备及应急预案

1）船厂方应尽量多准备些压铁，以便临时调整横倾。

2）若条件允许，船厂可准备一些浮筒。

3）半船首尾封板的时候，应尽量留有余量，例如根据计算结果，封板高度为3 m，实际封板可封到4 m或者更高。

4）为避免半船漂浮起来的时候不受约束而自由飘荡，应准备好拖缆以固定半船。

5）若半船的水尺没有画好，应在首尾封板上加画临时水尺标注。

6）若货舱需要打压载水，应在货舱中临时加画水尺标记，以控制压载水量。

7）当开闸放水快到理论起浮吃水时，应降低放水的速度，以便观察和控制半船浮态。

8）预先准备好浮力模型的静水力数据，以便参考。

5 算例

5.1 半船起浮问题描述

本次起浮状态：船坞内有一个从尾部FR49+0.35到FR153-0.295的分段（以下简称半船），现计划向坞内注水使半船移位，以腾出船坞空间，让新的分段进驻。

根据以上船厂方的分段划分图（见图2）和设计方的半船侧视图（见图3）的分析，如果仅封此半船的首尾部管弄，最后一个货舱则会浸在水中，而此货舱段内的管弄部分可提供浮力；同样，首部的货舱部分也浸在水中，而其中的管弄仍可提供浮力。

图2 半船分段划分图

图3 半船侧视图

5.2 半船起浮计算步骤

对于半船的起浮计算，具体过程如下：

1）建立浮力模型。假定半船首部仅封闭管弄，在FR153-0.295处封闭，尾部也仅封闭管弄，在FR49+0.35处封闭，提供浮力的部分具体如图4所示。

图4 半船浮力模型示意图

2）建立重力模型。对应以上的浮力模型，此半船的重量包括从尾部FR49+0.35到首部FR153-0.295处的分段所包含的钢料重量，其中管系和舾装重量未计入。根据由船厂提供的分段重量数据（见表1）进行统计，总重量约为7886.66 t。

3）浮态的计算和校核。本次计算在提供原始状态供船厂参考之余给出了另外一个建议方案。

原始状态浮态如下：

表1 分段重量统计表

可以看到以上计算结果纵倾太大，因此原始浮态肯定不能作为出坞时的方案。加压载水，把半船调整成平浮，配载方案见表2。

浮态如下：

表2 配载方案

表3 半船结构应力表

经过一定量的压载水的调整，目前的计算结果较之原始状态有较大的可行性，封板方案简单易于厂方操作，纵倾小浮态更容易控制，压载水也尽量少用以方便厂方现场实施。此计算为理论计算，仅供船厂方参考，一切以现场实际情况为准。

图5 半船结构应力示意图

6 结语

船舶坞内起浮是需要综合考虑各项因素的过程。本文仅从船舶坞内起浮的计算角度，结合笔者的工作经验对这一过程进行分析，虽然结果与现场情况基本相符，但是设计方需与船厂方事先进行沟通与交流，根据船厂方的实际情况做好充分准备。

［1］盛振邦，刘应中.船舶原理（上）［M］.上海：上海交通大学出版社，2003.

［2］中国船舶工业总公司.船舶实用设计手册：舾装分册［M］.北京：国防工业出版社，2000.