中韩航线客滚船设计特点及关键技术

孙家鹏，张敏健

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

0 引 言

近年来客船事故频发，特别是2014年4月发生的“世越号”海难，促使客滚船安全问题得到前所未有的重视。国家对此颁布了一系列规定，例如《交通运输部关于印发中韩客货班轮运输专项整治工作方案的通知》及《老旧运输船舶管理规定》等明确要求：船龄超过 20a的中韩客货班轮，必须同时拥有 CCS和 KR船级；船龄在24a以上的客船需每年进行特别检验；船龄在30a以上的客船需强制报废。

目前中韩航线上共运营有12艘客滚船（见表1），绝大部分是20世纪90年代初从日本购置的二手船，平均船龄已达25a。另外，这些船大多经历过多次改装，重量、重心等决定稳性的数据存在着不确定性。

同时，中韩自贸区已于2012年5月启动、2015年12月20日正式生效，设立该自贸区的主要目的是为两国货物贸易提供更多的优惠和制度保障。

以上因素促使近两年中韩航线运力全面更新。上海船舶研究设计院参与了绝大部分的中韩航线项目，目前签订的载客1500人客滚船和载客1200人客滚船（主要参数见表2）及某型客箱船的详细设计已结束。相对于国内客滚船的设计[1]，对中韩航线上运营的船舶除了在规范上有更高的要求外，还有很多自身的特点，本文主要以上述2型客滚船为例，着重对其与国内客滚船的不同进行介绍。

表1 中韩航线现役客滚船主要参数

表2 两型客滚船主要参数

1 滚装货物的特点及高效装卸研究

1.1 滚装货物的特点

中韩自贸区的核心是对货物给予关税等方面的优惠，在目前市场不景气的大环境下，这几乎是唯一的盈利点。现役船的载重量相对偏小（如表1所示），新造船在载重量上普遍有50%～100%的提升。

目前在中韩航线上运营的客滚船载运的都是标准的甩挂货物（40英尺托盘的尺寸约为12.37m×2.5m），装货时通过拖车头将集装箱半挂车拖至相应的位置之后，通过牛腿（见图1）支撑，车头脱开，卸货时再通过港口码头的牵引车操作。货物的标准化使得车道的宽度及车辆舱净高相对固定（车道宽度为 2.8～2.9m，车辆舱净高为4.3～4.5m），不必与国内客滚船一样兼顾超宽超高车型（车道宽度为3.0～3.1m，甚至更高；车辆舱净高为4.6～4.8m），从而最大限度地利用货舱空间。同时，重心的降低使得船舶的稳性得到保证，船宽可适当减小以提高航速。另外，标准的半挂车易于绑扎，不携带油箱极大地提高了安全性。

图1 集装箱半挂车牛腿

1.2 高效装卸

韩国的一些港口潮差较大（例如仁川港的潮差达到8m），因此均为长浮码头。船舶不设艏门，只通过艉部靠岸，即没有所谓的直通概念。为提高货物装卸效率，需对船舶自身的布置进行优化。国内的客滚船机舱棚均布置在船中（见图2a）），在中韩航线上运营的1500客客滚船及1200客客滚船均采用机舱棚位于两舷的布置形式（见图2b））。这样主车辆舱更加开阔，甩挂车方便掉头，相应地可增加装卸效率，且对破舱稳性有利（当其他区域破损时，舷侧的机舱棚起到储备浮力的作用）。需提醒的是，这种设计增加了通道布置的难度，且相对来说对强度不利，可能需要局部加大构件尺寸。

另外，对于下货舱的货物装卸，国内客滚船大多采用“升降平台+水密盖”的型式，这种形式施工简单，但装卸速度慢。在中韩航线上运营的客滚船普遍采用“斜坡道+坡道盖”的型式，使得装卸货速度得到大幅提升。为解决长下坡道（一般长 40～50m）对下货舱装货量的影响，两型船的斜坡道尽量后移，横跨整个机舱（见图3），斜坡道仅占下货舱3～5m，几乎对装车没有影响。其带来的挑战是坡道占据一定的机舱空间，增加了机舱布置的难度。

图2 机舱棚布置形式

图3 下货舱斜坡道的布置

2 旅客舱室及公共娱乐区

对于乘客来说，国内的客滚船目前仍只充当交通工具，在中韩航线上运营的客滚船在一定程度上还具备了旅游的功能，因此各方面性能均有一定程度的提升。

1) 在旅客住舱方面，由于航程较长，在中韩航线上运营的客滚船均只设卧铺，不设座席舱，房间的类型更加多样化，包括VIP套房、大床房、带大飘窗的2人海景房、4人间及6人间等。为提高旅客的体验，部分船不设超过4人的房间。大部分船设有符合传统韩国老年游客生活习惯的榻榻米舱室。

2) 娱乐区功性能相对于国内的客滚船来说也有一定程度的提高。大多数船东都会选择设置烧烤（餐厅）、免税店、小酒吧、棋牌室及卡拉OK厅等娱乐设施。另外有些船东会选择设置带表演舞台的小影院、儿童娱乐室、电玩厅、咖啡吧及图书室等。

3 线型优化

客滚船均为双机双桨船，艉部线型复杂、附体较多。国内的客滚船航程短，航速较低，最大航速一般在16～19kn，投入大量精力、财力对其进行优化带来的收益有限。中韩航线的航程超过200n mile，同时需更大的航速裕度来应对更加复杂的海况等突发情况，故在该航线上运营的客滚船的最大航速达到22～25kn，弗劳德数Fr在0.3附近，属于中高速船，线型优化带来的效益非常可观，因此投入大量的时间开展大量的工作，同时完成多项创新。

3.1 一种水平倾斜小艉鳍线型[2]

根据理论知识及大量的计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）模拟，发现艉部流场流线方向一般略微朝内，因此若能使小艉鳍形状顺应流线方向，即水平内倾布置，则可达到很好的减少艉部水流分离，从而减小阻力的效果。从提高推进效率的角度来看，与桨的旋转方向相反的预旋流与桨发生作用的结果使桨后艉流旋转减弱或消除，从而可降低艉流能量的损失。在设计过程中通过船模试验证明了其有效性及可靠性（收到功率约有5%的降低），并在1500客客滚船上得以运用（见图4a））。

3.2 隧道型艉剖面

两型船的艉部均采用新型的反凹型线型（见图4b）），增加了螺旋桨与船体的间隙，降低了高速船的空泡风险，完全规避了螺旋桨激振力引起的船体振动。

图4 水平倾斜小艉鳍隧道型艉剖面

3.3 一种半流水踵的设计[3]

对于双桨船，常规的流水踵位于船中，并向前逐渐顺延（见图 5）。这里采用一种新型的半流水踵（见图6）。这种创新可在保证航向的稳定性、降低螺旋桨之间的相互干扰的基础上，减小大部分湿表面积及摩擦阻力，从而减小船体的总阻力，同时方便船厂施工，降低成本。该项创新在1200客客滚船上得到了运用。

图5 传统型流水踵

图6 创新型流水踵

3.4 附体优化

客滚船上的附体有很多，对艉楔（可有效降低船尾不规则波对效率的影响）、轴支架的数量和位置（减小阻力的同时降低空泡率）、减摇鳍开孔方向、侧推孔的相对位置及舵球的型式等均进行大量CFD优化，并通过模型试验加以验证，最终应用于实船上。

4 舒适性考虑

舒适度包括内部装潢、温度及服务等多个方面，在中韩航线上运营的客滚船更加专注于对振动噪声的控制。适用于所有国际航行船舶的新的噪声等级规则MSC.337(91)对噪声级的要求相比A.468(Ⅻ)普遍降低5dB，影响非常大。对于客船来说，需保证交船时间，若噪声超标将导致试航后大面积的舱室翻新，从而错过旅游旺季，其损失不可估量。此外，舒适性也是客船设计的重中之重，若旅客体验不佳，会影响船舶的整体声誉，从而影响到船舶整个生命周期内的经济效益。因此，不论是船舶设计方，还是船东、船厂，都对船舶的振动和噪声问题高度重视。

影响振动和噪声的因素前期无法确定，只能在详细设计的中后期进行计算。目前利用各种软件所得计算结果与最终的实测值都有一定偏差，因此还需经验的辅佐。上海船舶研究设计院在客滚船领域积累了大量的实船实测数据，在方案设计阶段通过大数据分析及经验公式，对总布置进行全面分析，提前采取相关措施，例如：

1) 旅客生活区有大量空调机室，是舱室噪声的主要来源之一。根据经验调整空调室的位置，提前在部分与空调机室相邻的房间增加隔音材料。此外，部分船上采用“独立新风多功能可选空调系统”，将原先大的空调室分割为多个小空调器室，避免靠近空调机室的舱室噪声过大，达到降噪的效果。

2) 在靠近机舱的旅客餐厅或舱室采用浮动地板，从而有效降低空气噪声。

3) 选择低噪声的车辆舱风机，控制风速并远离旅客区。

4) 设计螺旋桨时，在追求航速的同时兼顾船舶的舒适性，将设计航速下的一阶激振力严格控制在1.2kPa以下，避免该振动源带来影响。

在前期线型设计阶段进行耐波性分析，包括评估：艏部外飘带来的抨击；平缓的方艉可能带来的参数横摇；GM值、船长及水线面系数等重要参数对舒适性的影响。

在详细设计阶段，将“振动与噪声的控制”提升至与重量、重心控制同等的级别，各专业间定期交流讨论，并通过全船有限元模型对振动噪声加以评估，对超标或可能超标的位置进行调整。

5 环 保

1) CO2的排放要求通过船舶能效设计指数（Energy Efficiency Design Index，EEDI）来衡量，在中韩航线上运营的客滚船主要得益于线型优化技术带来的航速大幅提升（航速提升0.5kn以上），目前排放量基本上可达到基线以下约10%[4]。对于SOx的排放，目前没有船东选择初始投资较大的Scrubber或液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）燃料，而是选择成本较低的低硫油及岸电。对于Tier III阶段的NOx标准，目前没有采用 EGR（废气循环法)、SCR（选择性催化还原法）及其他减排的案例，由于规范对此不做追加要求，因此没有考虑预留空间。

2) 对于压载水处理装置，中韩之间的海域均属黄海海域，理论上讲不需要安装。欧洲地中海地区的船东曾就“同水域的船应免装压载水处理装置”向国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）申请豁免，目前还未得到官方答复。考虑到压载水公约目前仍未生效，建议船东为该装置预留空间。

3) 对于其他环保措施，个别船东选择CLEAN（清洁）及GREEN PASSPORT（绿色护照）等船级符号，相对来说成本增加不多。

6 安全返港

于2010年7月1日生效的《安全返港规则》是近年来针对客船的最重要的规范之一。该规范是基于风险评估的理念提出的，只给出目标，未详述解决方法，因此各大船级社的解释不尽相同。上海船舶研究设计院近年来对此进行了大量研究[5-7]，于2013年年中交付了国内第一条满足该规范要求的客滚船“生生2”号，2015年交付了入BV船级的豪华客货船“Aranui 5”号。

对于在中韩航线上运营的客滚船，研究重点是如何在满足规范要求的前提下进行优化设计，为船东节省成本。例如：采用2个机舱前后交错布置（如图3所示）来满足破损稳性要求，同时尽量减小机舱总长度；通过合理布置救生设备及集合站来缩短撤离时间，同时减少A60甲板辅料及绝缘材料；通过配置便携式照明、通信方式设备等来减少冗余系统，同时方便在发生事故时进行操作；通过将重要系统的接线排设置在A60级防火分隔区域内来减少双套系统，从而减少设备维护保养的工作量；通过对辅助设备舱、淡水舱及污水舱等位置进行合理布置，在满足冗余的情况下尽量优化管路长度等。

7 外形设计

客船个性化的外形不仅能代表船东的形象和文化，而且可吸引更多的客源。相对于国内船东，运营中韩航线的船东对此更加看重。因此，在设计初期引入艺术设计者，与总体设计师一同进行三维建模并与船东交流，以此为基准来进行总布置设计。造型设计兼顾重量、重心的变化及减小风阻（如流线型的烟囱及雷达桅、通风口与船体的有效结合等）。

8 结 语

1) 在中韩航线上运营的客滚船可定位为满足《安全返港规则》及SOLAS 2009概率破舱等最新规范的现代化快速、经济型客滚船，相对于国内的客滚船，其在线型优化、舒适度和装卸货效率等方面均有较大的提升。

2) 客观地看，目前全球经济不景气，中韩航线上的货物多为附加值较低的建材，而且主要是中国至韩国的单边贸易，因此很难盈利。这导致大多船东倾向于造价较低的“经济型”客滚船，在环保方面也只是跟随着规范，不愿做更多的超前设计。

3) 客滚船不同于普通的货船，不仅靠市场驱动，也包含政府行为，承担着一定的社会责任。在2016年7月举办的“中韩航线运力更新发展集中调研”会上，大多数船东表达了希望政府给予一定的扶持及对未来中韩贸易方向加以指引的愿望。例如，上海船舶研究设计院曾为船东做过豪华客滚船的设计方案，这种船的特点之一是有专门的小汽车舱，在欧洲很有市场，船东也感兴趣，但中韩之间未来是否可通私家车目前没有定论，导致项目搁浅。可见，政府的支持和指引可使客滚船的型式更加多样化，同时会进一步提升船舶设计方在该船型上的设计潜能。

【 参 考 文 献 】

[1] 张敏健. 客滚船开发与设计研究[J]. 船舶与海洋工程，2012 (2)： 21-26.

[2] 张敏健，孙家鹏，魏菲菲，等. 一种内旋双桨船舶的船艉结构：2016200078316 [P]. 2016-11-09.

[3] 魏菲菲，孙家鹏，张敏健，等. 一种双机双桨船艉复合结构：2015211274908 [P]. 2016-06-22.

[4] 孙家鹏，张敏健. 客滚船EEDI研究[J]. 船舶工程，2016, 38 (4)： 56-60.

[5] 张桂湘. 安全返港概念浅析及对总体设计的影响[J]. 船舶设计通讯，2014 (S2)： 64-67.

[6] 顾一清. 安全返港的相关要求及对电气设计的影响[J]. 船舶设计通讯，2013 (S2)： 62-66.

[7] 周玮. “生生2”客滚船总体设计[J]. 船舶设计通讯，2014 (1)： 5-8.