“Viking Glory”豪华客滚船总体设计

刘剑峰

（厦门船舶重工股份有限公司，福建厦门 361026）

0 前言

豪华客滚船是典型的高附加值船舶，通常一艘船的造价在1亿～2亿美元，与其他常规船型相比，豪华客滚船具有如下特性：设计繁杂、装饰豪华、建造周期长、船东要求高和造价昂贵。因此，豪华客滚船的设计和建造集中了技术、资金和信息的密集性，对船厂的要求极高。这不仅体现在对现代造船业的设计与建造能力方面，更在文化理念、风俗习惯和审美情趣等方面有着近乎苛刻的要求。

在此情况下，豪华客滚船的研发、建造技术和工艺长期以来只集中在少数几家欧洲大船厂手中，没有设计与建造经验的造船企业很难准确判断豪华客滚船的研发与建造的难度。同时，因其在船舶设计，尤其是内装设计和配套装潢设计以及建造工程复杂、技术难度大、施工和配套环节多，有很高的风险性，豪华客滚船的设计建造对总体设计等单项关键技术具有严格的要求。

本文对“Viking Glory”客滚船的总体设计方案进行详细介绍，对设计中遇到的问题及解决方法进行详细阐述，并提出豪华客滚船总体设计的主要关注点和注意事项。

1 概述

“Viking Glory”客滚船是由Deltamarin Ltd Finland 与厦门船舶重工股份有限公司联合设计[1]，为芬兰船东Viking Line Abp建造的现代化多用途豪华客滚船。

该船主要运营于芬兰图尔库和瑞典的斯托哥尔摩航线，可以乘坐3 000 人，包括有200 个船员和2 800 个乘客，同时还可用于装载各类车辆和包装类危险品。该船具备安全返港的能力，采用全电力推进，配置2 台ABB 吊舱推进器、3 台艏侧推、6 台LNG 双燃料主机、LNG 冷能回收系统、废热回收系统。此外，该船采用先进的邮轮中央控制及报警监测系统、酒店系统和蓝牙系统等，是目前世界上客滚船里体型最大、装修最豪华、高度节能环保的新一代邮轮型客滚船。

1.1 船舶入级和挂旗

该船入级挪威船级社（Det Norske Veritas，DNV）[2]，悬挂芬兰旗，船级符号及具体含义见表1。

表1 各个船级符号的具体含义

1.2 主要尺度和参数

“Viking Glory”客滚船的主尺度见表2。

表2 “Viking Glory”客滚船主尺度

2 总布置

“Viking Glory”客滚船共设有13 层甲板，其中服务和技术处所主要位于3 甲板以下。根据安全返港要求[3]，按照艏艉方向分成2 个主机舱和2 个辅助设备间，上下分为内底和2 甲板。主机舱内底主要布置主机、锅炉、废热回收、LNG 辅助设备、减鳐鳍等大型设备，以及为主推进服务的主要辅助设备。2 甲板主要布置一些饮用水设备。辅助设备间内底主要布置其他的泵浦板冷等辅助设备，2 甲板主要布置集控室、配电板间和机修间等。

3 甲板和5 甲板之间为货物处所，设有1 个拖车甲板（3 甲板），私人汽车活动甲板（4 甲板）和1 个汽车甲板（5 甲板），5 甲板配置约20 个充电桩，可根据不同电压等级为各种型号的电动汽车充电。车辆可直接通过3 甲板艉门或5 甲板边门进入，并从艏门驶出，4 甲板活动甲板的艏艉端可充当坡道使用。

5～8 甲板共设有5 种类型的船员舱室和17 种类型的乘客舱室，总共1 124 个居住舱室，能够满足不同乘客多方位的需求。9～11 甲板主要布置公共娱乐场所，拥有12 个各色餐厅、大型免税店、多功能会议中心、儿童娱乐室、咖啡厅、商场、电影院、演艺厅、泳池、阳光休闲甲板等休闲娱乐设施，是运输、旅游、休闲、购物完美的结合体，让旅客在安全旅行的同时，可以尽情享受海上星级宾馆的服务。“Viking Glory”客滚船具体布置见图1。

图1 “Viking Glory”客滚船总布置图

3 线型设计

“Viking Glory”客滚船的方型系数相对较小，航速较高，因此线型较为修长，艏端尖瘦，平行中体中段短，舯部横剖面具有较大舭部半径，浮心位置相对靠后，设计水线艏端半进角较小，艉部采用方尾。由于较高的航速需求，推进功率的需求也就较大，因而螺旋桨的负荷会比较高。但是该船的吃水和桨径又受到航道限制，这就要求只能通过设置双桨来分担负荷。该船航线固定，主要运营于芬兰图尔库和瑞典斯德哥尔摩港口之间，航程短，时间周期固定，正好一天一个来回，因此对船舶的航速和操纵性能要求也就非常高。综合评估下来，最后选定2 个ABB 的吊舱推进器，考虑到冰区加强和螺旋桨推进效率，螺旋桨材质选用不锈钢。

3.1 艏部线型设计

“Viking Glory”的兴波阻力是构成总阻力的重要组成部分，因此在线型设计时，从阻力性能考虑，主要着眼点是如何减少其兴波阻力，线型优化时，关注更多的是艏部的线型。加上该船航行区域的浅水航道较多，出于对该区域海洋生物的保护和减少对两岸海堤的冲刷，船东要求在航行过程中，由艏部线型引起的兴波不能太大，这对于艏部线型的设计也提出了很高的要求。此外，还要特别考虑艏门通道与港口设施的连接，综合考虑，最终该船确定采用球鼻艏。通过合理地选择球艏的几何参数，使之在于球艏的兴波与主船体的艏横波形成有利的干扰，从而起到降低阻力，提高航速的作用。

3.2 艉部线型设计

艉部线型设计主要是考虑吊舱的布置以及与横剖型线的配合，设计艉部线型时，艉框内的形状和尺寸应根据吊舱的具体位置和尺寸，考虑桨叶和艉框间的间隙来决定。桨叶及艉框之间间隙的大小主要影响螺旋桨对船体的激振力，同时也与推进效率和阻力有关。另外该船的艉部线型设计还要特别考虑艉门的布置，再加上通过对一些附体节能效果的研究和分析，本船确定加装了鸭尾和尾楔。鸭尾相当于增加了该船的长度，特别是在高速时，长度的增加对兴波阻力的减少明显有益，而尾楔的加装，可明显对该船尾部的水流起到了阻滞作用，使流动速度变缓, 影响区域可达到螺旋桨盘面以前。尾楔虽然本身增加了船体的阻力，但是因流速变缓而引起的船体表面水动压力的增加却使该船的阻力减小。另外，流速减缓后，螺旋桨伴流分数增大，这将导致船身效率增加，对螺旋桨推进效率提高也是大有好处。本船的艏艉部线型及吊舱推进布置见图2。

图2 “Viking Glory”艏部线型和艉部线型

续图2 “Viking Glory”艏部线型和艉部线型

4 稳性研究

该船完整稳性需满足《2008年国际完整稳性规则》（2008 International Code on Intact Stability）；破舱稳性需满足《国际海上人命安全公约》（International Convention for Safety of Life at Sea，SOLAS）对破舱稳性的要求以及《斯德哥尔摩公约》中关于滚装客船特殊稳性要求的协议（有义波高4.0 m）的要求。

4.1 完整稳性

“Viking Glory”客滚船的上层建筑丰满，受风面积大，加上客滚船的布置特点，使得该船无法左右舷完全对称布置，因此在设计过程中，须重点考虑横倾，纵倾的影响[4]。同时，该船装载的汽车品种、型号繁多，装载工况也非常多，在设计过程中不可能将所有的工况都进行核算，只选取一些能代表船舶载货能力的最不利于稳性的典型工况，对其完整稳性以及大受风面积下的风倾稳性等进行详细的分析和研究。该船为实现最经济的装载效果，对无压载出港的可行性进行了分析，这对船舶的重量重心的控制，型线的设计等提出了更高的要求。

该船对于大倾角稳性下的横倾进水角度如何确定是个难题。国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）规定的稳性衡准要求船舶横倾40°以下无非保护开口，即船舶的横倾进水角要大于40°，除非船舶的稳性衡准能满足以下2 点要求：

1）在0°与进水角θf（θf＜40°）复原力臂曲线下的面积应不小于0.09 m·rad。

2）在横倾角30°与进水角θf（θf＜40°）之间复原力臂曲线下的面积应不小于0.03 m·rad。

如果该船按照常规考虑横倾进水角为40°的话，则车辆舱和干舷甲板以下舱室的通风进水口高度将大幅提高，这将使得通风管路设计和布置变得非常复杂。该船通过具体对所有典型工况的稳性衡准进行校核，优化并确认非保护开口的横倾进水角可减小到35°，大大缩短干舷甲板下众多舱室的通风管路长度，从而节约空船重量和布置空间。“Viking Glory”干舷甲板以下空调压缩机间通风管路布置图见图3。

图3 “Viking Glory”干舷甲板以下空调压缩机间通风管路布置图

4.2 破舱稳性

“Viking Glory”客滚船具有贯穿全船的大车辆舱，并且型深相对较低，如何满足破舱稳性要求成为该船设计中的难题之一，无论是分舱布置，还是装载和浮态的变化，都会对该船破舱稳性有不同程度的影响[5]。该船在设计之初，通过合理的总布置来调节船舶浮态，尽量控制典型装载工况的纵倾；尽量降低船舶的重心，获取合适的GM 值；合理分舱或设置横贯进水装置，以尽量减少不对称进水，来减少横倾，提高船舶的残存稳性。

此外，该船还需满足《斯德哥尔摩公约》中关于滚装客船特殊稳性要求的协议（有义波高4.0 m）的要求，在破舱计算中，需要假定车辆甲板积水,并根据ISO相关计算要求进行额外的边舱破损计算。

5 振动噪音

该船除了满足IMO《船上噪声等级规则》，还要满足DNV 船级符号中最高等级COMF(V1)的舒适度要求、芬兰当局的船舶噪音要求，以及船东在规格书中提出的对于港口状态下外部噪音的要求。这不仅增加了设计难度，也对噪音源的设备选型、安装节点、降噪材料、布置方式，以及噪音接收端的舱室壁板安装节点都提出了最严格的要求。该船主要从声源控制、传输途径控制进行了专门的分析并采取了多种控制措施来确保噪声满足要求。

5.1 声源控制噪声

从声源入手控制噪音，是噪声控制中最根本和最有效的手段。该船设计采用吊舱推进系统，相比于常规轴系推进，大大降低了螺旋桨的噪音。该船在设计的早期阶段，对螺旋桨做了轴系传递剪力弯矩分析、空泡分析和激振力分析，预测了相关工况下螺旋桨的噪音水平，并通过数据库比对，发现螺旋桨产生的噪音水平甚至明显低于常规豪华邮轮，预测的噪音水平也为后续将要开展的全船噪音分析提供了可靠的输入条件。

5.2 传输途径控制

噪声源的噪声通过空气声和结构声这2 种方式传播，对此两种传输途径的控制是最常用的办法。该船通过多种手段控制噪音传输，包括采用弹性基座、弹性支撑以避免结构传声；增加消声器、设置隔音墙以降低噪声的传递；使用浮动地板，壁板和隔断墙不能与钢结构舱壁有钢性接触；天花板与上层甲板如有连接，需使用弹性支撑；浮动地板的顶层与钢舱壁的连接处使用弹性材料阻断；这些措施的实施均可有效降低结构声的传递与辐射。

6 空船重量重心的控制

客滚船的重量重心控制要求极高，国内外客滚船的空船重量未达设计要求的事例，时有发生，主要原因是船舶优化设计和重量重心控制的广度和深度不够。重量重心控制是船舶设计和建造过程中一项重要工作，涉及面广、内容繁琐、持续周期长，这些特点决定了重量重心控制的难度。

该船的重量重心控制分为设计准备、送审设计、生产设计和建造过程等4 个阶段进行，通过成立专项重量重心控制小组，对相关阶段的重量重心控制策略和措施进行攻关策划，取得了非常不错的效果。特别是在船舶钢材和管材材料选型和厚度公差管控，设备、舾装件轻量化设计选型、甲板变形和辅料敷设精度控制，焊角高度和油漆施工质量控制，上建总包公共区域质量控制，船东技术修改变更和船东供应品重量监控等多方面，成果显著，实现了对本船重量重心的控制目标。

7 安全返港

为保证该船相关系统满足安全返港相关规范法规要求[6]，将整个安全返港支撑系统分成7 个阶段进行分析。首先定义系统构架，然后根据认可的详细设计图纸，在背景图上明确相关设备电缆/管路实际路径，并建立全船数学模型，通过程序仿真分析各个事故情况下，各个电缆/管路路径丢失情况得出结论，判定现有的设计是否满足规范法规要求。该船的安全返港主要难点在以下4 个方面：

1）需多专业进行统筹考虑。在满足针对安全返港的规范法规前提下，需要从分舱、防火分隔、管系设计、电气系统设计各个方面统筹协调考虑，以简化系统设计，降低建造运营成本。

2）涉及系统复杂，故障分析工作量大。该船安全返港一共涉及18 个大系统，需要针对1 000 余条电缆/管路路径在385 个进水/失火故障情景下的逐一进行故障分析。

3）涉及范围面很广，包括设计和建造所有环节。所有安全返港涉及电缆/管路实际敷设路径需要与提交定义文件一致，因此需要所有生产设计人员，现场施工人员清楚了解所有相关涉及电缆/管理布置原则以及路径，对设计以及建造管理提出了很高的要求。

4）新规范、新法规的挑战。船级社、挂旗国以及设备供应商对于规范要求也在不断深入，不断有新的解释出现，影响该船的设计和建造（比如安全返港涉及航行灯范围，电缆如何判定在失火故障条件下仍能正常工作等）。

8 结论

本文从总布置、线型设计、稳性研究、振动噪音、重量控制和安全返港等6 个方面阐述了大型豪华客滚船的设计特点，介绍了“Viking Glory”客滚船总体设计方案，并分析了设计中遇到的问题和解决方法。在此基础上，给出了豪华客滚船总体设计的主要关注点和注意事项。本文的研究成果可为今后大型豪华邮轮的设计和建造奠定基础。