工作甲板选取对双甲板远洋渔船设计的影响

姜惠,田兆波,刘山,秦桐

(中国船级社青岛分社,山东 青岛 266000)

双甲板远洋渔船(以下简称渔船)是指布置有一层连续下甲板的船舶(通常从船艉延伸至船艏),上层甲板为网具等捕捞设备,下层甲板常布置为冻结间、洗鱼台、渔获物初加工处所[1]。这种布置在渔船船型中较为常见,其优点显而易见:一方面鱼获物自上而下靠重力进入下层甲板的接收舱内,效率很高;另一方面,下层连续甲板的布置为理鱼、加工和冷冻提供了更大的工作空间,便于布置各种设备以及提供更好的工作和居住环境[2-3]。双甲板渔船能够满足欧盟卫生要求,是符合国际市场准入标准的专业化远洋渔船。

中国籍渔船法定检验的依据是《远洋渔船法定检验技术规则》[4](下文简称《法规》)。与其他海船干舷甲板的定义不同,渔船对于甲板有其特别的定义,即工作甲板。《法规》对工作甲板定义为:“工作甲板系指用于捕捞作业的最深作业水线以上的最低一层连续甲板。若渔船设有两层或多层连续甲板,也可将位于最深作业水线上面的较低一层甲板作为工作甲板。”也就是说,两层甲板均可以选作工作甲板,但需遵守的《法规》规定内容不尽相同,对双甲板渔船设计有影响。

实际渔船审图中发现,许多设计单位忽略了《法规》中工作甲板相关规定的关联性,没有充分、全面地考虑工作甲板选取对双甲板渔船设计的影响,造成渔船布置等不满足《法规》规定。因此,首先分析《法规》关于工作甲板对主尺度、舱壁设置以及载重线的规定;以一艘37.5 m双甲板渔船为例,对比选取其上、下甲板作为工作甲板核定干舷的计算结果,分析工作甲板的选取对双甲板渔船设计的影响。

1 《法规》工作甲板有关内容解析

《法规》中与工作甲板有关的规定主要集中在主尺度、舱壁设置,以及载重线3个方面。

对于双甲板渔船,若选下甲板作为工作甲板,下甲板以下的部分为主船体,上下甲板间的部分作为上层建筑处理;若选上甲板,上甲板以下(包括上下甲板间部分)均为主船体。

1.1 主尺度

船舶的主尺度是船舶设计的基础,是进行基本设计、详细设计和生产设计的主要依据[5]。《法规》对型深的定义为:“从龙骨板上缘量至工作甲板舷侧处横梁上缘的垂直距离。”对于有两层以上全通甲板的渔船,选取的工作甲板不同,对应的型深不同,直接影响渔船的容积,且影响渔船的安全性和使用性能。船长指量自龙骨板上缘的最小型深85%处水线总长的96%,或沿该水线从艏柱前缘至舵杆中心的长度,取大者。艏垂线为艏柱前缘与计量长度的水线交点的垂线。不同的型深对应不同的计量长度的水线,即对应不同的法定船长和艏垂线位置。因此,工作甲板的选取对主尺度的影响最直接也最关键的是影响渔船型深,型深不同又影响船长和艏垂线位置,进而影响与船长有关的艉垂线和船中的位置。

1.2 舱壁设置

《法规》第五篇规定,工作甲板选取直接影响防撞舱壁和水密舱壁的设置。防撞舱壁至艏垂线的距离范围依据船长决定,比如船长L<45 m的渔船,防撞舱壁与艏垂线之间的距离应≥0.05L且≤0.05L+1.35 m。不同的工作甲板对应不同的艏垂线位置,影响防撞舱壁的位置。防撞舱壁在工作甲板以下不得设人孔、门、通风导管或其他任何开口。水密舱壁应向上延伸至工作甲板,且应能至少支承水头压力达到工作甲板所产生的压力。

对于双甲板渔船,若工作甲板取下甲板,下甲板以下的舱壁保证水密,上下甲板之间保证风雨密,防撞舱壁在工作甲板以上的延伸部分允许必要的开孔。若工作甲板为上甲板,水密舱壁和防撞舱壁应水密延伸至上甲板,防撞舱壁不允许有除规定的管子穿过以外的任何开孔,这大大提高了对上下甲板之间舱壁的要求。

1.3 载重线

载重线是《法规》对船体开口封闭条件及船舶最大装载吃水线的规定[6]。船舶最大装载吃水决定了干舷的大小,干舷大小直接关系到渔船的储备浮力。船舶具有足够的干舷可以保证有一定的储备浮力,且可减少甲板上浪[7-8]。《法规》关于载重线规定的主要内容有载重线标志的勘划、核定干舷的各种条件和最小干舷的计算等,工作甲板选取对这3方面均有影响。

载重线和甲板线标志均应勘划在船中处;甲板线上边缘应与工作甲板的上表面向外延伸与船壳外表面之交点等高;从甲板线上边缘垂直向下量至载重线标志的圆环中心的距离等于所核定的夏季干舷。之前已分析过工作甲板不同会影响船中位置,将直接影响甲板线和载重线标志的勘划位置。

渔船夏季最小干舷按下式进行计算核定。

F=F0+f1+f2+f3+f4+f5+f6+f7+f8

(1)

式中:F0为基本干舷,mm,计算式是关于船长的函数;f1～f8分别为船长小于100 m、方形系数Cb、舱口盖、计算型深、甲板线位置、工作甲板凹槽、上层建筑,以及舷弧对干舷的修正值,mm。

船长、封闭的上层建筑、舷弧,以及船体的丰满度(方形系数Cb)都对干舷值有一定的影响。船长越大,需要的储备浮力越大,即干舷应该越大。所以船长是确定干舷的一个基本参数。Cb的大小影响到储备浮力与排水量的比例,Cb大的船储备浮力(即水上部分)所占比例小,水下体积大,可灌入的海水量也多,最小干舷要求大一些。封闭的上层建筑和舷弧都会增加船舶的储备浮力,因此会影响最小干舷的大小,但其有效性还取决于其上开口的封闭条件和位置。

对于核定干舷的条件,若工作甲板取下甲板,上甲板上的舱口、门口和通风筒等由位置1变为位置2,在开口保护、船艏高度等方面要求相对降低,与原来相比进水后风险提高,但下甲板并不具备露天上甲板的排水能力,建议提高对上层甲板的排水能力。参考《1966年国际载重线公约》(简称《公约》),《公约》中规定:“如果实际干舷甲板以下至少一个标准上层建筑高度处的假想干舷甲板作为核定的干舷甲板,则实际干舷甲板可以按照规定作为上层建筑甲板处理,此时,最终吃水应不超过核定的干舷甲板对应的吃水。”也就是说,将上甲板作为工作甲板时,如果将比上甲板低一个标准上层建筑高度的假想甲板作为工作甲板时仍然满足最小干舷要求,则此时实际工作甲板(上甲板)可作为上层建筑甲板处理。但是《法规》目前暂未引入《公约》这一条款。

2 算例分析

选取一艘37.5 m双甲板拖网渔船,分别选其上、下甲板作为工作甲板按照《法规》要求进行算例分析。

该船船体主要参数为:总长37.75 m、型宽8.4 m、型深3.9 m(至下甲板)/6.1 m(至上甲板)。

2.1 主尺度和舱壁设置

选取不同甲板作为工作甲板时主尺度和舱壁设置对比见表1。

表1 不同工作甲板主尺度和舱壁设置的对比

从表中可以看出,选择下甲板作为工作甲板时,型深小,船长也小,艏垂线和防撞舱壁位置靠后,水密舱壁只需延伸至下甲板,对上下甲板间舱壁的布置要求降低。选择上甲板作为工作甲板时,防撞舱壁位于FR63,且需延伸至上甲板,而下层甲板在此肋位处为缆索舱,位置过于靠前,前半部分空间较为狭小,难以利用。另外,这种选择使得该船锚链筒恰好在此处穿过,无法做到防撞舱壁上无开孔,对锚链舱的布置及建造实施非常不利。水密舱壁也需延伸至上甲板,且结构设计的计算压头应量至上甲板。上下甲板间的冻结间和渔获物加工处所之间虽然布置了舱壁,但舱壁上有较大开口,开口处的舱门很难做到水密。且任何一道鱼舱舱壁向上延伸至上甲板都会阻隔冻结间或渔货处理间,会影响船上渔获物的连续处理工作,给船上生产作业造成阻碍。通过上述分析可知,双甲板渔船上下甲板间舱室布置特殊,若取上甲板作为工作甲板,满足法规舱壁设置的要求存在诸多困难。

型深大小将直接影响渔船结构强度和稳性。在进行稳性计算时,上下甲板间不论是作为上层建筑还是主船体均会计入,若上下甲板间的舷侧结构为水密,两种选取方式对稳性计算影响较小;但若上下甲板间舷侧结构为非水密,即为非封闭上层建筑,在取下甲板作工作甲板时,干舷较小,无法满足定常风下横倾角不大于甲板边浸水角80%的要求(即气象衡准要求)。

渔船结构设计的依据《钢质远洋渔船建造规范》(2021)[9](以下简称《规范》)对型深的定义为:“在船中处,沿船舷由龙骨线量至上层连续甲板横梁上缘的垂直距离。”上层连续甲板取船体的最高一层全通甲板,即工作甲板选取对结构强度影响较小。

2.2 干舷计算

分别将上、下甲板作为工作甲板,计算夏季最小干舷,基本干舷及各干舷修正值计算结果对比见表2。

表2 不同工作甲板干舷计算的对比 mm

从表2可见,不同的工作甲板,核定干舷时的基本干舷和干舷修正值均有差别,则使夏季最小干舷不同,最终影响渔船的吃水和型深。

选择下甲板作为工作甲板时,核定的夏季最小干舷很小,对应的夏季吃水和型深小,位于下甲板以下,可装载的渔获物少。当工作甲板为上甲板时,夏季吃水变大,吃水会超过下甲板,可多装渔获物。

基本干舷值和干舷修正值与船的主要参数有关,选取不同工作甲板核定干舷时主要参数对比见表3。

表3 不同工作甲板干舷计算主要参数对比

结合表3数据对表2进行分析,取工作甲板为下甲板时,由于F0是有关船长的函数,船长小,基本干舷小;封闭上层建筑的有效长度影响了f1和f7,上下甲板间为封闭的上层建筑,其有效长度与船长接近,不需要进行船长修正(f1=0),但上层建筑对储备浮力有利,使干舷减小,上建有效长度越长,干舷减除量f7越大;方形系数小于0.68,不需要进行方形系数修正,即Cb小的船最小干舷要求小一些;上甲板上的露天鱼舱舱口盖所在位置为位置2,无需进行舱口盖修正;型深大小直接影响f4;由于甲板线取值均为其工作甲板,对f5无影响;该船为艉滑道拖网渔船,艉部的艉滑道使工作甲板形成凹槽,但在下甲板处影响很小,故f6较小,艉滑道凹槽对干舷的影响在上层建筑修正时予以考虑;舷弧为艏不足艉多余,f8增加的干舷较小。

由于工作甲板的不同导致计算时型深、上层建筑和舷弧存在较大差别,从表2可以看出,f1、f4、f7和f8变化较大,使干舷计算值相差较大,其中封闭上层建筑对干舷计算值的影响最大。但无论选择哪一层甲板作为工作甲板,上下甲板间的部分或作为船体,或作为上层建筑,都会对减少干舷产生贡献。夏季最小干舷不同,影响夏季吃水,夏季吃水反应了船舶的载货能力。

由上述对比分析可以看出,工作甲板的选取会造成渔船主尺度、舱壁设置、干舷、载货量等方面的区别,对比见表4。

表4 不同工作甲板选取的优缺点对比

从表4可以看出,在对双甲板渔船进行设计时,可根据所需的侧重点选取工作甲板。

若考虑尽可能大的装载量,选上甲板为工作甲板;但此时载重线会勘划在上下甲板之间,水没过下甲板,那么上下甲板间的结构在规范设计时应按照主船体强度要求,而不能将其作为上层建筑进行设计;且水密舱壁和防撞舱壁需要延伸至上甲板,提高了对上下甲板间的要求,需要改变舱室布置,难满足连续处理加工作业。

若为方便渔船作业,将下甲板定为工作甲板,需要降低设计吃水牺牲一部分装载量,但对水密舱壁、防撞舱壁、舷侧结构等要求均可降低,上下甲板间也可作为上层建筑进行结构设计,且能较好地实现船上渔获物的连续处理工作。但下甲板并不具备露天上甲板的排水能力,进水后风险提高,建议提高对上层甲板的排水能力。

另外,基于干舷计算和稳性计算可知,双甲板渔船保持上下甲板间舷侧的水密性对满足载重线相关要求和稳性衡准要求是必须的,一旦此区域破损导致连续进水,船舶设计将低于法规要求的标准,无法保证安全性。

3 结论

在渔船设计时主尺度要素确定、总体布置、结构设计等方面相互影响、相互衔接,需要设计人员全面、系统地理解法规各项条款的关联性,反复权衡渔船各种主要和次要功能的要求,使各方面的相互关系达到最佳状态。

1)工作甲板的定义直接决定型深,进而影响船长和艏垂线位置等渔船主尺度参数,影响渔船设计、安全性和经济效益。

2)工作甲板选取对防撞舱壁和水密舱壁的布置影响较大。工作甲板取上甲板时,防撞舱壁位置过于靠前,这部分空间往往较为狭小,难以利用,且较难做到防撞舱壁上无开孔;上下甲板之间布置了冻结间和渔获物处理间,将水密舱壁延伸至上甲板会影响船上的生产作业,满足此布置存在困难。

3)工作甲板的不同对双甲板渔船最主要的影响是在载重线方面,即干舷值以及船体开口保护,进而影响设计吃水的大小,决定了渔船的载货能力,是渔船设计的关键因素。工作甲板取下甲板时,载货量少,对船体强度、干舷、稳性要求降低,需满足的上甲板在开口保护(舱口、门槛高度、通风筒等)方面要求相对降低,但需提高上甲板的排水能力。

目前,《法规》在定义工作甲板时未涉及结构方面的要求,而《公约》中在对下层甲板定为干舷甲板时有如下规定:“在货舱范围内,这种干舷甲板的结构最低限度应在船侧并在通至上甲板的每一水密舱壁的横向设有用骨架予以适当支持的边板,边板的任何布置均应满足结构上的要求。”这对上下甲板间的结构设计提出了要求,建议《法规》在定义工作甲板时参考《公约》对干舷甲板的定义补充结构方面的要求。