斯德哥尔摩协议解析及对我国客滚船的影响

孙家鹏,张敏健

(上海船舶研究设计院,上海 201203)

在研发下一代台湾海峡航线客滚船的过程中，出于海外市场的考虑，船东提出新船需兼顾欧洲客滚船的稳性衡准要求，近年来也有国内渤海湾的船东提出了相同的需求。渤海湾集中了国内绝大多数的大中型客滚船，近年来更新换代速度非常快，之前的二手船由于不满足欧洲的稳性要求，只能以低廉的价格出售给东南亚国家。同时注意到近5年来欧洲大中型新造客滚船市场已经转移到中国，船舶的设计工作也逐步由欧洲转向国内设计公司或船厂，而目前欧洲客滚船特有的稳性规范《斯德哥尔摩协议》(stockholm agreement，SA)在国内尚没有研究的报道，业内同行对该规范比较陌生。因此，考虑对SA规范进行解析，将研发的海峡客滚船作为算例，分析SA与最新生效的破舱稳性国际规范SOLAS 2020之间的关系，总结SA对国内客滚船的影响。

1 SA背景简介

客滚船Herald of Free Enterprise及Estonia于1987年及1994年于北欧发生了重大海难并导致了惨痛的人员伤亡。事后的调查表明，均是由于破损导致了位于水线以上的滚装处所积累了大量的水，船舶横倾时积水加剧了倾斜，从而导致船舶在短时间内迅速倾覆。欧盟调研之后针对欧盟的客滚船提出了破损后应考虑舱壁甲板积水的影响的稳性要求，也就是所谓的《斯德哥尔摩协议》，该规范于2004年11月生效。

SA是基于确定性算法SOLAS 90的附加要求，至今已有30年。2009年1月1日生效的SOLAS 2009将客船和货船的破舱稳性统一为概率算法，然而有研究表明:SOLAS 2009并不能覆盖SA；2020年1月1日生效的SOLAS 2020再次大幅提高了客船破舱稳性的要求，提高了对滚装甲板破损的稳性要求，但目前各大主流船级社如DNV、LR仍旧要求目前欧洲地区的客滚船需同时满足SOLAS 2020和SA的要求。

2 规范解析

SA是基于船舶破损后水线以上的滚装甲板上积累了一定量的水，在考虑积水的影响下需满足确定性破舱SOLAS 90的稳性衡准要求，包括剩余复原力臂曲线在平衡角以外应有一个至少15°的正值范围、复原力臂曲线下的面积应至少为0.015 m·rad等衡准，具体在SOLAS 2004第II-1章，B部分第8条2.3条中有详细的描述。

2.1 滚装甲板的积水量

基于以下假定通过2次线性插值获得。

1)如果剩余干舷小于0.3 m且有义波高大于4 m，则积水高度为0.5 m。

2)如果剩余干舷大等于2 m且有义波高小于1.5 m，则积水高度为0 m。

举例来说，若=1.15 m，=3 m，则对于积水量的计算可以分为两步：第1步假定=4 m，根据=0.3，=0.5以及=2，=0,通过线性插值得到当=1.15 m时，=0.25 m；第2步根据=1.5 m,=0以及=4,=0.25，通过线性插值得到=3 m时，=0.15 m。即积水量为0.15 m。

上述的剩余干舷及积水高度见图1，其中剩余干舷是指破损滚装处所与最终水线的之间的最小距离，有义波高即三一有义波高，规范将北海、波罗的海及地中海根据海况分成了若干区域，并对每个小的区域给出了的数值，最大值为4.0 m，最小值为1.5 m。

图1 剩余干舷fr及积水高度hw示意

2.2 几点注意事项

1)滚装处所甲板的积水高度是个定值，因此甲板上总的水量会随着横倾的变化而变化。

2)有义波高的数值是按区域划分的，如果船舶全生命周期只航行于特定的航线，可以考虑将值取为4.0 m以下。

3)横向破损范围是在船内于最深分舱载重线水平面上，自舷侧向纵中剖面方向垂直量取的船宽的1/5 距离(SOLAS 2009之后的舷侧破损要求将横向破损范围 缩小到了船宽的1/10)。

4)滚装处所的渗透率取0.9。

SA是追溯性规范，针对现有船的改装，指南给出了包括水线以上的滚装处所两侧开流水孔、滚装处所内设置部分高度至少2.2 m的纵向或横向的半舱壁、设置额外的船侧附体来增加船舶自身的稳性等方法。这些方法显然不适用于新造船，例如，客滚船理念之一是高效(door to door)，目前车辆舱都采用无支柱方案，设置部分半舱壁显然违背了设计初衷。另外，规范允许采用船模试验的方法进行验证，但试验非常复杂，至今没有相关案例。

3 算例及分析

3.1 初步方案简介

研发的海峡型客滚船的外形图及主要参数见图2，分舱方案示意图见图3，设有两层车辆舱。该船已满足SOLAS 2020的要求。

图2 海峡型客滚船外形图及主要参数

图3 分舱方案示意

从《西北太平洋波浪统计集》的数据来看(见表1)，台湾海峡1.5 m以上的有义波高累计超过50%，2.5 m以上的有义波高累计达30%。对比图4可以看出，该区域的海况与北海及波罗相当，比地中海大部分地区均要恶劣。相对来看渤海湾地区的海况较好，1.5 m以上的有义波高累计约为15%。

表1 台湾海峡 E5海区有义波高分布情况

3.2 SA衡准的计算

表2 某种破损工况前后的船舶浮态

表3 某两舱破损下的稳性衡准

图4 破损后的浮态示意

图5 破损后甲板积水对的影响

3.3 SA与SOLAS 2020结果的比较分析

算例船的初始状态如表4所示，对应于表5中的P1方案。P1方案满足SOLAS 2020，相对于满足SOLAS 2009的P0方案，规范要求的分舱指数值从0.744 4提升到0.801 2，提高了7.6%。为满足SOLAS 2000，采取了包括略微增加船宽、增加型深、调整初始纵倾、设置前后机舱减少破损后的横倾等手段。

表4 P1方案破舱计算的初始状态

表5 不同的方案对比

在P1方案的基础上，借助NAPA软件通过参数化建模进行计算。这里只选取几个典型结果加以说明。

2)P3方案是在P1方案的基础上将双壳加宽到B/5来满足SA，在这种情况下SOLAS 2020可以轻易地满足并有一定的余量。值的一提的是，该方案由于型深较高、下货舱较小，几乎所有连带下货舱破损的两舱连破工况都有生存概率。

3)P4为最终选择的方案，是基于P3方案上降低了型深。

对于具有两层以上滚装处所的客滚船，舱壁甲板以上的第二层滚装处所对完整稳性及破舱稳性不再起到作用，不作为稳性浮力模型。因此，该算例具有一定的代表性。

4 结论

1)如果客滚船具有较大的下滚装处所，且舱壁甲板下双壳的宽度未达到船宽的1/5，可能会有相对合理的方案满足SOLAS 2020，但几乎不可能满足SA；如果原方案具有B/5的双壳且同时满足SOLAS 2009，则满足SOLAS 2020相对容易。

2)仅从安全性来说，考虑到船舶本身破损、倾覆机理的一致性，对于海况与北欧类似的台湾海峡航区，建议按有义波高4.0 m考虑滚装处所积水对稳性的影响；对于渤海湾地区的大中型客滚船，建议试算并适当考虑2.5-3.0 m有义波高下滚装处所积水对稳性的影响。

3)国内的大中型客滚船包括最新交付并航行于渤海湾地区的“吉龙岛”及“中华复兴号”均采用了窄边舱的型式，与欧洲同等尺度的船相比，其下货舱增加了一条大车道从而增加了载货能力，然而几乎所有含有下滚装处所破损的典型工况的生存概率值均为0，而欧洲的客滚船得益于SA的要求并不会出现这种情况，如上文提到的P3方案。SOLAS 2020大幅提高了客船的破损稳性要求，对于豪华邮轮来说，目前大部分穿透船舶中线的3舱破损仍有生存概率(或者是有生存概率才能满足最终的指数要求)；相对来说，承载旅客相当的客滚船破损后的安全性差的较大。综上，建议国内的客滚船可适当以牺牲经济性的方式、通过增加边舱宽度及型深高度的方式来提高安全性，满足真正的一舱破损。