特种用途船舶分舱稳性计算的应用分析

李学菊，张海华

（1. 中国船级社规范与技术中心，上海 200135；2. 中国船舶科学研究中心上海分部，上海 200011）

特种用途船舶分舱稳性计算的应用分析

李学菊1，张海华2

（1. 中国船级社规范与技术中心，上海 200135；2. 中国船舶科学研究中心上海分部，上海 200011）

简要介绍了特种用途船破损稳性的计算原理和适用规则。以某型特种用途船为例，分析了影响要求的分舱指数R值和达到分舱指数A值的主要参数，以及提高指数A的相应措施。通过分析通风管路布置、长艏楼中梯道口的型式以及横向破损宽度的要求，解读了规则中一些较难理解的条款，分析其对特种用途船的影响，并提出了相应的优化措施。

特种用途船；分舱指数A；优化措施

0 引 言

随着船舶市场的多样化，特种用途船的需求量将日益增加。然而，由于船舶功能的特殊性使得这类船型尺度受限且布局紧凑，关键是如何满足船舶分舱稳性的要求。

这类船舶多为中机型、长艏楼、艏/艉均设有压载水舱，当船舶的用途、核运人数、航速和航行海域、燃油舱、淡水舱及各种辅助设备舱室的位置确定后，船舶的分舱就不可修改。在分舱确定的情况下，分析影响分舱稳性计算的主要参数，在不改变船舶分舱的基础上通过计算参数的选取使其满足分舱稳性要求。并根据特种用途船的特点，分析管路布置以及长艏楼中梯道开口的型式等对分舱稳性计算的影响，并提出了相应的优化措施。

1 分舱稳性要求

载有12名以上特殊人员、≥500gt的船舶称为特种用途船。海上安全委员会2008年5月13日MSC.266（84）决议［1］通过了特种用途船安全规则（简称SPS2008规则），以此替代了原来A.534［2］通过的SPS（Special Purpose Ships）规则。SPS2008规则中规定特种用途船的分舱和破损稳性应符合SOLAS（国际海上人命安全公约）［3］第II-1章中客船的要求。概率破损稳性的要求是船舶达到的分舱指数A≥要求的分舱指数R：

1.1要求的分舱指数R

式中： Ls——分舱船长；N1——救生艇可供使用的人数；N2——船舶在N1以外允许载运的人数。

因特种用途船上配备的特种人员被认为具有良好的身体，对船舶布置有相当的了解并受过安全程序及船上安全操作训练的人员，因此特种用途船要求的R可以根据载运的人数进行折减：

1） 核准载运240人或以上，R值按式（2）计算；

2） 核准载运不超过60人，R值为式（2）计算结果的0.8；

3） 对于超过60（但不超过240）人，R值应在上述“1）”和“2）”值之间线性内插确定。

1.2达到的分舱指数A

达到的分舱指数：

式中：As、Ap和Al——分别为夏季载重吃水，部分载重吃水和轻载吃水工况下的分舱指数。

每个吃水的指数均为所考虑的全部破损情况所起作用的总和：

式中：pi——破损概率； si——生存概率。

破损概率pi与舱室布置有关，主要是横向水密舱壁及边舱舱壁。

任何初始工况 di生存概率因数 si的计算公式为：

θe是任何进水阶段的平衡横倾角。

式中：排水量——处于分舱吃水时的完整排水量；Mheel——最大假定横倾力矩：

2 计算因素实例分析

满足规则要求，其实就是尽量减小R值和增大A值。以某特种用途船为例，分析影响R值和A值的主要因素。主要参数见表1。

表1　主要参数

2.1影响R值的因素

从R值的计算公式可知，影响R值的因素有分舱长度Ls和参数N。当船舶用途、总吨和核准运载总人数确定后，Ls的变动范围不大。

当救生艇使用人数N1确定（如N1=120，则N2=0）时，通过计算得出Ls对指数R的影响较小（见表2）。

表2　分舱长度Ls对要求分舱指数的影响

当分舱长度Ls确定（Ls=100m）时，参数N对指数R仅在小数点后第3位开始有影响（见表3）。

表3　救生艇使用人数N1对要求分舱指数的影响

从表2可知，分舱长度Ls和参数N对要求的分舱指数R值影响不大，因此通过修改这两个因数来降低指数R的方式效果不明显。

2.2影响A值的因素

计算A指数时需要用到3个初始装载工况。这些装载工况由平均吃水T、纵倾Trim及初稳性高度GM定义。

2.2.1平均吃水T的影响

3个初始工况中最深分舱吃水ds与夏季载重线吃水相同，部分吃水dp=0.6ds+0.4dl，轻载吃水dl为营运工况中的最小吃水，通常情况下是压载到港工况对应吃水［4］。

当空船质量重心确定后，可以通过调节压载水获得不同的轻载吃水工况。因ds已不可修改，而 dp通过ds和dl计算得到，因此dl的选取非常重要（见表4）。特种用途船不像货船和客船有着严格的载货量或载客量要求，因此压载水舱配置的可调节范围较大。

表4　不同轻载吃水dl时的A 值

从表4可知，其他条件相同仅轻载吃水不同时，达到的分舱指数A、轻载吃水指数Al和部分吃水指数Ap随吃水T的增加而递减。由于还要综合考虑螺旋桨浸没和完整稳性衡准要求，所以压载到港工况的吃水也不可能无限制地减小，但是可以证明通过调节压载到港工况的吃水T来得到最大的分舱指数A是可行的。

2.2.2计算纵倾影响

计算A时，最深分舱吃水ds和部分分舱吃水dp应采用水平纵倾，轻载航行吃水dl采用实际营运纵倾［4］。如果在任何营运工况下与计算纵倾相比较，纵倾的变化大于0.5%Ls，应按照相同吃水但不同纵倾另行提交一个或多个A的计算［5］，使所有营运工况下的纵倾与一个计算所用的参照纵倾相比之差小于0.5%Ls（见图1）。

图1　不同吃水对应的纵倾限制范围

因装载手册或装载计算机中所有工况都要满足纵倾范围，而手册中的纵倾值是相对垂线间长而言的，所以一般实际送审船级社的文件中用到的计算值是0.5%Lbp，这样两个数值才具有可比性。

从表5可知，在船舶平浮和有较小艏纵倾值时分舱指数A值较大，其他纵倾值时指数A较小。由于船舶首倾不利于浮态和完整稳性衡准的满足，因此轻载吃水工况对应的纵倾值应尽量调节至零纵倾。

表5　轻载吃水dl为定值，不同纵倾值Trim对应的A值

2.2.3GM值

初始工况 GM值的选定主要取决于装载手册中总完整稳性工况的设定。破损稳性设定的 GM值与完整稳性要求的 GM值构成的包络线必须包络装载手册中所有营运工况的GM值（见图2）。

图2　最小GM曲线

从表6可知，GM值对指数A的影响是最明显的，随着GM值的增大各项指数A、Al、Ap、As值不断地增大，但是较大的 GM值会增加营运工况的配载难度，因此选择一个合理的GM值非常重要。

表6　其他条件不变，不同GM 对应的A 值

3 特殊性布局对破损稳性计算的影响

通过分析，发现特种用途船的管路布置和长艏楼中的梯道开口对达到的分舱指数A有着较大的影响。

3.1管路布置

SOLAS/II-1/B-1/7/7中规定，如果在假定破损范围内设有管子、通道或者管隧，其布置应确保累进进水不会扩展到那些假定进水的舱室以外的其他舱室。

对于特种用途船而言，这类布置非常困难。特种用途船由于人员较多，配备的居住处所和生活娱乐场所也较多，为了满足基本生活条件及舒适性要求，供水及污排水系统和空调管路系统非常复杂。发现有很多管路因布置不当而穿过多个水密舱，或采用类似中央空调的形式一个空调机给几个区域处所服务，导致空调管遍布全船。还有些管路及通风管路是因为主甲板上有设备遮挡导致不得不穿过水密舱壁。这种情况在计算分舱指数时就要考虑延伸进水问题，如果管路通过的水密舱壁较多，那么达到的分舱指数一定会大打折扣。

建议：1）布置空调管系的时候，建议一个水密分割区域布置一台空调机；2）如果必须穿过水密舱壁时，管路在垂向应尽量靠近舱壁上部，在横向尽量靠近船中，如果管路与另一区域舱壁的距离s小于一个扶强材结构尺寸，如图3，可视为舱壁（甲板相同）的一部分。

图3　管路布置

3.2长艏楼内的梯道开口

特种用途船通常具有长艏楼，主要功能是供人员就餐及活动场所。因此从使用功能上说，在艏楼甲板上设置水密舱壁是不可行的，即使是在梯道上设置水密门也会给实际使用带来诸多不便。特种用途船多为中机型，即机舱布置在船舶中部，所以艏楼内部会设置多个梯道通向主船体，那么梯道开口的位置及形式就显得非常重要。如这些梯道门为普通防火门，那么在破损稳性计算中这些点将被设置为内部进水点，而这些点在主甲板上，垂向位置较低，对计算指数A的影响很大。若这些梯道门为风雨密门，那么计算中可以设置为风雨密点，当没有被最终平衡水线淹没时，其影响较小。因此这些开口应尽量布置在靠近船舶中心线位置，且围壁及开口型式最好为风雨密型。

3.3破损宽度范围

SOLAS/II-1/B-1/7/5中规定，横向范围小于 B/2的所有破损情况都可以计入计算公式，该横向范围是从舷侧向内垂直于最深分舱吃水线处的中线量取，如计算船舶右舷的破损指数，破损区域阴影区域（见图4），而不是按照船舶中心线划分左右舷。

图4　横向破损范围

因特种用途船具有快速性的要求，船身较瘦长，因此仅就破损稳性而言，船舶首尾区域的舱室布置为左/右对称舱室就显得没有必要了。

另外，对于双层底布置的要求［6］，所有特种用途船视为客船，应满足SOLAS第II-1/9条要求。

4 结 语

1）通过对分舱长度Ls和参数N的分析，发现其对指数R的影响很小。在船舶功能确定后，要求的分舱指数R值很难降低；

2）通过分析初始工况中吃水T、纵倾值Trim和初稳性高度GM值对达到的分舱指数A的影响，对各种影响因素有了一定的了解，当破损稳性不能满足要求或者过于富裕时，可以比较迅速且有针对性地进行修改；

3）通过管路布置、长艏楼中梯道开口型式以及船舶横向破损范围等的分析，解读了规则中的具体条款，了解哪些条款对特种用途船来说需要注意；但是，在设计初期易被忽视。

影响分舱稳性计算的因素有很多，本文仅针对影响指数R值和指数A值的计算参数进行了分析，以及特种用途船的一些常规特点如管路布局和长艏楼梯道口型式进行了探讨。希望可以对特种用途船的设计起到借鉴作用。

［1］ Resolution MSC.266（84）. Code of Safety for Special Purpose Ships［S］， 2008.

［2］ Resolution A.534（13）. Code of Safety for Special Purpose Ships［S］， 1983.

［3］ The International Convention for the Safety of Life at Sea （SOLAS）［S］， 2009.

［4］ 张高峰，等. SOLAS 2009 极限GM曲线中纵倾范围的考虑［A］. 上海市造船工程学会，2008年学术年会论文集［C］. 上海：2008.

［5］ 孙家鹏. 破舱稳性新规范探讨［J］. 上海造船，2009 （4）： 28-33.

［6］ 陈晶晶. SOLAS对双层底要求研究［J］. 船舶与海洋工程，2012 （2）： 62-66.

Analysis on the Application of Specialized ship's Subdivision Stability Calculation

LI Xue-ju1， ZHANG Hai-hua2
（1. China Classification Society Rules & Technology Center， Shanghai 200135；2. Shanghai Branch， China Ship Scientific Research Center， Shanghai 200011）

This paper briefly introduces the damage stability calculation principles and applicable rules of specialized ships. Taking a type of specialized vessel as the example， the main parameters influencing the required subdivision index R and the attained subdivision index A， as well as the measures to increase the index A are analyzed. Through analyzing the requirements on ventilation piping arrangement， stairway type in long forecastle and transverse extent of damage，some rule articles which are difficult to understand are interpreted， their influence on specialized vessels are analyzed，and corresponding optimization measures are proposed.

specialized vessel； subdivision index A； optimization measure

U661.2+2

A

2095-4069 （2016） 01-0059-06

10.14056/j.cnki.naoe.2016.01.012

2015-04-14

李学菊，女，硕士，工程师，1983年生。2009年毕业于哈尔滨工程大学船舶与海洋结构物设计制造专业，现主要从事船舶稳性专业研究工作。