新12 000 DWT多用途重吊船开发设计

杜鲁辉 卢菲

（上海船舶研究设计院，上海201203）

新12 000 DWT多用途重吊船开发设计

杜鲁辉 卢菲

（上海船舶研究设计院，上海201203）

新12 000 DWT多用途重吊船是上海船舶研究设计院（SDARI）在万吨级货船领域开发出的全新船型。该船具备多用途船布置紧凑、功能齐全、灵活便利等特点，同时体现了油耗经济、环境友好的最新设计理念，还满足重吊营运、长货舱、超长贯通甲板的市场需求。介绍了该船的开发设计概况，重点阐述了尺度特点、重吊布置、推进系统、总体布置、破舱稳性、绑扎系固等设计特点。

多用途船；重吊；节能；环保；长货舱

0 前言

多用途船这个概念由干货船和杂货船演变而来。英文名称Multi-purpose Vessel或者General Cargo Ship很好地阐述了该船型的特点，货品广而杂，既可以装载各种体积小、重量轻的货物，也可以装载体积大、质量重的工程装备成品或者半成品，如化工蒸馏塔、矿山机械、风机风叶、小型舰艇等。多用途船非常合适装载钢材制品、纸制品、木材制品。此外，多用途船还能兼顾散货船和集装箱船的功能，承运散装货物和集装箱等。有知名多用途船公司认为多用途船的功能为“Anything，Everything，Anywhere，Everywhere”，这正是多用途船独有的特点。

当今，世界上多用途船运输货物发生了显著的变化。大件、重件、超长件的市场需求不断增加，主要服务于采矿行业、港口建设、海上工程、石油化工行业、交通运输行业。主要货物有大型采矿机械、港口基础设施、海洋平台模块、大型工业蒸馏塔、机车分段等。主要装货港集中在亚洲，而主要目的港口分布在南北美洲、欧洲、非洲等区域，范围较广。

货物的特点决定了新型多用途船的设计，体现为更长的箱型货舱、贯通一体的甲板装货区域、更大的吊机联吊能力，对设计提出了新的要求和挑战。

与此同时，近年航运业有两个关键词一直在持续变革并影响船舶行业：节能和环保。船东严格控制营运成本，国际海事组织（IMO）对环境保护的重视，深刻变革和影响着船舶的开发和设计。节能环保也是该船型开发设计的重要指标。

本文阐述了多用途船开发设计中紧凑灵活的特点，重点论述货物特点、节能、环保三个新的变化趋势在设计中的体现。

新12 000 DWT多用途重吊船是SDARI为丹麦船东NORDANA开发设计的新一代船型。2007年，NORDANA曾经在SDARI订造多艘12 000 DWT多用途船并顺利交付运营。新一代12 000 DWT多用途重吊船的开发正是基于对SDARI产品的满意和信任。该船配置重吊、长货舱，油耗低、经济、高效、环保、功能丰富、布置紧凑，满足船东全部需求，适合全球航线，满足巴拿马、圣劳伦斯等航道要求，符合新的发展趋势，体现设计理念。

1 开发设计概括

新12 000 DWT多用途重吊船是单机单桨、低速柴油机驱动定距桨推进、满足EEDI第二阶段要求、低油耗、环保的多用途重吊船。主要用于运载大件、重件、长件以及集装箱、钢卷、杂货、木材等，同时满足散货装载需求。该船可以装载危险品。

该船倾斜首柱带球首、方尾，设置首侧推，操纵性能良好。机舱、起居处所及驾驶室位于尾部，并设置完整的尾楼和首楼。干舷甲板以下从船首到船尾依次设有4道水密横舱壁将全船分隔成首尖舱、2个货舱、机舱和尾尖舱等区域。货舱采用大开口双壳箱形结构；第2货舱长度55 m；露天甲板前后贯通长度100 m，满足大件、超长件的装载需求。左舷设置2台最大吊重达250 t能力的吊机。在不使用浮箱的情况下，可以实现连吊500 t。该船设有活动二甲板便于杂货的分区装载，同时兼作谷物舱壁，满足谷物装载需求。总布置情况见图1。

该船入德国劳氏船级社（GL），满足正式合同签订时生效的一切国际公约及修正案的要求，同时满足巴拿马、圣劳伦斯航道规则等当局要求。

该船的主要尺度和参数如下：

总长Loa138.00 m

垂线间长Lpp131.00 m

船宽B21.40 m

型深D11.00 m

结构吃水Ts8.05 m

设计吃水Td7.50 m

续航力11 000 n mile

干舷TYPE B

定员24 P

载重量（结构吃水）DWT（Ts）12 050 t

载重量（设计吃水）DWT（Td）10 650 t

主机MAN 6S40ME-B9.5 TII 1set

最大功率5 460 kW×124 r/min

装箱数：

二甲板不带船上800 TEU

二甲板存放在主甲板760 TEU

二甲板储存在货舱640 TEU

冷箱数50 FEU

2 主要研发特点

该船首先要满足常规多用途船的使用要求，总体的分舱布局、货舱型式、甲板舾装设备等，均具有多用途船的典型特征。该船尺度和吨位都不大，但是功能齐全、设备丰富，所以布置、结构设计和船厂施工的难度较大。整个船型“麻雀虽小、五脏俱全”，所以在整个开发设计的过程中，更加体现了“牵一发而动全身”的布置状态。

同时该船的突出特点是2台连吊能力达到500 t的吊机和货舱长度超过55 m。两者对布置的要求、视线的考核、结构的设计、稳性的计算均提出了挑战。对该船的主要研发特点阐述如下。

2.1 重吊的相关布置和计算

该船左舷配备2台250 t能力的吊机，满足连吊舷侧7 m位置的500 t货物的要求。吊梁长度达到21.5 m，超过船宽，起吊整个过程无浮箱平衡。

重吊布置要考虑以下问题：

1）吊臂覆盖全船所有集装箱、二甲板和吊梁的位置。

2）连吊后要考虑长件的回转空间。

3）吊臂的托架布置，1号吊托架布置在首楼上，首楼区域限制外飘防止抨击，所以面积紧张，需要利用系泊布置之间有限的空间；带缆桩布置在托架连根支柱之间，缆绳从支柱之间穿过。

4）1号吊机收藏位置，吊臂会影响舱盖的开启，为了船东使用的方便，吊臂收藏向舷外偏转合适角度，既避开舱盖，同时保证托架在首楼的加强和布置。

5）2号吊固定在尾部上层建筑，通过调整上层建筑舱壁型式，满足吊臂固定和视线的需求。由于二甲板存放在上层建筑前端壁之前，与吊机主钩会发生冲突，通过与二甲板厂商的多轮沟通，修改二甲板的分块和绑扎形式，在分厘之间满足主钩和二甲的布置需求。同时因为二甲板分块形式的改变，需要重新评定谷物装载。

6）在详细设计期间，船东要求改用电动吊机。由于吊机的尺寸加大，满足不了视线的要求，通过适当调整筒体的高度、驾驶室布置的修改和吊机位置微调等方法，满足规范对于视线的要求。

综上所述，在小型多用途船的设计中，牵一发动全身，船小导致布置上容易形成冲突，解决冲突的局部改动会带来一系列连锁反应，非常考验设计师的平衡协调能力和对全船的整体把握能力。

船东在规格书里明确舷侧横向最大起吊跨距为7 m。该船为了保证使用的便利性不设置浮箱，500 t重物联吊的配载和计算是一个难点。该船设置4对横倾水舱通过横倾泵进行高效对拨。

起吊过程是一个力矩平衡的过程。在起吊前的平衡阶段，需要在重吊所在侧预留足够的压载水，以便起吊过程中，通过调拨压载水来平衡重吊对船舶的倾侧力矩。由于该船重吊设于左舷，且左舷横倾舱预留了足够的压载水，导致起吊浮态往左舷倾侧。通过油水舱室及起始阶段底压载水舱的布置调整，满足起始浮态的需求及GM值的要求，压载水基本无余量。

对于重吊浮态的计算，除满载足压载水总的舱容要求，还应考虑设置足够的底压载舱容积，满足重物联吊的横倾配载和计算，也有利于其他稳性计算，建议适当抬高双层底高度。

2.2 推进系统的优化和节能减排

在SDARI以往的多用途船设计中，万吨级的船舶多数采用中速机加可调桨的方案。世界多用途船队的推进系统的配置也有这一特点。这样的配置有其合理性和设计的依据。在过去很长一段时间内，多用途船的航速一般会比常规散货运输船快，因此尾部线型会趋于瘦削。考虑到机舱紧凑，中速机的尺寸更能满足要求。可调桨方便配备轴带发电机（轴发），轴发满足日常生活用电的需求，还能满足进出港首侧推的用电负荷，不会导致辅机配备的大幅提高。

由于中速机的单位油耗相较低速机油耗明显偏高，螺旋桨转速的选取会影响螺旋桨直径，同等情况下可调桨的效率也会低于常规定距桨，3个因素叠加，将导致该推进系统油耗偏高。

在该船方案开发阶段，世界油价高昂，各国的经济学家预计油价将在很长一段时间内处于高位。同时整个航运界发展理念和趋势就是控制成本和节能减排，船东出于利润的考虑也会选择油耗更低，节能环保的设计。所以该船对整个推进系统做了改进和优化，以满足船东运营的需要。

在开发阶段，与船东积极沟通航线和航速要求，确定该船设计航速15 kn。同时，确定采用低速机加定距桨的方案，以期大幅降低油耗。该方案带来了如下的困难和挑战：

1）为提高船体推进效率，尾部线型瘦削，不利于主机的布置。为使货舱长度尽量大，机舱进一步被压缩。在主机调整到零余量的情况下，创新性地采用肋骨尾部打断设计，在方寸之间为船厂施工创造了空间，解决主机基座的焊接空间不足的问题。

2）低速机的吊缸高度会比中速机增加许多，该船采用双钩吊解决吊缸高度问题。

3）方案设计阶段，与船东和主机供应商对轴发方案进行了详细的实际成本测算。考虑到后期维护等费用，与不带轴发的方案相比，配备轴发的方案在经济上没有明显的优势。综合考虑后取消了轴带发电的设计方案，因而对整个电站负荷的把握至关重要。根据操纵性要求，该船配置首侧推。如果首侧推的功率较大，在没有轴发配合的情况下，会影响整个电站系统的配置。通过计算和船东的实际用船经验，最终确定该船首侧推功率600 kW。在常规电站的配置情况下，进出港时，如果没有冷箱开2台发电机；带有冷箱的情况下，开3台发电机。船东根据使用情况接受和认同这样的配置方案。

通过一系列对推进系统的优化，该船主机油耗降低到15.7 t，相比老船降低5 t左右。为进一步降低全船的燃油消耗，采用主辅机废气同时接入，增加蒸发量，降低燃油侧开启的频率，进一步降低整船的油耗。该船只设置船用汽油和重油两种油品，简化了系统的设计，满足全船设备使用的情况下，也满足排放区对于硫化物的控制要求。

2.3 破舱稳性的研究

在开发初期，考虑到该船采用长货舱形式，预判该船的破舱稳性会成为较大的装载障碍，从而影响配载的灵活性。在详细设计的初期，由于长货舱的布置，破损后进水量非常大，重心靠后，离浮心较远，尾倾太大，导致整个长货舱区域对于整船的贡献为零，破舱初步计算结果显示无法满足规范要求。在整体布局已定的情况下，采用了如下的应对措施：

1）在设计的初期对生产设计所有空气管的放样提出定性的原则：长度和宽度方向均靠船中集中。同时根据破损计算提供定量的高度要求。密切跟踪放样的整个阶段，对于改动及时判断和计算。

2）分析上层建筑前端壁所有门槛进水点的情况。经过优化计算，确定最少的密封形式改型（风雨密改水密）。同时适当调整门槛位置，满足使用的便利性。在日常通道上，风雨密使用更为方便。

3）调整货舱通道和风道的布置。在满足规范和使用便利的情况下，将通道和风道与货舱发生连带进水的概率降低到最低，使长货舱进水贡献为零的情况降到最小的范围。

4）该船适用概率计算，与装载的3个吃水情况的GM值选取有直接关系，而GM的限制直接影响装载的灵活性。通过对所有装载工况的定量分析，在完全满足船东装载便利的条件下，适当调整GM值在3个不同吃水的分布，提高最终的概率计算结果。

通过以上4项主要措施的严格把关，满足了该船破舱稳性计算的要求。通过该船的破舱计算和分析，对于后续项目的指导意义更大。我们通常认为货舱越长对破舱稳性的计算越不利，这个结论并非完全正确。影响该船破舱稳性的关键是长货舱的重心离浮心较远，大进水量导致致命的尾倾。在相同线型下，货舱长度从55 m增加到75 m的计算结果出乎意料，同等条件下75 m货舱的破舱稳性反而优于现有55 m货舱。

2.4 紧凑合理的全船布置经验

多用途船属于布置型船舶，而小型多用途船布置更为困难。该船布置方面的相关经验介绍如下：

1）常规货船一般分为3大区域：首部、货舱段和尾部。其中，尾部又分为尾部系泊和上层建筑区域。从经济上考虑，货舱区域应尽量大，相应地压缩首部系泊布置、尾部系泊、机舱长度和上层建筑长度，需要综合权衡。

2）首部系泊区域在综合考虑首部拍击的情况下适当外飘，增加系泊甲板面积。系泊甲板区域需要综合考虑锚绞机的尺寸余度，避免锚绞尺寸增加。设计初期应考虑挡浪板设置和首部吊机托架对整个布置的影响。在线型设计时，结构水线以上航速无关区域线型可适当外飘，也能为锚链舱的布置提供调整的空间。

3）机舱长度要兼顾主机的布置，在主机基座安装位置定位后再确定机舱前端壁的位置。尾部系泊长度与上层建筑长度要兼顾平衡。系泊区域主要考虑锚绞、物料吊的布置、圣劳伦斯锚机、相关区域机械通风风道和相应救生舱盖等布置。上层建筑的长度要满足定员布置要求，满足《海事劳工公约》（MLC 2006）对于舱室布置的要求。

在船舶吨位确定以后，主要的布置空间基本成形。对于水线以下部分，线型调整空间较小，水线以上航速无关区域开始适当外飘，便于展开布置和使用维护的便利。

2.5 总布置对于绑扎的考虑

多用途船上的绑扎主要包括：集装箱绑扎、二甲板系固以及其他适装货品的固定。在总布置的最初需要重点考虑前两者。

集装箱绑扎要明确船东的航线是否有美国港口的要求。如有，则工人不能站到箱顶进行操作。如需采用指定绑扎件，松散件对于纵舱壁和集装箱的间隙会有要求，对舱顶的集装箱堆重也会有相应变化。纵舱壁位置、舱底堆重需考虑上述要求的影响。

在没有OSHA要求的情况下，也要考虑到纵舱壁与箱子的间距，绑扎件长度太长，会导致工人操作困难，影响装卸效率。

多用途船上比较特殊的是二甲板的堆放和系固。可选区域为货舱、舱盖以及上层建筑前端壁与舱盖之间甲板。该船选择最后一个区域。二甲板的系固需要考虑到绑扎框架的空间，直梯通道的空间，避开重吊主钩的影响。在空间限制的情况下，可以考虑扭锁固定方式，需要专业厂家进行计算确定。

3 结语

该船型的成功开发设计是设计方、船东以及船厂三方通力协作的成果。SDARI在整个设计中承前启后，充分吸取了原有12 000 DWT多用途船丰富的设计经验并结合新的设计造船理念进行了优化和升级。

新12 000 DWT多用途重吊船是SDARI在万吨级货船领域开发出的全新船型，具备多用途船布置紧凑、功能齐全、灵活便利等特点，同时体现了油耗低、环保的最新设计理念，还满足重吊营运、长货舱、超长贯通甲板的市场需求。随着首制船的顺利交付，将会吸引整个航运市场和更多船东的关注，接获更多的市场订单。新一代12 000 DWT多用途重吊船被评为“2016年全球杰出船型”。

Development and Design of the New Generation 12 000 DWT Heavy Lift Multi-purpose Vessel

DU Lu-huiLU Fei
（Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

The new generation 12 000 DWT heavy lift multi-purpose vessel（MPV）is a brand new type in the“above 10 000 DWT”category of Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute（SDARI）.It featured compact layout，multi functions and flexibility，illustrated the latest design philosophy of low fuel consumption and environmental protection and also complied with the arising market demand on loading by heavy crane，in long cargo hold and on ultra long weather deck.The overview of the development and design of the vessel was introduced in the paper which especially focused on such characteristics as main dimension，heavy crane arrangement，propulsion system，general arrangement，damage stability and cargo secure system as well.

MPV；heavy crane；energy conservation；environment friendly；long cargo hold

U674.13+8

A

1001－4624（2016）02－0023－05

2016-09-20；

2016-11-20

杜鲁辉（1982—），男，工程师，从事船舶总体设计工作。卢菲（1984—），女，工程师，从事船舶总体设计工作。