半潜船改装及起浮“世越号”稳性校核

唐继蔚 陈世海 段明昕

半潜船改装及起浮“世越号”稳性校核

唐继蔚 陈世海 段明昕

“世越号”客船沉没于韩国全罗南道珍岛郡附近海域，当地天气多变，水深达到45米，打捞作业环境恶劣，为安全把“世越号”从海底打捞出水，首创双抬浮驳提升、半潜船起浮出水打捞方案。由于沉船侧倾在起浮过程中无法提供足够的稳性，根据半潜船静水力曲线计算结果提出半潜船改装方案。通过GHS专用软件模拟半潜船起浮“世越号”完整过程，不仅对半潜船稳性进行校核，对实际起浮作业也可以起到指导作用。

半潜船；“世越号”；沉船打捞；稳性校核；船舶改装

2014年4月16日，载有476人的韩国“世越号”客船在韩国全罗南道珍岛郡屏风岛以北海域意外进水并最终沉没，事故造成295人遇难、9人失踪、142人受伤[1]。2015年8月上海打捞局获得“世越号”打捞合同，经过590天的日夜奋战终于在2017年3月23日成功将“世越号”抬浮出水面，之后移船到半潜船上，由半潜船将其完全起浮出水运送至木浦新港，“世越号”打捞工程圆满完成。半潜船起浮阶段是打捞工程四大关键阶段之一，由于沉船实际重量大小和重心位置不明确，要保证沉船以侧倾状态起浮出水，这些因素都增加了起浮阶段的方案设计、模拟分析和施工作业的难度。

半潜船起浮过程的模拟计算，主要通过调整半潜船的压载水，校核半潜船载货状态下的船舶稳性和总纵强度是否满足规范与施工要求。本文利用半潜船静水力曲线、GHS软件等计算船舶起浮过程中的船体稳性。由吊船首阶段测得的起吊重量，估算出“世越号”沉船出水重量超13 000吨，且由于“世越号”处于侧倾状态、主船体开孔受损，沉船自身的稳性无法计入起浮过程的模拟计算。为了满足船体稳性的要求提出一套改装方案，改善了半潜船出水时的稳性，提高了施工作业的安全性。

一、计算参数

1.半潜船

由于沉船估算重量已经达到万吨级，再考虑到打捞工程的不确定因素，最终选择了Dockwise公司的“White Marlin号”半潜船，该船长216.7米，船宽63米，型深13米，沉深吃水26米，甲板空间（L×B）177.6米×63米，载重量72 146吨，最大航速可达14.5节，如图1为半潜船整体外观。

图1 “White Marlin号”半潜船

2.沉船

“世越号”沉船长145米，宽22米，型深14米，空船重量6 113吨，载重量3 794吨，排水量9 907吨，在韩国国内属于大型滚装客轮，沉没于水深45米处，船体呈90°左倾横躺于海底。根据打捞方案由33根提升钢梁穿过沉船左舷海底面与两艘抬浮驳船上安装的提升系统连接，将沉船抬出水面约13米，移至半潜船上后起浮出水。表1为起浮过程中的沉船重量及重心距离随水深变化估算表。

表1 沉船重量及重心距离随水深变化估算表

3.稳性要求及规范

半潜船初稳性校核需要满足如下要求：

（1）船上燃料、消耗品和备件按照10%载重计算；

（2）在风速不超过6级、有义波高不超过0.5米或者风速不超过4级、有义波高不超过1米时船舶初稳性高不小于0.15米；

（3）当半潜船下潜到最大沉深时，自由液面修正后的稳性高不能小于0.5米；

（4）半潜船在没有装载任何货物的情况下，在下潜和起浮过程中稳性高都不能小于0.15米。

二、半潜船改装方案

1.改装前稳性计算

根据Dockwise公司SC9141-100-07 70 000吨半潜船静水力数值表查表计算，表2为半潜船在没有任何改装的前提下装载“世越号”起浮出水时刻的稳性计算结果。

根据表2的计算结果可知半潜船在没有改装前修正后初稳性高为0.09米，小于半潜船下潜起浮过程中稳性高最小要求0.15米，因此需要对半潜船进行改装，提升半潜船起浮“世越号”出水时刻的稳性以达到施工及规范要求。

表2 半潜船起浮“世越号”稳性计算结果

2.半潜船改装方案

半潜船在起浮过程中保持一定角度的首倾使首楼两侧的浮力舱室结构没入水中，并在船尾安装浮箱，可以增加半潜船在起浮过程中水线面面积，有效提高稳性。因此将招商重工一号（ZSZG1）和三号（ZSZG3）驳船的尾浮箱对称安装到半潜船船尾左右，具体布置如图2所示（只显示左舷半边）。原招商重工驳船浮箱的锚机朝船中方向放置，可以辅助沉船装载作业。

图2 半潜船增加尾浮箱布置图

表3为招商重工一号和三号驳船尾浮箱尺寸和 舱容参数：

表3 加装浮箱参数

在半潜船下沉过程中招商重工三号尾浮箱内部保持空舱，而招商重工一号尾浮箱内部需要注入压载水，表4为尾浮箱内部压载舱舱容参数。

表4 加装浮箱压载舱舱容参数

三、半潜船起浮过程稳性分析

1.力学模型

图3为半潜船装载“世越号”受力分析图，计算时需要考虑改装后的半潜船重力、浮力以及货物重力（包括沉船、支撑轨道和托底钢梁），其中“世越号”作为货物不考虑其稳性。

本文利用船舶专业计算软件GHS进行稳性计算，在GHS软件中建立半潜船模型、各压载舱参数，通过加载“世越号”重量、调整压载水，控制半潜船状态，计算不同起浮步骤下的船舶稳性[2，3]，图4为GHS软件计算模型。半潜船在上浮过程中时刻保持一定的初稳性，即修正后的初稳性高GM大于规范要求值0.5米。

图3 半潜船装载“世越号”受力分析

2. 分析步骤

根据首尾吃水变化将半潜船起浮“世越号”过程分为20个分析步骤：0—1半潜船上浮与沉船接触；2—3沉船重量转移到半潜船上；4—10半潜船保持船首吃水不变、起浮船尾至甲板出水；11—19半潜船起浮船首至主甲板全部出水。表5为每个分析步骤对应的船体吃水情况。

图4 GHS软件计算模型

表5 每步船体吃水情况

3.坐标系

GHS软件模型的坐标系原点定在0号肋位、船体中心线（C.L.）和基线（B.L.）交点：X坐标零点在0号肋位，朝船尾为正；Y坐标零点在中心线（C.L.），朝右舷为正；Z坐标零点在基线（B.L），朝上为正。横倾原则：向船右舷横倾角为正。纵倾原则：纵倾为尾柱吃水与首柱吃水之差，尾倾角为正、首倾角为负。

四、半潜船起浮过程稳性计算结果

通过GHS软件模拟半潜船起浮过程，主要分为三个阶段：第一阶段（步骤0—4）抬浮驳将沉船放置到半潜船支撑轨道上，沉船重量转移至半潜船上，抬浮驳离开；第二阶段（步骤5—11）半潜船排出压载水让船尾先起浮出水；第三阶段（步骤11—19）半潜船继续排载让船首起浮出水，最终主甲板全部出水。图5为GHS软件模拟起浮过程阶段示意图，在第二阶段起浮时船首大部分沉入水下，船首的浮力舱室对保持船体稳性起到主要作用。

在半潜船排载起浮过程中，由于沉船的湿重随着起浮高度和角度变化不断增加，半潜船的载重也不断增加，当沉船全部出水后半潜船最大载重量将达到约14 000吨，图6为半潜船载重变化曲线。

由于半潜船首楼浮力舱室体积较大可以大幅提高船舶稳性，因此半潜船在起浮过程中基本保持在首倾状态，最大纵倾吃水差达到11.91米。当船尾甲板出水时，船舶最大横倾达到1.5°，在起浮阶段基本保持右倾状态不变。图7、图8为半潜船起浮过程中的纵倾、横倾变化曲线。

图5 GHS模拟半潜船起浮过程

图6 半潜船载重变化曲线

图7 半潜船纵倾变化曲线

图8 半潜船横倾变化曲线

图9 为改装后的半潜船在起浮“世越号”过程的初稳性高变化曲线，在第一阶段和第二阶段，半潜船的载重量逐步增加，船尾吃水减少，主甲板还未出水时初稳性高（GM）逐步下降直至0.57米，即船尾主甲板出水时刻。之后随着船首不断上浮，船体水线面面积不断增大，稳性大幅提高，主甲板全部出水后GM值可达到27.44米。半潜船下沉到最大沉深26米时GM值为2.69米，大于0.5米，在整个起浮过程中，GM值都大于0.15米，能满足规范及施工要求，并且留有足够的设计余量。

五、结论

图9 半潜船初稳性高变化曲线

本文通过初步稳性分析提出半潜船起浮“世越号”改装方案，运用GHS专业船舶稳性计算软件对整个起浮过程进行模拟分析得到如下结论：（1）对于沉船之类自身无法提供稳性的结构物，半潜船自身的装载能力并不能完全保证船舶稳性及安全，必要时需要加装浮箱等结构增加稳性。（2）半潜船首楼结构具有较大的浮力舱室，在起浮过程中保持首倾可以有效提高船舶的稳性。（3）半潜船船尾甲板出水时刻GM值达到最小即稳性最差，是整个分析过程的关键点，必须满足设计要求，保证工程的安全性。半潜船起浮“世越号”稳性校核计算指导了半潜船“White Marlin号”的改装工程和后续实际起浮作业，不仅为“世越号”的成功打捞奠定了基础，还为以后类似大型沉船打捞提供了参考。

[1]王志坚.韩国“岁月”号客轮翻沉事故的教训和思考[J].中国应急管理,2015(4):50-53.

[2]Creative Systems.GHS user’s manual[M].American, Greative Systems,Inc.2007.

[3]田拓,娄睿.GHS软件在大件拖航稳性计算中的应用[J].航海技术,2017(1):48-49.

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.09.001

唐继蔚（1988—），男，交通运输部上海打捞局技术开发中心，工程师，硕士。

陈世海（1972—），男，交通运输部上海打捞局技术开发中心，总经理/高级工程师，硕士。

段明昕（1987—），男，交通运输部上海打捞局技术开发中心，工程师，硕士。