新型西非宽体3 500 TEU集装箱船设计

颜绪赵峰

（上海船舶研究设计院，上海201203）

新型西非宽体3 500 TEU集装箱船设计

颜绪赵峰

（上海船舶研究设计院，上海201203）

3 500 TEU集装箱船是上海船舶研究设计院自主研发的新型集装箱船，主要运营于西非航线，采用了宽体、尾机型设计，为同级别中少数配置甲板吊机的船型。该船具有节能环保、14 t/TEU重箱指标高、港口及货物适应性好、建造成本低等特点。从机舱布置、振动噪声控制、线型设计、宽体设计等方面，介绍3 500 TEU集装箱船详细设计的技术概况和设计特点。

集装箱船；西非航线；尾机型；宽体

0 前言

上海船舶研究设计院（SDARI）设计的第一代3 500 TEU集装箱船型，是我国自主开发设计、制造并已批量交付使用的集装箱船，为上海船厂船舶有限公司（上海船厂）获得了31艘订单，创造了巨大的经济效益。新型西非宽体3 500 TEU集装箱船是第一代3 500 TEU集装箱船的升级换代船型，其设计亮点和推向市场的时机都紧紧把扣住了市场脉搏。

纵观2009年的市场行情，可谓有利有弊。不利因素显而易见，全球金融危机使火爆的航运市场骤然降温，运价持续大幅走低，船东失去造船的热情，新船市场近乎冰封。潜在的利好在于，一方面巴拿马运河拓宽的预期兑现，掀起了宽体集装箱船设计的热潮；另一方面，因国际油价高企，降速降耗成为共识，现有集装箱船队的经济性堪忧，船队更新需求是客观存在的。当时的市场充满了不确定性，唯一可以确定的是，当上述的利大于弊时，将是市场的引爆点。SDARI抓住了市场将动未动之际，适时推出了顺应市场需求的新型3 500 TEU集装箱船，赢得了欧洲著名班轮公司NILE DUTCH的青睐，在上海船厂下单建造4艘，合同金额超过2亿美元。首制船于2014年6月顺利交付船东，载重量、航速、振动噪声等主要性能指标均达到合同要求，船东对该船型的设计十分满意。

1 总体设计概况

新型3 500 TEU集装箱船是一艘单机单桨、柴油机推进的现代化集装箱船，可用于装载各种类型的集装箱，适合全球航行。

该船总体布置为倾斜船首，带球鼻；配置首侧推器；机舱采用尾机型布局；选用定距桨。该船设置首楼、尾楼，采用长首楼布局，起居处所及驾驶室位于船尾部。全船共设6个货舱，甲板上设置1层绑扎桥，配置3台甲板吊机，如图1所示。

图1 总布置图

该船的主甲板最多可装载8层14列集装箱，货舱内最多可装载7层12列集装箱（含2层9英尺集装箱，1英尺=0.304 8 m）。主甲板可以装载45英尺集装箱。全船在主甲板及货舱内总共配置466个冷藏箱插座，14 t/TEU重箱数2 760 TEU，名义箱数占比高达79%。主甲板及第1～5货舱适合装载危险品。

该船的主要尺度和参数如下：

总长224.00 m

垂线间长213.00 m

型宽34.80 m

型深19.30 m

设计吃水11.50 m

结构吃水12.50 m

载重量（结构吃水）47 200 t

总吨位39 106

净吨位16 794

集装箱容量甲板上1 980 TEU

货舱内1 528 TEU

总计3 508 TEU

重箱数14 t/TEU 2 760 TEU

主机MAN-B＆W 6S70ME-C8 1台

功率MCR 19 620 kW×91 r/min

服务航速（考虑15%航海储备）20.0 kn

续航力20 000 n mile

航区无限

船员28 P

挂旗国荷兰

船级符号：

GL+100 A5，E，Container Ship，NAV-O，DG，IW，BWM，RSD（25），ERS，+MC，AUT，CM-PS

2 主要设计特点

该船采用了宽体化设计，是同级别集装箱船中为数不多配置甲板吊机的船型，具有优良的港口适应性和货物适应性。14 t/TEU重箱指标和燃油性能优良，建造成本低，经济性极佳。此外，该船在振动噪声控制方面，也有一定的独到之处。

2.1 尾机型布置

该船被船东用于西非航线的运营。考虑到西非港口的基础条件限制，该船采用了尾机型布局，并且布置了甲板吊机。

相较于中尾机型布局的第一代3 500 TEU集装箱船，新型3 500 TEU集装箱船总长压缩了7 m，可以停靠更多的西非港口。尾机型布局省去了在上层建筑后方布置甲板吊机，可以用尾抛艇代替两舷艇，既提高安全性，又有效降低建造成本。船长的压缩有利于降低空船重量、舵机扭矩、甲板系泊设备配置等，进一步降低建造成本。尾机型也在机舱布局规划方面对设计提出了更高的要求。

2.1.1 机舱布置

尾机型布局缩短了机舱长度，使得主机安装位置更加靠近线型狭窄的尾部。同时，该船尾部线型针对伴流的优化处理，使得机舱舭部V型趋势更加显著，给机舱布置带来更大的挑战，见图2 a）。为了方便船员维护，该船机舱平台的布局从三层平台优化为两层平台，进一步加大了机舱布置的难度，见图2 b）和c）。

图2 机舱布置

该船通过增设局部平台、提高设备整合度、合理布局设备及舱柜、缩短管系电缆敷设距离等多项措施，充分利用机舱空间，既保证了设备的布置，又留出了足够的通道和维修空间，使得机舱紧凑而有序，方便船员使用。

2.1.2 振动噪声控制

相较于中尾机型布局，尾机型布局使得船员工作和生活区域更加接近螺旋桨（船舶振动噪声主要激励源之一）。而该船挂旗国（荷兰）对振动噪声的要求高于IMO A.468（XII）以及后续生效的MSC.337（91）的要求。该船主机装机功率近20 000 kW，如何克服尾机型布局对振动噪声控制的不利影响，满足挂旗国的严格要求，是该船的一大设计难点。

1）该船从控制振源入手，提高对螺旋桨空泡性能的要求，对设计脉动压力加以限制，空泡试验结果见表1。该船设计吃水和压载吃水状态下的面空泡裕度达11%KT（推进系数），而脉动压力也优于HSVA数据库中同尺度船型，是成功控制振动噪声的基础。

表1 空泡和脉动压力

2）该船进一步优化了上层建筑结构，4道外部结构围壁，连续过渡到机舱上平台，形成坚实的“地基”。而在上层建筑内部，设置上下连续的3道纵向结构围壁，既增加上层建筑刚度，又有利于振动噪声能量的传递与扩散。

3）该船对振动噪声进行了计算分析预报。根据预报分析结果，该船上层建筑固有频率避开了遭遇频率，不会产生共振。对存在隐患的节点，进一步加强，使得预报的各测量点的噪声水平均在规范允许值以下。

最终，试航实测振动噪声水平验证了以上措施是十分有效的，全船振动噪声均满足规范和挂旗国要求。

2.2 宽体化设计

2006年，由巴拿马运河管理局组织的全民公投通过了巴拿马运河扩建方案，解除了巴拿马船宽的“紧箍咒”，使得船舶宽体化设计成为了业界新热点。新型3 500 TEU集装箱船是SDARI推出的第一批宽体化集装箱船，型宽34.8 m。相比第一代3 500 TEU集装箱船，货舱内及舱口盖上各增加一列集装箱。宽体化设计有效地提高了14 t/TEU重箱数指标。该船重箱数2 760 TEU，名义箱数占比由常规设计的72%提升至79%。由于稳性的改善，压载水携带量降低，减少了船员交换处理压载水的工作量以及船东营运成本。

宽体化对该船设计主要有两方面影响：线型设计和压载舱布置。

2.2.1 线型设计

宽体化集装箱船的长宽比L/B较小、宽度吃水比B/T较大，对线型设计提出了较高的要求。该船长宽比L/B低至6.121，加之尾部线型要更多考虑尾机型布局下主机的布置空间，进一步加大了该船线型设计的难度，采取了以下措施：

1）通过多目标比较，选取了适合的母型船。

2）根据船型的使用特点和主机、螺旋桨布置要求，确定线型的主要特征：首部横剖面形状偏V型，浮心较一般的线型更加后移，尾部纵剖线的斜率要兼顾快速性、稳性和适航性的要求。

3）通过CFD分析计算进一步优化线型，在主尺度比不利的前提下，剩余阻力系数Cr与第一代3500TEU集装箱船基本相当。通过优化尾部伴流（见图3）和螺旋桨设计，推进效率ηd整体水平从第一代3 500 TEU集装箱船的0.72提高到0.78，使得新型3 500 TEU集装箱船同航速下主机日油耗下降22%，单位重箱（14 t/TEU）每海里油耗下降40%，EEDI低于基线40%，可满足第三阶段的能效指标要求。

图3 伴流优化

2.2.2 压载舱布置

宽体化设计有效地改善了船体稳性，减少了在配载时所需的压载水量。经过计算，该船如采用常规的压载舱布局（见图4 a）），稳性将明显富余，无法充分发挥上述优势，不利于提高重箱数指标。因而该船压缩了底压载舱舱容（见图4 b）），既可提升该船重箱数指标，又使得单位重箱所需压载水量减少了10%以上，做到了环保节能。

采用这样的压载舱布局也产生了两个新问题。

1）不满足SOLAS对双层底完整性的要求。需按照SOLAS II-1，Part B-2，Reg.9的规定，校核所有底压载舱的底部破损；

2）底部压载舱的空气管无法按常规设计。经由边压载舱延伸至主甲板，需要局部增加“背包”来解决（见图5）。相应的，在计算破舱稳性时，应考虑由此产生连贯进水的情况。

图4 压载舱布局

图5 压载舱“背包”设置

2.3 甲板吊机的布置

该船是在同级别集装箱船中为数不多配备甲板吊机的船型，货舱区配载3台吊机，可以覆盖全船所有箱位，以适应西非航线部分港口简陋的基础设施条件，提高装卸效率。该船甲板吊机选用了液压油缸吊，避免了吊臂存放位置与集装箱堆放的冲突，可以提高最大装箱数。

甲板吊机布置对设计的影响主要体现在对视线和重箱数的影响。

2.3.1 对视线的影响

相较于第一代3 500 TEU集装箱船中尾机型的布置，新型3 500 TEU集装箱船尾机型布置使得驾驶室视点更为靠后（见图6）。甲板吊机也无疑扩大了驾驶室盲区的范围。另外，该船要满足德国船级社（GL）一人桥楼NAV-O符号的要求，驾驶室设计经过综合权衡才确定了布置方案，满足了规范要求。

2.3.2 对重箱数的影响

该船甲板吊机选用液压油缸吊，可以提高最大装箱数，但也明显提高了该船的空船重量和重心高度，从而影响重箱数指标。经过计算，受甲板吊机的影响，该船14 t/TEU重箱指标减少了近40 TEU。但考虑西非航线港口条件，该船在降低港口营运成本和提升装载能力方面进行平衡和折中，布置甲板吊机后重箱占比仍高达79%，在国内外同级别船型中具有较强竞争力。

图6 两代3 500 TEU集装箱船对比

3 结语

新型西非宽体3 500 TEU集装箱船，是SDARI把握技术发展趋势和市场动向，考虑船厂的建造成本而开发的新型宽体集装箱船。2010年一经推出便为上海船厂船舶有限公司赢得了4艘总价值2亿美元的订单，创造了可观的经济效益，在船市的严冬中不失为难得的亮色。

2015年，该系列船已经全部成功交付。在船东实际运营中，该船凭借其优良的装箱指标和油耗性能，表现出极佳的经济性。船东对该船设计水平十分满意，将其作为了官网首页背景。

该船型的开发设计建造，为SDARI在集装箱船宽体化、尾机型布置、振动噪声控制等领域提供了良好借鉴和优秀母型，有助于提升SDARI在集装箱船领域的设计水平。

Detail Design of a New Type Wide Body 3 500 TEU Container Vessel for West Africa Route

YAN XuZHAO Feng
（Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

3500TEU container vessel was a new type one independently developed by SDARI，mainly serving for west africa route.With the characteristics of wide body，engine room located in the aft and deck cranes seldom equipped in the similar type.The vessel featured energy saving and environmental protection，excellent 14 t/TEU intake index，high flexibility for both port and cargo and low construction cost.Such aspects as engine room arrangement，noise and vibration control，hull line and wide body design were presented in the paper，illustrating an overview and key technology of the vessel in detail design.

container vessel；west africa route；stern-engined ship；wide body

U674.13+1

A

1001－4624（2016）02－0028－06

2016-06-05；

2016-10-30

颜绪（1983—），男，工程师，从事船舶总体设计工作。

赵峰（1985—），男，工程师，从事船舶总体设计工作。