客滚船的十大技术挑战与应对措施

田正军， 吉春正， 吴 林， 俞 剑， 赵 勇， 赵自兵

(招商局邮轮研究院(上海)有限公司， 上海 200137)

0 引 言

客滚船是指具有滚装处所或特种处所的客船[1]，其糅合了滚装船和客船2种船型的特征，形成了自己的特点，在设计和建造中存在很多挑战，需予以深入研究。在某北欧船东订造的客滚船(以下简称“本船”)的设计建造中，招商局邮轮研究院(上海)有限公司先后攻克了上百个技术难关，保证了首制船按期开工、顺利交船。本文选取本船10项重大技术挑战，简述挑战的成因和应对措施，为后续同类型船舶的设计建造提供参考。

1 十大技术挑战与应对措施

1.1 快速性挑战与应对措施

客滚船是典型的班轮，设计航速快、准点率要求高、装机功率裕量大。由于法规对客滚船能效设计指数(Energy Efficiency Design Index,EEDI)的要求较为严苛[2]，同时客滚船机舱空间较为狭小，主机等关键设备的尺寸受限，需尽量减小装机功率，因此，如何妥善解决快速性需求与装机功率限制之间的矛盾是客滚船重大技术挑战之一。本船委托欧洲设计公司进行线型设计，经优化后的线型被欧洲某世界著名水池评价为10 a内最佳线型，大幅提升了船舶的快速性，实现了主机推进功率的大幅下降。推进系统由通常的四主机变为两主机，大机器变为小机器，有效降低了整船造价和运营成本，化解了快速性挑战。

1.2 破舱稳性挑战与应对措施

因滚装处所的特殊布置或特殊要求，客滚船的稳性与客船相比呈现出了显著的个性特征和独特挑战。就破舱稳性而言，客滚船首先要满足《海上人命安全公约》对客船破舱稳性的要求，但较长底货舱的存在给客滚船的破舱稳性带来了巨大挑战。其次，本船在欧盟水域运营，需满足《国际航行客滚船甲板上浪特殊稳定性要求(斯德哥尔摩协定)》对主货舱甲板上浪积水的特殊要求[3]，这往往是客滚船破舱稳性的临界工况。最后，本船挂英国旗，需满足挂旗国对破舱稳性浸水长度和B/5舱壁结构完整性等的特殊要求。本船化解此挑战采取的措施有：

1) 在设计建造过程中建立完善的管控流程。在送审设计阶段仔细进行稳性计算，要求将限界线和进水点细化到相应图纸中；在生产设计阶段严抓放样落实，及时反馈因无法放样而产生的差异并更新计算；在现场建造阶段对进水点和环绕路径进行复查并及时整改，有效管控技术风险。

2) 在设计后期遇到了横贯进水不满足法规要求的险情，可能会导致整个双层底返工，经过仔细计算和详细论证，采用连通管方案，避免重大返工。

1.3 空船重量控制挑战与应对措施

客滚船具有空船重量占比大、重心变化敏感和稳性安全要求高等显著特点，因此空船重量和重心控制是客滚船重大技术挑战之一。本船化解此挑战采取的措施有：

1) 建立完善的空船重量控制体系。在重量控制体系中，明确订货、设计、建造等各阶段的管控要点和职责分工，以有的放矢并及时预警；在重量预估体系中，建立系统和整船双级余量预估体系；在重量报告更新体系中，明确标记数据来源和变更历史，使来源可靠、履历清晰，为科学决策提供理论依据。

2) 推进各种减重方案论证。在设计建造过程中进行4轮100多项减重措施论证，涵盖众多新设计、新工艺和新材料运用，最终采纳51项经济可行的减重方案，有效化解重量和重心超标的风险。

3) 建立轻量化设计施工标准。借鉴国内外先进的客船设计建造经验，经过仔细论证和分析提炼，形成一整套适用于客船的设计施工新标准，确保轻量化设计施工贯穿始终。

1.4 结构设计挑战与应对措施

客滚船的结构形式复杂，高应力区和疲劳热点遍布全船，结构与各专业接口多、协调复杂，重量控制敏感度和减振降噪要求高。因此，结构设计难度大、风险高是客滚船重大技术挑战之一。本船化解此挑战采取的措施有：

1) 系统梳理结构与各专业设计接口，主动协调、充分兼顾各专业诉求，以高效地固化结构设计。

2) 在制订结构修改方案时，除了考虑结构强度和刚度以外，还综合考虑重量优化、减振降噪、局部变形和功能使用等因素，保证方案合理准确，避免反复修改。

3) 充分运用全船结构分析优化结构设计。波浪载荷由直接计算获得，减小环境载荷可有效减小构件的尺寸；通过有限元分析对主要构件的尺寸、关键连接节点和高应力区域进行优化，优化重量，控制风险。

1.5 减振降噪挑战与应对措施

本船对舒适性和设备安全有严格的要求，不仅有COMF(V2) 入级符号对船内舒适度的明确要求，而且靠码头时对外部噪声辐射有明确要求，还有VIBR入级符号对设备基座振动的明确要求。同时，由于振动噪声预报和实测可能存在偏差，因此减振降噪是客滚船重大技术挑战之一。本船化解此挑战采取的措施有：

1) 仔细梳理振动噪声预报的输入条件，如船体结构刚度和振动噪声激励源等，以提升预报精度，使振动噪声预报尽量与实船情况相符。

2) 全程跟踪预报输入条件的更新和输出要求的落实。对于主机、辅机和风机等激励源，消音器、内装板和弹性吊架等减振降噪阻尼，根据实际订货，及时更新；对于要求增加的甲板阻尼、支柱结构和结构加强等，严格落实，确保减振降噪效果。

3) 仔细消化振动噪声测量要求，提前安排各项内部测试和风险排查，并通过经验分析和理论计算对个别不达标项进行事先整改，一次性通过所有振动噪声测试。

1.6 滚装设备挑战与应对措施

客滚船为加快码头装卸货速度，一般采用双层同时装或卸的方式，且能艏进艉出、艉进艏出，避免船舶和货车掉头，因此船上一般设有艏门，该设备是客滚船的标志性设备。艏门的设计与建造面临着结构设计复杂、施工区域狭窄、建造工艺复杂和安装调试困难等难点，是客滚船重大技术挑战之一。本船化解此挑战采取的措施有：

1) 详细考察港口设施，确保船用滚装设备与码头设施匹配；在设计中，充分利用3D模型核查滚装设备与结构之间的接口，提前发现干涉问题，消除风险。

2) 密切协调设计院的船体结构设计和厂家的滚装设备设计，尤其是及时发现双方的有限元分析所采用的锁紧点弹性系数相差1个数量级，导致锁紧力结果差异巨大，及时协调双方更新计算，避免重大返工。

3) 攻克一系列滚装设备制造和安装工艺难题，尤其是艏门3D割缝工艺(要求不大于10 mm)和扭曲橡皮条安装工艺等，实现艏门的制造和安装一次性达标。

1.7 内装工程挑战与应对措施

客船内装工程量巨大，是客船设计建造的核心，也是重大技术挑战之一。本船化解此挑战采取的措施有：

1) 创新项目管理模式。

在初期经过充分调研之后，战略性决定与德国专业内装公司成立合资公司，采取内装区域集中管理模式，确保项目取得成功。这种设计管理模式的优势在于：

(1) 内装大包采用公司制管理，能确保项目进度、质量和成本达到最佳平衡；同时，利用国外总包公司先进成熟的管理模式、系统和技术，将其与本土团队相结合，能在较高起点上开展项目实施。

(2) 各方形成项目利益共同体，内装大包供应商既能代表船厂与国外船东和艺术设计师沟通内装设计，又能顺畅地与船厂技术团队完成背景工程与内装工程的协调，还能以设计和工艺为龙头发展国内供应链，开发出符合欧洲品质标准的配套产品，从而降低建造成本。

(3) 首制船在国外技师的现场指导下，通过详细的施工图纸，让本土工人打造出具有欧洲品质的产品。

2) 创新技术管理模式。

(1) 在内装基本设计阶段，既考虑表面的艺术呈现，使乘客拥有良好的乘船体验，又考虑背后的技术设计，满足规范规则的要求，通过不断协调艺术设计师的艺术设计与设计公司的技术设计，保证双方图纸的一致性，实现艺术与技术协调统一;

(2) 在内装详细设计和生产设计阶段，各方采用全程3D一体化设计，实现全球设计资源协同，保证船舶背景工程与内装工程交界面接口准确，确保材料订货和施工计划全面顺利展开;

(3) 建立船东供品技术管理体系，全面梳理各设备的风水电气需求和接口信息时间诉求，将多而杂的船东供品管理得井井有条。

1.8 推进系统挑战与应对措施

推进系统是客滚船的核心系统，其可靠性对于班轮而言至关重要，是客滚船设计建造的核心挑战之一。本船化解此挑战采取的措施有：

1) 优化机舱布置。综合考虑推进系统冗余和破舱稳性要求，采用前后机舱布置。机舱长度较短，空间狭窄。一方面对安全返港系统的设计原则(分隔、双套、冗余和保护等)进行优化，减少设备配置，简化系统管路；另一方面对机舱进行综合布置优化，妥善布置设备和优化管线路径，实现机舱最优化布置。

2) 攻关长轴系安装工艺，消除轴系横振风险。在设计中，及时发现设计公司的V型架和I型架刚度与厂家的假定刚度相差1个数量级的问题，通过详细计算和仔细论证，排除共振风险。最终轴系运行状态良好，振动和噪声均未超标，且轴系效率较高，单桨模式下的船速(18.5 kn)就超过了运营航速(18.0 kn)。

1.9 空冷通设计挑战与应对措施

与其他船型相比，客滚船货舱区机械通风与上层建筑区域空调通风有其独特的特点。

与货滚船相比，客滚船的货舱通风风道虽然也常藏于舷侧强肋骨间，但存在很大不同：风道截止于居住区域下方，无法布置大型的风机房；艏部风道均位于角落处，空间狭小；受客船破舱稳性的影响，下货舱进风口横穿至船中，管道曲折。客滚船货舱通风具有无风机房、空间狭小和管道曲折的特点，导致风机效率低、管道风阻大、风机功率大、风机噪声高。为保证舒适性，需加长消音器，导致压降进一步恶化，风机功率进一步加大。大的风机、长的消音器与狭小空间存在严重干涉，需妥善解决。

与邮船不同，客滚船的客舱多为4人标间，使用风机盘管并不能显著降低新风量，因此大部分客滚船采用全新风系统，导致空调通风量巨大，进而导致进出风风道大，噪声高，很难实现空调机室分布式布置，更多是在顶甲板分主竖区集中布置，这会导致风管数量多，需分上、中、下等3层布置，给空间布置带来挑战。

本船化解空冷通技术挑战采取的措施有：

1) 在整个设计流程中多次进行计算和迭代，最终优化平衡。首先根据预估的风机压力对风机进行初选型；然后根据风机噪声参数对消音器进行初选型；接着根据生产设计模型进行压降力计算，调整风机型号；随后重新进行噪声计算，调整消音器型号；最后核算压降和噪声，直至所有指标都在要求的范围内。考虑到不可控风险，建议风机压力有15%～20%的余量，噪声有3～5 dB的余量。

2) 在空调风管布置中，采用详细设计与生产设计一体化建模，优化风管路径，减少设计施工工作量。

3) 大量运用椭圆风管，提高梁上减轻孔的利用率，减少结构修改量和环绕，缩短风管长度。

1.10 安全返港设计挑战与应对措施

客船安全返港的法规要求只是一个目标性标准，并无详细的描述性指导准则可用于具体设计中，加上安全返港设计从概念设计开始，贯穿设计、建造、调试和验证全过程，是一项庞杂的系统工程，如何满足安全返港要求成为客船新造船项目的重点难题之一[4]。本船化解此挑战采取的措施有：

1) 在概念设计阶段，提前考虑安全返港的设计策略。在此阶段侧重于规划各类处所的基本布局并选择安全区域，规划重要系统管道/电缆主干路径和设备布置方案，同时着重消化法规要求，并与船级社和船旗国沟通确认有无特殊要求。

2) 在基本设计阶段，根据设计策略确定各系统的设计原则。该阶段的关键是制定各安全返港系统的设计原则，说明本系统是如何实现故障备份和系统冗余的。

3) 在详细设计阶段，需把设计原则落实到每个系统的详细设计中。该阶段的关键是对详细设计图纸和安全返港文件进行相互印证和修改调整，建立安全返港模型并进行风险分析。

4) 在生产建造阶段，主要跟踪船东和船检的意见、工艺改进等产生的修改。该阶段需特别注意施工部门未按图施工导致的施工路径与放样路径不符的情况。

5) 在调试验证阶段，需确保设备和系统的各项功能顺利实现，并分事故场景进行模拟丢失试验，验证实际场景与风险分析结果的一致性。该阶段正式报验时有船东、船检和船旗国参与，需确保一次成功。

本船安全返港涉及19个系统、约4 000根电缆，通过有效管控，实现了一次通过所有检验。

2 结 语

本文选取客滚船设计建造过程中的十大技术挑战，简述了挑战成因。同时，简述了：通过线型优化，化解快速性挑战；通过解决横贯进水，化解破舱稳性挑战；通过建立控制体系，化解重量控制挑战；通过精准协调，化解结构设计挑战；通过有效管控，化解减振降噪挑战；通过工艺攻关，化解滚装设备挑战；通过管理创新，化解内装工程挑战；通过优化设计，化解推进系统挑战；通过迭代优化，化解空冷通挑战；通过技术管控体系，化解安全返港挑战。