海北线客滚船总体设计

金 萌 张成龙

（广船国际技术中心）

0 前言

海北线客滚船是我司自主研发设计的一型国内客滚船。海北线项目是继两条海安线客滚船后，船东海南海峡航运股份有限公司在我司建造的第三条船，不同于以往的委外设计，本项目是第一次自主研发。下面对总体设计中遇到的一些问题作简要阐述。

1 运营需求背景

船东公司海峡股份主要运营航线如下：

（1）海安航线——海南省海口市与广东省徐闻县海安镇之间的客滚航线；

（2）北海航线——海南省海口市与广西壮族自治区北海市之间的客滚航线；

（3）西沙航线——海口、三亚与西沙北礁、永乐群岛生态旅游航线；

（4）泉金航线——泉州至金门客运航线。

在以上航线中，在2013年时海安航线营业收入占主营业务收入的九成以上，是一条短途航线，运输车辆和人员；而西沙航线为新开辟航线，是一条旅游观光航线。

船东方在2011年底获批开辟三亚、海口至西沙群岛北礁及永乐群岛旅游航线，由海峡股份独家经营，有载带或拖带游艇赴西沙旅游、海钓等特许经营权。随着旅游形势的变化，西沙交通、旅游、运输、考察等综合需求大幅增加，成为船东关注的重点。西沙航线经过考察之后于2013年4月正式开通，由“椰香公主”轮独家执航至2016年3月，之后由“北部湾之星”邮轮临时接替。

船东拟将本项目运营于西沙航线，并要求保留适用于海安航线的功能配置。这意味着要实现对椰香公主号的“以新换旧”升级，满足旅游航线的娱乐游玩需求，并且兼顾海安航线作为短途客滚航线的使用需求。

2 总布置要点

本船为一艘国内远海航行以载客、载运轿车、汽车和集装箱拖车的客/车滚装船。本船设计为钢质船体、双机、双桨、双流线型悬挂舵、前倾艏柱、方艉，设有艏侧推、减摇鳍装置的尾机型船舶。本船具有两层车辆甲板，有丰满的上层建筑并按Ⅰ级2类客船设计。

为了规避安全返港的适用范围（适用于载重线船长120m或以上，或具有三个以上主竖区的客船，包括客滚船），本船仅设两个主竖区，载重线船长小于120m，总布置示意见图1。

2.1 主要参数

本船的主要参数见表1。

2.2 滚装处所设置

西沙航线为国内远海航行。在西沙航线旅游观光，以鸭公岛为例，面积小，海拔低，四周水深较浅，礁盘分布的范围极大，大中型船只无法通过，进出只能通过渔船或者小艇。如长9～10m的小艇需要存放在船上，为了实现“大船套小船”，这就意味着船必须是滚装船，有车辆舱。如果只需服务西沙航线，可考虑将3～5甲做成前部住舱、后部车辆甲板的设计，有利于降低重心。

而海安航线为国内短途航线，航程仅1.5h～2h。兼顾海安航线意味着主甲板需做成全通的车辆甲板，以适应频繁的车辆进出。本项目实际设置艏跳板、艏内门、艉跳板、侧跳板，为将卡车与小汽车分流、提高主甲板以下的空间利用率，在主甲板以下还设一层小车舱。小车通过2个活动跳板/水密盖进入2甲的小汽车舱。水密坡道盖收起后与主甲板平齐，提供更多空间以装车。

主甲板的车辆舱为6车道设计，车道长540m。其中4车道宽3.0m，靠近中心线的两车道宽3.1m。小车辆舱5车道，总的车道长约100m，每车道宽2.2m。主甲板车辆舱的净高5.1m，小车辆舱的净高2.2m，满足目前标准小车、货/集装箱车的通行要求。

图1 总布置图

机舱棚如果仅从重心居中角度出发，偏好的布置是左右对称；但往往要考虑到船宽与车道的设计以保证对车道长的要求。本船的机舱棚布置在中心线 C.L.以左，+3200mm～0mm。

2.3 住舱和公共处所设置

海安航线因航程短，旅客仅分级别设置坐席，不需考虑住舱。就我司之前为船东建造的两艘海安航线客滚船而言，旅客甲板对娱乐休闲要求低，除坐席外仅设服务台、超市、儿童游乐区、吸烟室、厕所等等。而西沙航线全程四天三夜，除开航、回航外停留在海上；旅客由海口或三亚出发，航行11h～13h后到达西沙群岛，之后两天围绕西沙诸岛组织活动旅游观光或者在船上娱乐消遣，继而返航。本船的住舱和公共处所布置围绕着娱乐休闲要求更高的西沙航线进行。

表1 主要参数

上建的功能区划分如下：乘客通过舷外登船梯上船到达5甲，在5甲设登乘大厅；5甲、6甲前主竖区作为乘客住舱，5甲、6甲后主竖区作为公共处所；7甲主要服务于船员的居住生活；7甲、8甲的露天区域则作为乘客的休闲观光区。船东基本接受功能区域的划分，登乘大厅和公共处所在设计过程中则经历了较多的修改。

5甲、6甲前主竖区的乘客住舱布置6人间、4人间及VIP间，均配备独立卫生间和电视机。运营旅游观光航线对服务人员需求较大，本船服务员的住所一处在5甲，布置成8～12人间，设在后主竖区；另一处在7甲，紧邻船员住舱。服务员和船员居住区与旅客的活动区域分开，服务员和普通船员使用公共卫生间和浴室。

登乘大厅从设计初的一百平方米左右扩大到一百四十平方米。完全处于登乘大厅内的梯道，最初设计为仅在5甲不设环围，经船东反馈后改为5甲、6甲连续两层甲板不设环围，打造大气通透的空间感。大厅内接待台居中，靠舷边设沙发区可休憩观景。登乘大厅配1800mm×1000mm的大窗，公共处所也是如此，海景一览无余。超市、厨房和宽阔的自助餐厅布置在5甲。舞厅、私人会所和集咖啡吧、棋牌室、阅读角、陈列馆功能于一体的多功能厅布置在6甲。设计初始影院布置在6甲艉，后改为露天影院并移到8甲后，不但挪出了空间，还有效地发挥了西沙航线特有的海上风情。6甲的多功能厅原设计为延续整个主竖区长度，后缩短为延续2/3主竖区长度，另1/3设置私人会所。7甲露天区域可设置烧烤吧或者供日光浴，8甲露天演艺区配备巨型液晶屏幕，可以作演出、露天影院、露天灯光秀，举办各种活动。本船配有两台电梯，运行3甲至8甲，为旅客带来高端体验，提供便捷通行。

本船配备的自助式餐厅、露天演艺台、超市、棋牌间，在椰香公主上已有雏形，但现在更为舒适豪华。这是船东出于运营的连贯性考虑的要求。设在舷外的上部固定、下部可活动的登船梯，也是从椰香公主延续下来的。舞厅和私人会所则是首次设置，迎合本土化的旅客爱好。全船从艏至艉设LED灯带，在夜色中勾勒出修长的船型轮廓。

3 撤离计算因素考虑

本船根据海事当局接受的MSC.Circular 1033进行撤离计算，评估脱险通道。本船有两个主竖区，6甲板为登乘甲板。两艘99人救生艇、6只100人救生筏和两套撤离系统对称地分布在6甲的中后部左右两舷，每套垂直撤离系统在30分钟内可撤离300人。6甲右舷的多功能厅和6甲左右两侧的登乘区域作为集合站。

需要计算因人员初始分布的不同分别有夜间撤离和日间撤离两种情况。在夜间撤离时，假定乘客以最大床位数在住舱内，那么2/3的船员可撤离于住舱，1/3的船员撤离到服务处所。日间撤离时，假定乘客占据了公共处所所能容纳人数的3/4，其他乘客位于住舱；假定1/3的船员位于公共处所，那么1/3的船员在服务处所，1/3的船员在船员起居处所。在计算撤离时间之前，设计出撤离布置图，显示人员日间和夜间分布的处所和人数，各区域的逃生走向和途经的走廊、门、梯道及其宽度，集合站和救生登乘站的位置和容量。

在设计人员日夜分布和主脱险通道走向之后，按国际消防安全系统规则(FSS Code)第13章对客船脱险通道的要求，核查梯道设计的宽度、梯道平台的大小等等是否满足要求。

按法规要求，一个主竖区的人员不必穿越另一个主竖区即可撤离；服务于2个相邻主竖区的围闭梯道在假定任一主竖区失火时仅为其中一个主竖区提供撤离服务。

作为客滚船，本船的撤离时间要求不超过60min：

A+T+2/3(E+L)≤60min

其中，觉察时间即人员反应时间，日间5min，夜间10min；徒步时间，人员从被通知地点移动至集合站然后移动至登乘站的时间；登乘时间；下水时间。按SOLASⅢ21.1.4的要求，E+L取30min，即救生艇筏应能在发出弃船信号后30min内载足额定乘员及属具降落水面。

由以上可以看出，徒步时间是计算的主要内容，要求为日间T≤35min，夜间T≤30min。人群移动时间需考虑安全系数2和逆流系数0.3，计及系数后按通函计算的理论移动时间实际上是tr=T/2.3。tr是沿脱险通道至指定的集合站移动的总时间，可视为由流动时间tF和通过楼梯、甲板、移动至集合站的移动时间tstair+tdeck+tassembly组成。tF是一个最大值，是某一条撤离路线中，人们自开始撤离的甲板到集合站，经过各个梯道、走廊的流动时间中的最大值。而tstair+tdeck+tassembl是累加值，经行连续路径的移动时间。

撤离计算直接影响到上建的舱室、通道的布置，决定了船上最大核准承载的人数。本船为了使撤离时间达标，增大了部分梯道面积。撤离计算需要及时展开，否则有减少定员以减少人员的初始分布的风险，有损船东利益。

4 稳性计算因素考虑

因为空荡荡的车辆舱和居高不下的上建，客滚船注定会有较高的重心。而出于航速要求，水线以下线型消瘦，再加上较浅的吃水，也意味着水线以上受风面积大，总的来说不利于稳性，前期在完整稳性和破舱稳性计算中必须留出一定的裕度，并在设计和生产过程中严格控制重量重心。

4.1 完整稳性

为了保证稳性，本船的滚装处所做成闭式，车辆舱提供储备浮力，3甲至5甲之间的艏门、艉门和舷门在关闭时均为水密。5甲板是计算稳性时的水密船壳延伸的最高处。此外，尽量抬高非保护开口的位置，非保护开口的进水点对应艏艉风机室的百叶窗，位于5甲以上。

本船的稳性按照国内远海航区的客滚船要求进行，按《国内航行海船法定检验技术规则》稳性指标跳级指向国际，完整稳性满足2008 IS Code要求。就本项目而言，船级社审图师发现国内法规的衡准要求比2008 IS Code更为严格。经与船级社审图师多次沟通，在计算证明满足国际2008 IS Code之后，本船的完工完整稳性采用国内法规完整稳性衡准。

各工况必须满足所适用的完整稳性衡准，为保证足够的复原力臂值和初稳性高度，注意到压载水舱、淡水舱和油舱等的自由液面的影响需要最小化，注意到调拨压载水和淡水时自由液面的增加。

舭龙骨的有效面积考虑尽可能增大，以减小横摇角，提高稳性衡准数。

航行工况时船舶的纵倾应控制在0.5%Ls以内。Ls为分舱长度，本项目Ls=128.95m，即艉倾应控制在0.645m以内。一方面，避免大的艉倾有利于航行的安全性和旅客的舒适性；另一方面，这与破损稳性息息相关。概率破损的初始工况并不直接使用完整稳性中的航行工况，相应仅以最深分舱吃水、部分分舱吃水、轻载航行吃水组合纵倾和经自由液面修正的重心高或者初稳性高而成的三个初始工况涵盖典型装载工况范围。超出0.5%Ls的纵倾会增加破损稳性计算量并且拉低破损稳性指标。

4.2 破损稳性

因稳性指标跳级指向国际标准，本船的破损稳性按SOLAS要求，计算概率破损。概率破损要求艏部破损、舷侧破损、底部破损的生存概率Si达标，同时多区域破损要求的分舱指数A＞达到的分舱指数R。在计算分舱指数之前，将分舱长度划分成固定数量的离散的破损区域Zone。Zone的划分和内壳的位置在前期设计阶段即确立，分舱确定后则舱容与之同步。值得注意的是，一旦线型变化，分舱长度随之改变，影响到Zone的长度选取，整个舱壁甲板以下的分舱都会跟着变动。本船内壳保留B/5设置。分舱指数R按如下公式计算：

其中：

N——N1+2*N2；

N1——救生艇可供使用的人数，N1=198；

N2——船舶在N1以外允许载运的人数（包括高级船员和普通船员），N2=339；

Ls——分舱长度，128.95m。

破损区域Zone的划分决定了具体的破损从而对破损稳性分析具有重要的影响。达到的分舱指数A的累加反映了破损区域内所有水密舱壁和进水边界的影响。Zone的划分不强求统一，比如本船的减摇鳍舱、污水处理装置舱的舱长更多是取决于设备选型尺寸的要求。破损区域的边界不一定要与实体水密边界重合，在纵向、横向延伸有限的水密舱壁也可计入计算。以左舷计算为例的破损区域划分如图2所示，纵向的分区叠加在侧视图和3甲俯视图上。

多区破损计算是一种排列组合的破损情形，在这样的计算里，水密船体被视为由纵向的区域Zone、横向水密边界、垂线水密边界分割，计算时罗列破损的区域（单区、相邻两区、相邻三区……）、横向穿透的边界（船舶外壳、内壳等）、垂向穿透的边界（船底、3甲板、5甲板等等）的组合作为破损案例，得到成百上千种情形。合理的划分方法有助于得到较好的结果即较大的R指数。有必要时也可计入一些延伸有限的进水边界，寄希望于这些较小的贡献可以累积。

图2 以左舷计算为例的破损区域划分

一般而言单区和两区破损对分舱指数贡献最大，之后贡献递减。本船为例，计算到三区破损时：

达到的分舱指数＞要求的分舱指数

即 R=0.797＞A=0.7

其中：单区破损贡献0.337，二区破损0.331，三区破损0.130。五区破损的贡献在小数点后第三位，为此去增加计算量意义已经不大。

合理分舱能得到较好的分舱指数，相当于留出更多稳性裕度，即重量重心裕度。本船靠艉原本考虑设一对压载舱，为了稳性裕度拆成2对，主要作用即是提高分舱指数，同时也减小了装载时的自由液面。有一个船舯部分的U型舱，左右两侧划出一块空间做成通海舱，通海部分设格栅。这样做牺牲了一定的排水体积，但在载重吨有裕度的前提下，也不失为一个有效的办法。

图3 U型舱示意图

4.3 横贯进水

值得一提的是，对于U型舱，其中间低两边高、中间体积小两边体积大，破损时一侧的水需要通过中间窄小的开孔或通道流向另一舷，在此过程中有可能产生较大横倾。

按IMO决议Resolution MSC.362(92)计算横贯进水时间，超过60s则认为非瞬时平衡，需要计算中间进水状态。横贯进水的计算应尽量在早期进行，双层底内各纵桁减轻孔的数量和面积需要与结构协调。对于如何进行横贯进水计算，不同的船级社对规范的解读尽管原则相近，细节上则不尽相同，有必要在设计前期做好和船级社的沟通。

本船有数个U型舱（如图3所示）。为了使横贯进水计算中间状态能满足规范要求，或者设法使横贯时间＜60s以避开中间状态计算，最终采用如下措施：

（1）加设横贯进水装置。采用圆管或者设结构贯通都是有效的，管或贯通尽量不设弯头和阀件，结构贯通的内部开孔应尽可能的大。无论设横贯管或者结构，位置应尽量低，因为z坐标对结果有影响。本船为3对舱在1甲板面以上设了开孔面积超过1m2的结构贯通。曾尝试使用小管径的空气管多根，但计算反映出的效果不好，而且多处搭管会阻挡设备的布置，最终没有采用。

（2）减少U型舱两边体积。这样做能减少破损时的进水量。本船为一个位于机舱区的U型舱，在左右两侧的油柜顶上各隔出了一个小的空舱。另外

5 结束语

这是公司首次自主设计的一型国内客滚船。近年来审图对客船把关严格，撤离、稳性、防火等与安全性有关的布置计算需要尽早和船级社深入沟通，减小后期的技术风险。

客滚船稳性的裕度与重量的控制，对设计和建造也提出了不小的要求，需要重点关注。特别是上建层数多、住舱多、公共处所设计复杂的船，重量重心较难估准，控制难度也较大，对载重吨指标、稳性裕度都有影响。前期在稳性计算中必须留出一定的重心高裕度，预留至少0.2m的重心高裕度是有必要的；在设计过程中有的放矢地应用轻量化设计，加以控制；即使生产设计统计出的重量重心较为安全也不能掉以轻心，在建造过程中时刻注意，否则最后挽救的空间极小。本船在设计初期合理分舱，得到了0.4m的重心高裕度，在设计和建造过程中注意重量控制，倾斜试验之后得到的实船重量重心仍然满足稳性要求。