客船倾斜试验关键因素探究

谭安全涂佳琪

（1.中国船级社重庆分社 重庆401121；2.重庆大学图书馆 重庆401121）

客船倾斜试验关键因素探究

谭安全1涂佳琪2

（1.中国船级社重庆分社 重庆401121；2.重庆大学图书馆 重庆401121）

基于客船倾斜试验中发现的问题，结合规范，对影响客船倾斜试验的关键因素进行分析，并提出实际操作的建议，包括试验大纲的制定、试验前准备、试验组织实施和数据分析。通过分析，以使客船倾斜试验过程合理且结果准确。

客船；力矩；完整稳性；倾斜试验；空船质量

引 言

倾斜试验作为船舶建造的重要环节，其目的是确定空船质量和重心的实际位置［1］。在船舶设计阶段，设计者需根据船舶结构设计估算出空船质量、重心位置和稳性状况。然而，船舶实际建造工序复杂，不可能与设计初衷完全一致，比如局部结构尺寸、位置的改变，或结构设备上的增减，都可能使船舶实际稳性与原计算稳性不一致［2］。因此，船舶建造完工后，必须通过倾斜试验来确定实船的空船质量和重心位置，进而完成船舶完整稳性的计算和校核，以评价船舶于各装载状态下的安全性能［3-4］。目前针对船舶倾斜试验进行的研究已趋于成熟［5-9］（包括超大散货船、内河小船、渔船、钻井平台等各种船型，以及运用最小二乘法作为处理试验误差的方法），然而对客船倾斜试验方法探究却很少涉及。

随着旅游客船越来越豪华，舱室布置和用途逐渐增多，其稳性要求与乘坐的高档性之间的矛盾日渐明显［10］，客船安全问题日益受到各界关注。本文主要基于内河豪华旅游客船倾斜试验情况，结合相关规范要求，对客船倾斜试验中的关键影响因素进行分析，希望有助于客船倾斜试验工作更趋严谨和正确，试验结果与实船更趋一致，以指导客船的稳性计算和安全营运。

1 主要特点

客船倾斜试验具有与其他船舶不同的特殊性。根据《内河船舶法定检验技术规则》要求，新建船舶完工时，应进行倾斜试验。同一船厂所建造的同型船（系列船）中，第一艘船应进行倾斜试验，以后当所建船舶空船排水量与现有船舶倾斜试验数据的相对误差在±2%范围时，可在系列船或现有船舶的倾斜试验报告基础上，通过换算的方法来确定空船排水量和重心位置［11］。由于客船的装修和装饰项目较多，装修材料（包括“阻燃木材”、“橡胶地板”、“窗帘”、“地毯”、“墙纸”、“踢脚线”、“石膏板”等可燃材料和不燃材料）的数量和质量不易控制；同时，由于客船稳性涉及大量人员的生命安全，所以规定每艘客船都要进行倾斜试验。

空船质量测定即通过读取船舶空船吃水，利用静水力曲线计算出船舶空船质量和重心纵向位置［12］，再将计算结果与同型首制船的倾斜试验数据进行对比分析。

船舶倾斜试验分析参见表1。

表1 船舶倾斜试验分析

此外，SOLAS公约要求，所有客船应定期进行空船质量检验（间隔不超过5年），以核查空船排水量和重心纵向位置的变化［13］，并与认可的稳性资料比较。如果空船排水量的偏差超过2%，或重心纵向位置的偏差超过1%LS（LS：船舶分舱长度），则要重做倾斜试验。

由此可见，客船倾斜试验比其他船舶要求更严，倾斜试验结果的真实性也尤为重要，因此做好客船倾斜试验前的准备工作和控制好试验过程至关重要。工程技术人员对于影响船舶倾斜试验的很多因素进行了深入研究。现以某客船为例，对影响客船倾斜试验的关键因素予以分析。

2 试验准备

以某客船为例，该船总长160 m、船宽25 m、型深5 m、最大船高26 m，设计吃水2.8 m，乘客定额600人、船员200人，船舶总吨位16 000。对于如此豪华的旅游客船，由于舱室数量和舱室设备多，试验前准备工作难度较大，因此需要控制好影响倾斜试验的关键因素，才能获得实际船舶真实有效的数据。倾斜试验原理如图1所示。

图1 船舶倾斜试验示意图

2.1 大纲制定

倾斜试验大纲是指导船舶按计划井然有序地开展倾斜试验的重要工艺文件，包括整个试验组织实施的全过程。而负责大纲制定的单位常常不够重视此类书面文件，甚至将以往船舶试验大纲内容复制、粘贴一下，导致无法正确指导现场有序开展试验。此处重点强调试验移动载荷质量，试验大纲中应给出实际所需移动载荷的质量。根据CB/ T3035-2005要求，试验所用移动质量应足以使船舶每舷产生2°～4°横倾角，至少不小于1°。至少不小于1°的规定是针对大型船舶考虑的，以避免过大的移动质量给试验操作带来困难，所以各类船舶应尽可能按较大的横倾角核算移动载荷。

以某船为例，设计单位按1°核算移动载荷，计算出每堆24.8 t，实际配重25 t，富裕量只有200 kg，倾斜试验过程发现有两次实际横倾角只有0.98°，不满足要求。

建议船舶倾斜试验大纲应至少按1.1°或更高的横倾角计算移动载荷质量，保证足够大的移动载荷富裕量，避免倾斜试验中出现横倾角度不足而重新试验。

2.2 多余质量与不足质量

由于客船舱室数量较多，包括乘客舱室、船员舱室、娱乐舱室、机器设备舱室等，每个舱室都涉及相当数量的家具和设备。因此针对客船的多余质量、不足质量及其重心的统计工作是非常繁琐且易出现累积误差。

根据CB/T3035-2005要求，倾斜试验允许存在少量多余质量或不足质量，均不应超过设计空船排水量的1%。但是针对类似客船这种舱室数量、设备种类较多的船型，如果多余质量和不足质量分布范围大而零散、质量分布不均，不仅会给统计带来累积误差；而且在倾斜试验中分布不均的质量所产生力矩的作用点与复原力矩和移动质量所产生横倾力矩的作用点可能不在同一个横剖面，将会给船舶带来潜在的有害扭转变形，导致试验结果出现误差。因此某客船试验时采取以下措施进行控制：

（1）为避免累积误差，在试验准备前根据舱室设备布置图、消防救生设备布置图对每个舱室、处所进行核实，将乘客舱室家具和救生、消防设备摆放到位。

（2）对无法避免存在的多余质量或不足质量，一方面尽量确保其种类、数量、质量足够少；同时避免出现质量分布不均、分布零散等现象。

采取上述措施后，实际需要统计的多余质量和不足质量会较少，且相对集中，质量和重心都易于确定，给试验带来极大方便。随着船舶类型增多和吨位增大，建议相关标准和规范能相应不断更新，比如对多余质量和不足质量的种类、具体位置、分布情况予以限制，将有利于提高船舶倾斜试验的精确度。

2.3 移动力矩

移动力矩由两部分组成，包括试验中移动载荷移动时所产生的横倾力矩，还包括一切可形成自由液面或产生自由流动液体的舱柜所产生的力矩。对于自由液面的控制要求比较简单，关键在于执行，此处重点分析移动载荷应满足要求，避免给试验带来误差。

据统计，大型客船倾斜试验一般历时12 h以上，需要大量的人力、物力和经济支出。为确保倾斜试验顺利完成，试验结果能真实反映船舶实际状况，且避免不必要的返工，试验准备阶段需对移动载荷及其产生力矩予以充分重视，具体如下：

（1）移动载荷的总质量必须满足标准要求，足以使船舶每舷产生2°～ 4°横倾角，至少不小于1°。具体总质量在试验大纲中应予以明确，便于现场执行。

（2）试验过程需计算移动载荷的重力矩，因此每次试验前要求移动载荷外形规则、质量均匀。建议选取标准的生铁块或水泥墩，每块大小和质量一致，常用移动载荷为每块25 kg。由于船厂常年使用同批次移动载荷，难免出现质量误差，因此需要重新称重标定。切勿选择沙袋及类似物品作移动载荷，因其形状不规则，将导致质量不准和重心高度难以计算。

（3）移动载荷于船上的存放位置用油漆或不易擦除的标志在甲板上标示清楚，画线边缘可安装临时限位，确保移动载荷不能随意移动，每次存放于指定位置。移动载荷应首尾两组相互远离，同时保证有足够的横移距离，切勿放置于首尾两端的狭区，否则不能产生足够横倾力矩，建议移动距离至少为船宽的3/4。

2.4 读数装置

对照组：男、女占比各为27：18；年龄段在50～83岁之间，经计算后中位年龄为（66.98±1.57）岁。

倾斜试验关键在于读取数据，数据是否正确将影响整个试验结果，因此客船倾斜试验前，针对读数装置主要从以下方面进行完善：

（1）试验读数装置如图2所示，摆线长L要求3 m以上，防止摆幅偏小， L是挂点O到标尺距离，而非到水槽距离。水槽要足够长，避免试验中摆锤触碰槽壁。

图2 倾斜试验读数装置

（2）设置首尾两组读数装置，首部读数装置勿设于船头，由于船首排水量小倾角的累积误差太大不能反映真实数据，读数横倾角可能不足，建议设在船首部靠近舯部区域。

3 试验过程

整个试验关键在于准备情况，如果一切都有条不紊的准备好，试验过程自然比较顺利。下面将结合现场实际，针对客船倾斜试验中应注意情况予以具体分析。

3.1 吃水和密度测取

船舶吃水读数将影响船舶排水量、横稳心垂向坐标和浮心纵向坐标等准确性，直接影响倾斜试验结果的精确度。然而，现场往往存在波浪扰动、船舶摇晃和人为观测方法等因素的限制，吃水读取总存在一定误差，因此在试验前必须对船舶吃水进行精确测量。针对客船主要采取如下措施：

（1）一切准备工作就绪，直接参与船上倾斜试验人员位于规定位置，采用带刻度的玻璃软管靠近水尺标志处连续多次读数，取其平均值，以消除波浪对读数的影响。倾斜试验结束之后，条件允许应复核各测量点的吃水是否有变化，并详细记录。

（2）测量试验水域的水密度时，应选取船首、船中和船尾区域足够深度的水取样测定，取其平均值，确保所测数据真实可靠。由于表面水体容易掺混其他诸如污染物等杂质，建议选取略微低于表面水体的适当深度进行测取。

整个试验应由一人负责指挥，参与试验的其他人员均服从其指挥。负责观察读数和记录人员应认真负责相互配合，准确记录。当满足读数条件时，包括移动载荷摆放到位，试验人员于船中心线上规定位置，船舶自由漂浮等，指挥人员哨声响起示意开始读数，两组人员应快速读数和记录，读取完毕后报告指挥者。

3.3 数据分析

数据分析包括两个方面：一方面为每次试验读数后的简单分析，另一方面为整个试验完成后的试验数据分析。由于客船倾斜试验时间较长，准备较难，如果数据测量不准确而重新试验将给船厂和船东等带来较大损失，因此试验过程中数据误差检查显得特别重要。此处将重点对试验过程中的数据分析进行说明。

试验中要核实船舶横倾角度满足要求，以最大产生2°横倾角为例，则每移动一组必须有1°的横倾角变化。根据小角度和试验具体情况可得：

由上式和测得数据即可判定每次船舶横倾角度。根据倾斜试验原理有：

式中： GM为初稳性高度，m；W为移动载荷质量，t；Y为移动距离，m；Δ为船舶排水量，t；θ为试验测得横倾角，°。

由上式可知，移动力矩W·Y 与倾斜角度tanθ成正比关系。试验一般采取移动8次，可得到8次测量数据，在直角坐标上（纵坐标为力矩W·Y ，横坐标为tanθ）可以对应得到9个点（包括初始原点），连成一斜线，即称之为检验线。当某些测量数据超过回归直线的4% 时，应判断是否需要部分重做试验。根据上述原理编制 EXECL 计算表格，方便现场快速判断。

以某客船为例，每次移动质量后的总力矩、横倾角正切值及误差（误差值均在4%以内）如表2所示，拟合曲线如图3所示。

表2 船舶倾斜试验数据分析

图3 拟合曲线示意图

4 结 论

影响船舶倾斜试验的因素较多，本文主要针对客船倾斜试验中遇到的实际问题，结合相关规范，对容易疏忽的关键因素进行探讨，总结如下：

（1）相比其他船型，客船倾斜试验的要求更高。由于客船装饰材料多且不易控制，每艘新建客船都要求进行倾斜试验。对于营运客船，要求定期间隔不超过5年进行空船质量检验，以核查空船排水量和重心纵向位置的变化，若超过规范要求，则应重做倾斜试验。

（2）制订的倾斜试验大纲必须完整、合理、有效。试验大纲内容包括移动载荷质量核算，建议至少按1.1°或更高的横倾角计算移动载荷质量，保证足够大的移动载荷富裕量，从而避免倾斜试验中出现由于横倾角度不足而重新试验。

（3）由于客船舱室数量、家具和设备较多，因此必须控制多余质量和不足质量的数量与分布范围。试验前应按舱室设备布置图、消防救生设备布置图对每个舱室和处所进行核实，将乘客舱室家具以及救生、消防设备摆放到位，避免造成计算累积误差。随着船舶类型增多和吨位增大，建议相关标准和规范能随之进行不断更新，比如对多余质量和不足质量的种类、具体位置、分布情况予以限制，将有利于提高船舶倾斜试验的精确度。

（4）移动载荷要求外形规则且质量均匀，建议选取标准的生铁块或水泥墩。移动载荷应首尾两组相互远离，同时保证足够的横移距离，切勿放置于首尾两端的狭区，否则不能产生足够横倾力矩，建议移动距离至少为船宽的3/4。读数装置避免设于船首，这是由于船首排水量小倾角的累积误差若太大则难以反映真实数据，并可能导致读数横倾角不足，故建议将读数装置设在船首部靠近中部区域。

（5）测取船舶吃水时，采用带刻度的玻璃软管靠近水尺标志处连续多次读数，取其平均值，以消除波浪对读数的影响。测量水域密度时，应选取船首、船中和船尾区域足够深度的水取样测定，取其平均值，确保所测数据的真实可靠。

（6）重视试验过程中数据分析，包括核算每次移动后所产生的横倾角度是否满足要求。根据倾斜试验原理编制EXECL计算表格，利用误差检查曲线判断每次移动重量后误差值是否在4%范围内，确定是否需要重做部分试验。

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［4］ 许晓玲.提高船舶倾斜试验准确性和可靠性的一种方法［J］.江苏船舶，2010（1）：43-44.

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MARIC喜获新型海缆施工船设计合同

日前，中国船舶及海洋设计研究院（MARIC）与浙江舟山启明电力集团公司在浙江舟山签订了新型海底电缆施工船设计合同。

该船是中国国电集团公司重大工程建设项目，主要用于海上风电场海缆敷设施工、岛屿间互联供电以及海缆检修等。作为目前国内自主开发设计的最先进海缆施工作业船，该船配备DP1级动力定位和锚泊定位系统、国际先进的海缆施工作业设备，主要用于海底动力电缆和复合缆的敷设，与以往MARIC设计的用于通信电缆和小型动力复合缆的布缆船相比，全船系统配置更为复杂、技术难度更高。该船整体设计外观和布置符合美观、大气、舒适原则，功能设置满足实用性、科学性、经济性、先进性等要求。

该船将用于500千伏特高压舟山联网工程，由于该工程2018年5月需使用该船，因此项目进度非常紧。根据合同要求，该船必须在今年2017年2月完成方案设计及建造招标文件编制，6月完成全部详细设计工作，计划2018年3月交付使用。目前，该船设计工作已全面开展，为确保其计划节点，项目组成员正加班加点开展后续设计工作。

MARIC于2016年年初掌握到该船前期信息后，开始对其进行密切跟踪，期间进行了多次商务推介并邀请业主来访，最终凭借扎实的技术实力与良好的业界口碑获得了业主方的初步认可，从而占据了市场主动。该项目方案初研阶段，MARIC多次组织人员赴舟山开展技术交流与调研，协助业主完成项目可行性方案上报，为该项目的推进提供技术支撑，并为该项目的最终中标打下了基础。

On crucial factors in inclining experiment for passenger ships

TAN An-quan1TU Jia-qi2
(1. China Classifi cation Society Chongqing Branch, Chongqing 401121, China; 2. Chongqing University, Chongqing 401121, China)

According to the problems found in the inclining experiment, the crucial factors in the inclining experiment for passenger ships are analyzed combining with the regulations and rules. It puts forward the suggestions on the practical operation, including the arrangement of the testing schedule, the preparation before the test, the test organization and the data analysis. The current analysis can ensure the reasonable procedures and the accurate results in the inclining experiment for passenger ships.

passenger ship; moment; intact stability; inclining experiment; light weight

U661.7

A

1001-9855（2017）02-0032-06

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.02.032

2016-09-13；

2016-09-28

谭安全（1986-），男，硕士，工程师。研究方向：船舶结构设计制造，结构振动分析。涂佳琪（1991-），女，硕士，馆员。研究方向：用户信息行为、阅读推广。