散货兼教学实习船的开发与设计

俞 赟，吴正廉，吴 飞

（1. 中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011；2. 中海工业（江苏）有限公司，江苏 江都 225211）

0 引 言

随着中国海运事业的蓬勃发展，建造一艘能通过货物运输满足学校实习船运行费用的教学实习船成为迫切的需求。受上海海事大学和中国海运集团的委托，中国船舶及海洋工程设计研究院（MARIC）设计了新一代教学实习船“育明”轮。

该船兼顾散货运输与教学实习两大功能，为航海类专业学生的实船实习和营运自给提供了条件，是目前国际上投资规模最大、设施配备最先进、功能最齐全的远洋教学实习船，开创了通过货物运输满足学校实习船运行费用的新模式。“育明”轮已于2012年12月12日正式交付上海海事大学。

图1 上海海事大学教学实习船

1 船舶概况

1.1 船型

不同于传统专用教学实习船[1]，该船是目前世界上第一艘并且也是吨位最大的兼散货运输与教学功能为一体教学实习船，拥有首创的双驾控系统。以扬子最大型散货船——48000吨级大灵便型散货船为母型船，适用装载煤、矿砂、谷物、卷筒钢板等散货，为无限航区航行船舶。设计上保持原散货船的格局和风格不变，增加教学区域，可满足航海类专业的教学实习，交通信息工程及控制、航海科学与技术、轮机工程等学科的科学研究和试验。其设计需要同时兼顾散货船和特种用途船的要求，因此给设计提出了一系列的难题。

1.2 主尺度及性能指标

主尺度及性能指标见表1。

表1 主尺度及性能指标

船级符号

CCS ★ CSA Training ship; Bulk Carrier; CSR; BC-A(Hold Nos.2,4 may be empty); COMPASS(D,R, F);Grab(20); PSPC(B); Ice Class B; Loading Computer(S,I, G, D);ESP; In-Water Survey; FTP;BWMP(MEPC.127(53));ERS

★ CSM AUT-0; OMBO; SCM; PMS

2 设计理念

有别于普通散货船，该船功能定位于教学实习，因此，需要兼顾运输和教学实习的要求。在设计上保持原散货船整体的基本风格不变，增加教学区域和设施。其设计主要考虑到：

1）管理便利性：区域划分合理。船员和学员区可分可合，便于人员管理；

2）先进性：教学功能先进；船型先进紧随国际主流散货船发展趋势；

3）安全性：需同时满足36人以下客船及散货船的破舱稳性、防火救生消防的要求；

4）经济性：在教学的同时需要满足货物运输的指标要求；

5）节能环保：新船能效设计指数EEDI的要求；污水排放严格控制，燃油舱保护；

6）舒适合理性：居住舱室的舒适性；教学区域的合理性；

7）美观性：内装的美观性；整体的美观性。

2.1 管理便利性

对于教学实习船来说，教学功能是最主要的。因此，合理布置教学生活区域是教学实习船设计的重中之重，区域划分的典型见图2。全船合理划分区域：

1）全船分为货舱区和上层建筑两大部分，上层建筑位于船体尾部，和目前灵便型散货船的风格一致；

2）上层建筑划分为教学娱乐区和生活区两部分。生活区位于上层建筑主甲板以上，而教学娱乐区位于主甲板及主甲板以下，在紧邻驾驶甲板以下设置了航海训练室；

3）生活区划分为船员区和学员教师区。上层建筑首部为船员区，其风格维持原散货船的格局划分；生活楼尾部为学员教师生活区，考虑到女船员的培养，又布置了独立的女学员生活区。船员、男女生、教师独立划分，相互之间又可通过通道等相互联系，其区域可分可合，便于人员的管理。男、女生、教师、船员均有独立的洗衣间，便于不同人员及类别衣物清洗；

4）集中合分功能特点，合理布置不同功能的教学区和娱乐区。教室主要布置在主甲板大厅附近，为满足通信导航及航海专业的教学，在顶层驾驶室以下布置一个航海研究室及教室。在顶层露天区域布置露天篮球场，在甲板以下布置了一个大型的风雨操场、图书馆及多功能学术室。

2.2 先进性

1）船型在满足教学的同时兼顾了散货运输功能。采用了先进的灵便型散货船的主流船型为母船，和散货船的整体设计风格保持一致；

2）首创双驾控系统，最高两层甲板分别为360°全景驾驶室和航海训练室。分别设置两套可联动的驾控系统，通过驾驶室权限的下放，可满足实习学员在航海训练室实际操纵船舶的要求（见图3）；

图3 双驾控系统桥楼

3）教学实施先进。配有船用雷达波浪检测设备，船舶姿态测试仪、船载三维水流测试仪、水位测距仪、北斗导航系统、船用扭力仪。另外设有航行测试仪器及数据接口，船舶主要设备运行参数采集接口、主副机，锅炉，焚烧炉排气测试取样接口，液体舱柜液位远程测量指示等。在主驾控台和实习驾驶台留有添置船舶通信导航设备的空间；

4）全船设置了大面积教学区域，面积庞大的餐厅和娱乐区域，满足日常教学、就餐和娱乐要求。设置了3个大教室、两个多功能教室、一个轮机研究室、航海训练室、模拟甲板操作室、学员机修间等，满足教学的要求。设置了一个顶部篮球场、一个大型风雨操场、健身房、带有音响的多功能厅、图书馆等，满足学员的娱乐要求。

2.3 安全性

全船人数众多，并有别于普通客船，由于散货船船型的特点，艉部设置艉抛艇，以便快速撤离。因此，其破舱稳性及救生、消防系统均兼顾了散货船及特种运输船的要求。

2.4 经济性

通过散货运输为实习船的日常营运提供资金支持，降低实习船的使用负担。

2.5 节能环保

EEDI[2]于2013年1月1日开始生效，此后建造的船舶必须满足（2013年1月1日至2014年12月31日之间）相关船舶基准线标准。虽然该船于2012年12月交船，不需要满足，但是通过优化设计，该船新船能效设计指数EEDI（见图4）为5.30接近 1阶段（phase 1）（2015～2019）5.20的要求，比基线值（5.78）降低8.6%。比同级别船舶节油15%～20%。主机满足国际Tier II排放标准。

图4 EEDI能效指数计算

通过设置大量的灰水舱、黑水舱，灰水舱容量达400m3，黑水舱容量达200m3。采用真空式抽吸生活污水，使得每次冲洗用水量减小为重力式的 1/10（1.2～1.9L/次），可收集两周污水排放，并严格控制污水排放。燃油舱设置双壳，其间距满足MARLOP的燃油舱保护要求。

2.6 舒适性、美观性

居住舱室和教学区域的设计吸取了学生及教师对舱室和要求区域的要求，装饰和家具设计综合考虑到居住舱室和教学区的使用特点（见图5、6）。

图5 学员房间

图6 顶部穹顶

3 设计规范

该船在功能上兼顾散货运输和教学实习的要求，因此需要同时满足散货船和特种用途船的规范要求，即散货船规范《钢质海船入级与建造规范2009》[3]和特种用途船规范《2008 SPS Code》[4]的要求。在结构设计上需要满足共同规范对于散货船的要求，其稳性需要同时满足载重线公约的确定性破舱和 36人以下客船的概率论破舱的要求，其救生和消防需要同时满足散货船救生的要求和36人以下客船的要求。

4 设计特点及难点

4.1 共同规范（CSR）对于散货船的要求

以扬子最大型散货船——48000吨级大灵便型散货船为母型船，由于在2006年4月1日以后建造，因此需要满足共同规范的要求和BC-A（Hold Nos.2,4 may be empty）的符号要求。根据共同规范URS25的要求，其正常压载工况需满足：1）螺旋桨全浸没；2）艉倾且不超过0.015LBP的要求。一般散货船的弯矩和剪力最大的工况出现在正常压载、重压载和隔舱装载工况[5]。该船的母型船，正常压载工况通过调整舱容降低了弯矩，弯矩中拱状态的决定性工况是隔舱装载，弯矩中垂状态的决定性工况重压载。由于设计需要保持原散货船的格局和风格不变——艉机型、艉上层建筑的风格，上层建筑区域庞大，压载出港船前部需要足够的压载水，艉部不能使用压载水，中拱较普通散货船大，为决定性工况；均质矿石装载为中垂的决定性工况。均质满载出港容易艉倾过大，而到港又出现艏倾等现象。特别是货舱进水工况的进水弯矩和剪力包络线也超出了原母型船的设计要求。因此，其强度设计的难度很大。为此，通过适当调整分舱、货舱装载限制和提高中剖面的设计等方式满足了设计要求。

另外，由于建造时间为2010年12月29日，IACS在此期间对载货量曲线进行了修改，因此设计需要满足《钢制海船入级与建造规范2009》的要求。

4.2 破舱稳性要求

稳性需要同时满足载重线公约的确定性破舱和 36人以下客船的概率论破舱的要求。确定性破舱仅要求满载吃水的GM，而概率论破舱要求压载、半载及满载的GM值。通过计算，计算确定性破舱要求的GM值要求高于概率论破舱的计算结果。最终满载吃水要求的GM值采用确定性破舱的计算值。压载和半载的GM值采用概率论的计算结果。

4.3 客船逃生通道要求

该船船员30人，教师和学生为168人，根据《2008 SPS Code》，其通道和梯道的设计布置需要满足《SOLAS(2009)》[6]关于36人以下客船的要求。通过设置了两个相对独立的梯道围井、两舷各两个外梯道、大面积的梯道、宽敞的走廊和逃生路线，来满足其要求，并通过梯道面积与宽度计算、逃生动态模拟等手段来验证设计的合理性。通过动态模拟计算，发现某些工况在中央梯道会出现拥堵现象，虽然仍然满足规范的撤离时间要求，但是从实际操作角度来说，指挥人员通过指挥合理疏散人群至其他逃生通道更为合理。

4.4 救生设备布置要求

国际海事组织发现由于发生海难时散货船的沉船速度大大高于其他类型的货船，因此，需要设置可以快速释放的艉抛艇。一般货船的人数少，普通散货船设置一架艉抛艇即可。但该船人数达到198人，需要设置4艘自扶正全封闭自由降落式救生艇，设于尾部可满足100%总人数要求。同时《SOLAS(2009)》要求按照36人以下客船标准设计——救生艇应满足单舷100%定员撤离的要求。因此，每舷设25人气胀式救生筏8只，满足100%总人数。右舷设气胀式救生筏吊具2套、设救助艇1艘。

4.5 中央空调系统设计

考虑到教学实习期间和日常营运期间船上人员的变化，教学实习期间全船满员，而日常营运期间仅有30名船员在船上，因此，设计上采用了压缩冷凝机组和冷水机组混合的方式。即日常营运期间仅仅通过压缩冷凝机组供船员区空调，而在教学实习期间，采用冷水机组对全船的空调系统提供能量。合理调整全船的电力负荷，达到节能减排的目的（见图7）。

图7 空调系统原理

4.6 双驾控系统设计

考虑到航海船员训练的要求，全船设置两套驾控系统，分别设置在驾驶室和航海训练室。其中驾驶室的驾控系统可以将控制权限下放到航海训练室，让其独立完成航行操控，也可以在发生紧急情况时快速收回权限，避免事故的发生。

4.7 安全中心设置

按照《SOLAS(2009)》要求，2010年 6月 1日以后建造的客船需要满足安全中心的要求。根据《SOLAS(2009)》指导，将安全中心设置在驾驶室内。

4.8 驾驶视野开阔

设计采用360°全景驾驶室，同时满足一人驾驶要求，其驾控台和窗框等设计得到了船员的好评。

4.9 操纵性灵活

该船不仅需满足远洋航行的要求，同时还满足长江航道对船舶的操纵性要求，可用1套泵组将舵一舷35°转至另一舷30°的时间<20s。

5 结 语

育明轮是目前世界上最大的教学实习船，承载着航海的希望，被誉为“海上移动校园”和“航海家的摇篮”。目前已正式交付上海海事大学，并于中国海运集团营运将近2a，在满足日常教学的前提下，通过载货营运可以满足日常成本的开支，而且学员可以通过实际的操作，更利于今后快速胜任职务，开创了校企合作的新模式。

[1] 曹山林，等. 远洋教学实习船“育鲲”号[J]. 船舶设计通讯，2009 (1): 3-7.

[2] 朱永峨，等. 能效设计指数EEDI功率曲线的直接计算方法[J]. 船舶与海洋工程，2013 (2): 62-66.

[3] 中国船级社. 钢制海船入级与建造规范[S]. 北京，2009.

[4] Maritime Safety Committee, 2008 SPS Code – Code of Safety for Special Purpose Ships[S]. 2008.

[5] 张志刚，章漪云. CSR散货船结构审图中主要关注点研究[J]. 船舶与海洋工程，2013 (2): 58-61, 66.

[6] IMO, International Convention for the Safety of Life at Sea [S]. 2009.