28000 DWT重吊多用途船总体设计

周 妍王伟彬张 卓

（1.上海船舶研究设计院，上海201203；2.中远海运特种运输股份有限公司，广东广州510623）

0 前言

重吊多用途船是指船上安装重型起重设备用以载运重大件货的多用途船。这种船型通常是根据船东的揽货能力和运输货物的特征进行优化设计，一般拥有超重型吊机设备、超厚甲板和特种稳性系统，能够载运超宽、超长、超重大件货品的能力，属于定制型船。

新一代28000 DWT重吊多用途船是为船东中远海运特种运输股份有限公司定制，以运输超长、超重、超大件货品和装运便利性为基本设计目标的“海上大力士”，以满足船东不断升级和充实大甲板面重吊多用途船队的构想。

该船联吊能力可达700 t，首楼、尾楼与舱口盖顶齐平，组成长度为150 m左右的平坦无障碍露天货物甲板，全船无障碍甲板使用面积可达3600 m2，非常适合装载成套设备、工程项目重大件。因而，该船可不依托港口条件装卸大宗货物。该船交付后成为中远海特连接中非、中欧、中亚和中美设备运输的桥梁，更好地服务中国“一带一路”的倡议。

1 船舶概述

28000 DWT重吊多用途船是一艘单机单桨、低速柴油机驱动定距桨推进、低油耗、环境友好的重吊多用途船，适合无限航区航行。该船设单层连续甲板，主甲板以下从船首至船尾依次设首尖舱、设备舱、3个货舱、机舱和尾尖舱；上层建筑包括驾驶室位于首部设备舱上方；配备3台重型吊机，甲板上可装载集装箱和大型货物，货舱可装运谷物、煤、铁矿石、钢卷筒等散装货物和大件货，并适合装载部分危险品。该船主尺度如下：

总 长 179.67 m

垂线间长 170.60 m

型 宽 28.00 m

型 深 14.80 m

设计吃水 9.20 m

结构吃水 10.50 m

载重量 28000 t

服务航速 15.50 kn

船 员 27 p

该船入中国船级社（CCS），船级符号：

CCS ★ CSA General Dry Cargo Ship；ERS；Grab（20）；PSPC （B，D）；SOLAS II-2 Reg19；

图1 球首优化方案A

Ice Class B；Equipped with Container；Securing Arrangements；Loading Computer （S，I，G，D）；Inwater Survey

★ CSM，AUT-0；SCM；GPR；EEDI；BWMP；BWMS

2 线形设计优化

载重量和航速是一对矛盾。该船运用专业船舶流体力学CFD计算软件，对线形进行优化，降低阻力，提高推进效率，从而最大限度降低主机需要功率，达到船舶节能降耗的效果。在此基础上，该船的线形设计还考虑尽可能增加船舶方形系数，以提高船舶的营运能力，又出于对船舶实际营运的节能效果将耐波性（即减小波浪增阻）纳入优化的重点。

在线形优化过程中分别从改善球首线形，修改尾部纵流，调整浮心位置等多方面研究提高船舶快速性和耐波性的有效办法。首部优化时以船体兴波阻力系数为目标，并尝试浮心尽量前移以减少尾部过宽造成的风险；尾部优化时以总阻力系数及综合考虑推进效率和激振力的伴流为优化目标进行相应的线形修改和数值计算。通过修改球首剖面，优化球首高度和宽度等大幅减小首部兴波阻力峰值，见图1～图 3。

图2 球首优化方案B

图3 方案A和方案B的兴波比较

从表面压力看A方案在首部的低压区大于B方案；从自由液面波高看A方案首波高低于B方案。在方案A的基础上，再进行球首长度和宽度的优化，得到最终的线形方案。通过对球首和尾部螺旋桨区域进行多次精心改进，较好地解决了尾部来流不畅影响螺旋桨效率的问题。

由船模试验报告可知，该船排水量比母型船增加约1%，但同航速下螺旋桨收到功率减小4%～5%。该船首制船试航是在蒲式6级风的海况下进行，试航结果优于船模试验预报结果（见图4），体现了该船优秀的抗风浪性能。

可见，该船的线形设计有效实现了快速性和耐波性的双重优化目标。

3 总布置

多用途船的总布置设计主要考虑载货要求。该船以运输超长、超重、超大件货品的布置和装运便利性为基本目标，主甲板兼装集装箱，货舱需满足装运大件货的要求，并可装载危险品。该船的总布置见图5。

图4 首制船试航结果

图5 总布置图

3.1 主甲板布置

为尽可能扩大主甲板无障碍装货面积，便于装运大件货物以及提高在装运过程中的便利性，该船主要采取以下措施：

1）前岛型上建设计。将上层建筑包括驾驶室置于首部设备舱上方，彻底避免装载高大货品对视线的影响，主甲板最多可装运5层集装箱。同时，居住舱室远离机舱，有利于降低生活区的振动和噪声，提高船员舒适性。

2）在设计箱柱时，将箱柱的顶板与货舱舱口盖的顶板齐平，并控制相互间的间隙使其最小化，方便装货与日常维护的同时扩大有效甲板面积。

3）舱盖顶与两舷、尾部的顶甲板齐平，组成全长150 m平坦无障碍的露天甲板载货区域，全船无障碍甲板使用面积可达3600 m2，增强装载大型甲板货的能力。

4）该船将机舱棚布置在船舶左舷，即与吊机在同一侧，主甲板无障碍面积明显增加 （见图6～图7）。经过布置，该船露天甲板可一次性载运8台RTG门吊，RTG门吊单台净重达192 t，长29.3 m，高26 m，重心高13.6 m。

图6 机舱棚布置在右舷无障碍甲板面积示意图

图7 机舱棚布置在左舷无障碍甲板面积示意图

3.2 货舱区布置

该船共有3个大开口箱型货舱。货舱区设有双层底和双壳箱型结构，双层底以下设置压载舱，边舱设置压载舱、防横倾水舱和空舱。货舱区的布置优化主要考虑以下因素：

1）货舱区采用箱型结构形式。该船货舱内虽不装运集装箱，在首尾货舱线形瘦削区域，仍采用箱形结构设计，便于加大舱底可利用平面面积，增大装载灵活性，有利于杂货装载需求。

2）为满足船东在货舱内装载大件货的需要，单个货舱最大长度达54 m。

3）该船货舱区主甲板左舷配备2台350 t和1台100 t的吊机，最大联吊能力可达700 t，可不依托港口条件，满足市场上大部分大件重件货品的吊装要求。为解决吊机舷侧布置方案对船舶横倾的影响，采用不对称边舱设计，左舷边舱宽度稍宽，既满足了重吊布置和安全通道的需要，又降低了初始横倾，可以出港时少带压载水，提高出港装货量。

4）该船防横倾系统根据极限工况2台吊机联吊700 t重物的工作状态所产生的最大横倾力矩设计，全船配置4对防横倾水舱，满足不使用浮箱达到最大起吊能力。

5）货舱内配一层活动二甲板，设3个高度位置，每个高度沿船长方向隔一定距离设有嵌入式的二甲板支撑，可调节高度的二甲板布置有效提升船舶的装载适货能力。

6）该船二甲板存放位置有多种存放组合，可以存放在内底、货舱和舱盖，满足便捷存放。

4 破舱稳性研究

多用途船的破舱稳性研究与该类型船的布置紧密联系。在2009年1月以前铺龙骨的B型干舷货船满足国际海事组织海上安全委员会第58届会议通过《货船分舱和破舱稳性规则》（即（SOLAS）第II-1章B-1部分货船分舱和破舱稳性规则）。该规则适用于分舱长度为100 m及以上的货船（包括滚装船）。但2009年1月1日以后铺龙骨的B型干舷货船要满足破舱稳性新规则。该规则较以前的破舱稳性计算规则有很大改变，对计算有较大影响。

破舱稳性新规则与老规则相比，初始工况的定义与原来相比变化较大，体现在以下几个方面：

第一，增加了轻载航行工况。这样使计算指数A的吃水范围几乎涵盖了所有的航行工况所对应的吃水，并且对各吃水下未加权的A值也提出了要求：得到的分舱指数A=0.4AS+0.4AP+0.2AL，规范不仅要求A≥R，各分项A值 （未加权的A值）还要满足AS，AP，AL≥0.5R。 可见其加权系数的大小与对应吃水下的航行频率相关，这样就可以避免为达到要求的A值，片面过大的增加某一吃水工况下的A值，从而出现各个吃水工况下A值分布出现极度不均衡状况，与老规则相比具有一定的合理性。

第二，对于R的定义，其公式是根据更为全面的破损事故回归分析而来。对于LS超过100 m的船，根据新规则计算得的R值更大。

第三，在计算指数A时，旧规则假定船舶为平浮状态，不考虑实际服务工况的浮态；而新规则将实际服务工况的浮态，即纵倾大小也加以考虑。

第四，对3个初始工况下的舱室处所渗透率做了分别定义，吃水越小，货舱处所的渗透率就越大；相比旧规则定义干货处所对应所有工况下的渗透率均为0.70，新规则对货物处所的渗透率的定义显然大了很多。

由此可见，相比破舱稳性旧规，根据新规则计算的要求的分舱指数R值比原来要大。另一方面，对于相同的破损后的平衡状态计算出的指数A值却比原来要小。这样直接导致原来满足破舱稳性要求的船可能不满足新规则。

该船第二货舱舱长达到54 m，占分舱船长的30%，是破舱稳性损失的主要因素。通过将第二货舱边舱细分为4对压载舱作为防横倾水舱，有效提高分舱指数。更多的横倾水舱也提升了吊机工作时调横倾的灵活性。

5 节能环保设计

节能环保设计是为了更好地满足航运市场对节能的需求和日益严格的国际规范规则对船舶环保方面的要求，主要包括船舶能效管理、污染物排放、石棉控制、压载水管理、船员舱室噪声控制等方面内容。

2013年1月1日，船舶能效设计指数（EEDI）正式实施。EEDI反映了每吨-海里（货物载重容量）排放的二氧化碳数量。该指数包含了在设计阶段和新船建造阶段计算船舶能源效率的统一方法，并将通过鼓励提升船舶设计来控制未来新造船的二氧化碳排放的水平。

根据2014年4月4日通过的IMO决议MEPC.251（66），EEDI相关要求适用于2015年9月1日以后签合同的多用途船。因该船于2014年签订建造合同，虽然EEDI相关要求不适用该船，但对船舶设计而言节能、环保是永恒的主题，因此该船的设计过程中，仍以降低EEDI为目标，采用了多项绿色节能、环保设计措施。

减小EEDI指数需要从减小空船重量提高载重量、提高75%CMCR时最大吃水下的航速、降低所需的主机功率、降低单位油耗等方面着手。

为进一步提高船舶的能效指标，在船舶快速性研究领域，除了继续优化船舶型线外，在此基础上进行水动力节能装置的优化，可以比仅优化线型或不优化线型仅加装节能装置达到更高的节能效果。该船与702研究所合作开发了适用该船的节能装置，并在知名水池进行了试验验证。试验结果显示，榖帽鳍（HVAF的节能效果约为2.3%（见图8）。经过各方面的优化和努力，该船最终船舶能效设计指数（EEDI）达到了 III阶段要求（见图 9）。

图8 毂帽（HVAF）节能试验结果

图9 EEDI结果

6 结语

本文对28000 DWT重吊多用途船的总体设计进行了总结，该船在设计中对线形、布置、结构、螺旋桨、机电等领域进行了大量的优化研究，充分利用现有的成熟技术，具有能耗低、安全可靠、操作灵活及便于维护等特点，可满足一系列节能、减排、环保等海事新规的要求。

该系列首制船“大吉”号已于2017年2月投入运营。目前运行情况良好，受到船东高度赞赏，将成为船东更为节能、可靠的物流运输平台，为船东带来更大的经济利益，也将成为服务中国“一带一路”倡议的又一主力特种船型。

【新闻】

多款船型金秋十月连续交付

2017年10月 10日，上海船舶研究设计院（上船院）为山东海运定制设计、金陵船厂建造的第三代82000 DWT散货船“山东福慧”号交付，这是2014年签订的10艘82000 DWT散货船中的第3艘。该船型可满足未来一系列节能、减排、环保等海事海规要求，包括CSR、燃油舱保护、PSPC等生效的规则规范要求，配备了压载水处理系统，油耗指标相比同期设计大幅降低了约15%，达到了国际领先水平。此外，该船型舱口面积比母型船增大10%，提高了装货、卸货和清洗效率，减少了港口周转时间，得到了船东一致好评。第三代82000 DWT散货船共在国内12家船厂建造，订单超过100艘，目前已交付近60艘。

2017年10月11日，上船院设计、黄埔文冲建造的1900 TEU集装船2号船顺利交付中外运。该船总长171.99 m，型宽28.4 m，名义箱数1946 TEU，冷藏箱数350 FEU，航速 18.8 kn，入级 CCS，满足最新 MARPOL公约、MSC.337（91）、MSC.365（93）、MSC.1352、MLC 2006等国际规范规则要求，EEDI达到IMO第三阶段减排要求，是一款节能环保船型。该船研发团队深耕支线型箱船领域，利用庞大的数据库资源，优化了线型设计和总体布置，严控空船重量，对振动噪声进行详细预报并采取了多项减震降噪措施。

2017年10月20日，由上船院设计、扬州中远海运重工建造的64000 DWT散货船“OCEAN ADORE”号交付。该船是为民生金融租赁建造的12艘中第9艘。该船型性能优越、经济性佳。 （文/匡岩、刘红平）