船舶-重大件货物一体化设计

王伟彬

(中远海运特种运输股份有限公司, 广州 510623)

据统计，国际贸易中有90%的货物运输是通过船舶完成的，随着世界经济不断发展，贸易量不断增加，船舶运输量和建造量同步增加，新建造的船舶逐步大型化得到世界航运协会(World Shipping Council,WSC)及航运界的认可，18 000 TEU集装箱船、40万t大型矿砂船(Very Large Ore Carrier，VLOC)和30万t油船陆续下水运营，对航运界降低成本起到很好的作用。受运输方式专业化、合同大单化、运输设备模块大型化和杂货规模化等因素影响，中远海运特种运输股份有限公司(以下简称“中远海特”)在设计、建造船舶时，将船舶大型化作为一个重要方向，并将其付诸实施。中远海特已交付使用的载重量28 000 t多用途船和载重量36 000 t多用途船在适航性、适货性和安全性等方面均有很好的表现，取得了良好的经济效益。

本文基于船舶大型化，结合商业运输船的商业需求和运输利益最大化需要，以中远海特建造的新型载重量28 000 t多用途船为例，就新造船舶在设计、建造和管理等关键环节中落实相关标准的要求，从而满足船舶运营与重大件货物利用一体化的问题进行研究和探讨[1]。

1 新型载重量28 000 t多用途船特点

1.1 船舶主要参数

该新型载重量28 000 t多用途船可兼作特种重大件货船运输船,其主要参数为:船长179.57 m;两柱间长170.60 m;船宽28.00 m;型深14.80 m;设计吃水9.20 m;满载吃水10.50 m;最大载重量28 000 t。该船主机为：WARTSILA 6RT-FLEX50D(delta tuning)，CMCR 7 000 kW×95 r/min，CSR(85%CMCR) 5 950 kW×90 r/min。

1.2 船舶设计总布置图

按照以上主要参数，设计该新型载重量28 000 t多用途船的总布置图见图1。

1.3 设计特点

1.3.1适货性

(1) 该新型载重量28 000 t多用途船具有更加规整的箱型货舱，适于装载重大件货物和目前市场上的主流货物。为满足航运对重吊船大舱容、大开口、大面积开敞甲板和单位负荷的要求，在细节上对造船设计方案作进一步调整。例如,将艉部机舱烟囱棚与克令吊同侧布置，并将驾驶台(生活区)布置在艏部，使得开敞甲板更加连贯，有利于在甲板面上装载超长、超宽的货物，同时保证船舶具备装载超高货物的能力(如图1所示)[2]。

(2) 该船布置有3个长度分别为53 m，29 m和20 m的货舱，以保证装载的灵活性。

(3) 连续甲板长度达149 m，艉部可伸出，在一定意义上对装载长度没有限制。舱内可装载54 m长的货物，甲板上可装载1 035 TEU集装箱。

(4) 配备2台350 t克令吊和1台100 t克令吊，抬吊负荷高达700 t(见图2)。

1.3.2经济性

(1) 线型优化设计：采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件对船舶线型进行反复计算和比对，对艏部线型和艉部线型进行优化，从推力减额和艉部伴流2方面改善船舶的快速性能，从而达到减小阻力、提高推进效率的效果。

(2) 机桨配合优化设计：设计航速从15.2 kn降到15 kn，采用WARSILA 6RT-FLEX50-D新型电喷主机达到降低主机转速、提高船舶推进效率的目的。考虑到艉部轴线抬高会降低船舶的快速性,在吃水不变的前提下减小叶稍间隙不利于控制船舶振动,艉框抬高会给船舶线型的设计带来更高难度,压载工况下增加油耗会使船舶营运成本增加,六缸主机与五叶螺旋桨振动耦合的概率相对较低，在设计时选择五叶桨(直径为6.1～6.2 m)来满足机桨配合的需要(所采用的四叶桨设计直径应为6.5～6.6 m，吃水受影响)。

(3) 设备的选用：船舶设备均采用性能较为优良的产品，以利于船舶维修保养和降低故障率。

(4) 节能装置的选用：五叶桨的涡流较大，采用削涡鳍可消除大部分桨后涡流，故采用已在中远海特应用成熟的PBCF节能装置组合，可提高2%～3%的推进效率；同时，选用燃油均质机，引进全船能效管理系统等，提高船舶营运过程中的经济性。

(5) 该多用途船(不含节能装置)的船模试验结果(见图3)显示：与原船型相比，该船在相同吃水下增加500 t的排水量，在相同航速下所需的有效功率反而降低1%；在航速为15 kn时，有效功率由原来的3 821.3 kW降至3 787.2 kW,理论油耗由原来的26.40 t/d降低至23.10 t/d(包含15%SM),每天节省3.3 t燃油，EEDI数据由原船的-17.97%提高至-41.39%，满足phase III的要求。

1.3.3商业航运及重大件货物运输优势

(1) 无限航区，连续航程设计为18 000 n mile。

(2) 在承重要求上，设计货舱内底、舱盖及艉楼甲板等处的承载能力见表1和表2。

图4为该新型多用途船货舱结构图。

2 实际重大件货物载运方案

2.1 特种重大件运输船设计理念一体化

从表1、表2和图4中可看出，该新型多用途船具备运输重大件货物的能力。出于载运重大件货物考虑，在设计时采用连续甲板，艉部机舱烟囱棚与克令吊同侧布置，保持驾驶台(生活区)在艏部，设计足够的负荷强度，对装载车辆等重大件货物较为有利。

该船配备有2台350 t克令吊和1台100 t克令吊，抬吊负荷高达700 t，装卸较为方便。该船配备有先进的压载水调平系统，能满足装卸重大件货物时的动态稳性要求。

表1 新型载重量28 000 t多用途船负荷情况

表2新型载重量28000t多用途船货舱底舱内3层空间高度情况

内 容承载能力/(t/m2)3个货舱高度h/mm3个货舱面积/mm2内底～1#层PANTOON吊装20412053840×23022,20950×23022,29910×23022内底～2#层PANTOON吊装20672053840×23022,20950×23022,29910×23022内底～3#层PANTOON吊装20822053840×23022,20950×23022,29910×23022内底～顶#层PANTOON吊装201246053840×23022,20950×23022,29910×230222#层～3#层PANTOON3.5410053840×23022,20950×23022,29910×230223#层～顶#层PANTOON3.5424053840×23022,20950×23022,29910×23022注:(1)货舱有3个可变高度的舱室,可根据需要调节其高度及空间,底舱负荷20t/m2,PANTOON负荷3.5t/m2; (2)1#舱和3#舱的艏部及艉部随舱底收窄; (3)甲板的高度无限制,通过计算满足稳性要求; (4)结合需装载的重大件货物的首尾间距、左右间距及其系固要求,经计算该船的负荷满足要求

2.2 商业运输与特种重大件货物运输管理规范一体化

该新型多用途船可载运重型设备及小型运输船。

(1) 吊装运输船。根据原载重量28 000 t多用途船实际装卸运输船吊装现场(见图5)说明吊装的可行性。所吊装的运输船一般重300～600 t，该新型多用途船的克令吊规格为单吊350 t，抬吊700 t，能满足吊重要求。将运输船放置在舱盖上需用到支撑架，因此支撑架是必须配备的吊装装置，而一般船舶不配备该装置,因为会增加船舶重量，影响经济效益。

运输船放置在甲板上的具体位置需按照肋位计算(见图6)。以放置在2#舱的肋位处为例，若在强度计算上不满足局部强度要求，可用二层舱盖板铺垫，分散载荷，例如采用PANTOON二层舱板平铺甲板面分散载荷(见图7)。若在设计船舶时没有考虑该装载工况，则投入运营之后会破坏PANTOON的完整性和强度，产生额外的费用。

对于吊重中心点的设定，该新型多用途船的克令吊分别设置在船舶的FR40肋位(最大外伸36 m)、FR95肋位(最大外伸38 m)和FR155肋位(最大外伸38 m)处，满足标准对装备装运中心点的要求。

(2) 载运重型设备。以装载重量为67 t,两轮履带宽度为3 000 mm的重型设备为例进行计算，该设备可装载在舱内，且必须按照强度要求放置到位，同时承重位置最好在肋位上(见图8)。

(3) 吊装重型设备到船艇上。按照吊装要求进行吊装即可，吊装重量限制在350 t以内，若重量超过350 t，则需抬吊。此外，总重量不能超过700 t。

(4) 重型设备在甲板面上滑行。由于甲板面的长度和宽度能满足重型设备的滑行需求，1#舱、2#舱和3#舱的甲板面连接间隙很小，最大为2.5 m，因此若重型设备在甲板上滑行，需采用PANTOON铺垫。与装载运输船的要求(见图9)相同，甲板面可铺成2道能使重型设备滑行的宽道。两边的重型设备可自行滑行到最适合克令吊装卸的位置，以提高装卸效率。

(5) 该新型多用途船可装载超高设备，装卸工况满足航区最恶劣状态的要求。

(6) 该新型多用途船安装有非常灵敏的压载水调平系统，在启动状态下可自动调节船舶的平衡，保证其在装卸工况下的稳定性。装卸工况满足最恶劣状态的要求。

(7) 运输模块化、模块大型化是多用途船和散杂货运输船的发展趋势，大舱、规范舱、连续甲板和高强度底板对提高货物的装卸效率有一定作用，同时便于运输各种重大件货物。在设计船舶时，可在满足该要求的情况下完成对大舱尺寸的设计。以该新型多用途船的2#舱的设计为例，按照相关标准的技术要求，单层装载36件重大件货物，实际满装42件，舱容利用最大化是一体化研究的方向之一，船舶的系固使得货物不会发生移动，可满装满卸，提高效率。

2.3 特种重大件运输船长期管理一体化

船舶所有人运营该船舶的一个重要环节是船舶管理。由于海上环境十分恶劣，船舶管理不当会对船体强度、设备工况等产生不良影响，随着时间的推移,导致船板锈穿、管路积垢、设备不良，造成船体强度下降、设备技术状况变差，使得船舶设备经常发生故障，船员难以操纵船舶。

运输特种重大件货物需保持船舶设备100%完好，使船舶处于随时可用、好用的状态。为保持船舶装载特种重大件货物要求的技术水平，关键是要做好船舶的日常维护工作，必须使船舶的维修保养费用投入足够、到位。

对于相关标准技术要求存在的技术和管理问题，本文认为实现船舶-重大件货物一体化必须将船舶日常运营的有利性与载运重大件货物的实用性相结合，保证两者都能顺利实现。随着“中国制造2025”计划的落实，货物运输的专业化、模块化和大型化也是技术发展的一个方向。

通过上述对装载运输船、重型设备等工况及存在的问题进行分析可知，该新型多用途船在设计上和管理上完全满足装载更多类型重大件货物的需要，满足新造船舶与重大件货物一体化的条件和要求，最大限度地提高我国船舶的载运水平。

3 结束语

通过以上研究和探讨，得到以下结论：

1) 普通商业运输船的设计与特种重大件货物运输船的设计并不矛盾，完全可从设计理念一体化、商业运输与特种重大件货物运输管理规范一体化和船舶长期管理一体化等“三个一体化”的角度，以普通商业运输船与特种重大件货物运输船一致的思路，对新造船进行设计。中远海特已在船队整体建设和具体船舶设计上充分考虑船舶-重大件货物一体化的需求。

2) 中远海特在建的新型载重量28 000 t多用途船完全满足载运特种重大件货物相关标准的要求，而部分标准要求过高，使得船舶不能满舱装载。

3) 中远海特在船舶设计上能满足运输的专业化、模块化和大型化需求,船队整体模式与特种重大件货物运输模式存在高度一致的结合点，基本上能达到公司整体与特种重大件货物运输需求一体化。

4) 在贯彻落实载运特种重大件货物相关标准时，要考虑船舶后期的运营和管理等要素，继续研究船舶-重大件货物一体化的补贴模式，保证商业运输利益和载运特种重大件货物的实用性最大化。

[1] 彭显良. 重大件运输专用船舶及其货运技术[J].中国机械, 2013(11):32.

[2] 葛圣彦. 重大件货物专用船及装船时机的研究[J].工程与管理,2009,31(9):87-88.