淺談半潛船完整穩(wěn)性標(biāo)準(zhǔn)

謝偉明 孫浩

摘 要：半潛船作為特種重件運(yùn)輸船型，在其裝卸貨和運(yùn)輸過(guò)程中都對(duì)完整穩(wěn)性校核有很高的要求。目前各船級(jí)社關(guān)于半潛船的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)各不相同。本文對(duì)這些穩(wěn)性衡準(zhǔn)指標(biāo)進(jìn)行分析比較，利用已有的航次工況和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出適合半潛船運(yùn)輸行業(yè)的校核標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：半潛船； 完整穩(wěn)性

Analysis on intact stability of semi-submersible heavylift vessel

Xie Wei Ming， Sun Hao

（ COSCO SHIPPING CO.，LTD Technical center， GuangZhou 510623 ）

Abstract： It is most important for the semi-submersible heavylift vessel as the heavylift type to check its intact stability during loadout and transportation. Most of ship classifications or institutes have different rules and guidelines on this field. In this paper these relevant rules and guidelines are analyzed with data from real transportation condition. Its indicated which rules and guideline is more suitable for practices.

Key words： Semi-submersible vessel； heavylift； stability

1 引言

半潛船通常被定義為利用甲板運(yùn)輸超大和超重型貨物的船舶，它的主要目標(biāo)貨物是半潛式平臺(tái)、鉆井平臺(tái)、導(dǎo)管架、集裝箱橋吊、船體分段、駁船或者挖泥船組、游艇及模塊等。半潛船通常沒(méi)有傳統(tǒng)的貨艙，它和自航甲板運(yùn)輸船不同的是其船體主要由幾十個(gè)壓載水艙組成，并且能下潛至水線面以下。半潛船通常型深較小，有寬敞平坦的甲板，因而有較大的B/D比值，這也導(dǎo)致半潛船最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)角比其它船型要小。

半潛船的設(shè)計(jì)有很多種，最為常見(jiàn)的有專門設(shè)計(jì)的半潛式船和由油輪改造的半潛船。專門設(shè)計(jì)的半潛船通常尾部有專門設(shè)計(jì)的浮箱，首部有高大水密的駕駛臺(tái)。

半潛船通常有以下幾種裝貨方式：

（1）滑軌方式：貨物通過(guò)滑軌從碼頭滑至船的甲板上，在這個(gè)過(guò)程中船的壓載水系統(tǒng)用來(lái)抵消貨物在移動(dòng)過(guò)程中船舶所產(chǎn)生的橫傾力矩，同時(shí)壓載水系統(tǒng)還可以調(diào)節(jié)船的吃水來(lái)抵消潮差的影響；

（2）滾裝方式：通過(guò)貨物自身的輪子或者托車將貨物滾裝上船；

（3）吊裝方式：通過(guò)叉車、浮吊或岸吊將貨物吊裝上甲板；

（4）浮裝方式：通過(guò)壓載水調(diào)節(jié)將半潛船裝貨甲板下潛至水下一定深度，貨物浮在水面移動(dòng)至甲板正上方，排出壓載水的同時(shí)將貨物托出水面。

半潛船作為特種重件運(yùn)輸船，無(wú)論在浮裝浮卸貨物過(guò)程中還是在運(yùn)輸過(guò)程中都對(duì)其完整穩(wěn)性有很高的要求。然而也正是由于半潛船的特殊性和高風(fēng)險(xiǎn)性，之前并沒(méi)有完整的和有針對(duì)性的規(guī)范來(lái)規(guī)定半潛船在各種作業(yè)狀態(tài)時(shí)所遵循的標(biāo)準(zhǔn)，近些年各大船級(jí)社和海事部門陸續(xù)推出了半潛船穩(wěn)性的一些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定對(duì)半潛船作業(yè)的環(huán)境和穩(wěn)性要求各有不同，本文針對(duì)不同規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行比較，以中遠(yuǎn)航運(yùn)所屬的半潛船運(yùn)輸實(shí)例說(shuō)明半潛船的完整穩(wěn)性的關(guān)鍵參數(shù)校核方法。

2 有關(guān)規(guī)范対半潛船完整穩(wěn)性的要求及分析

2.1 參考規(guī)范

（1）中國(guó)海事局《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則2011》；

（2）中國(guó)船級(jí)社《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》；

（3）DNV Rules for Ships Pt.3 Ch.3 Sec.9 ；

（4）IMO Res.A.749（18） Code on intact stability for all type of ships covered by IMO instruments；

（5）GL Noble Denton GUIDELINES FOR MARINE TRANSPORTATIONS 0030/ND。

半潛船的完整穩(wěn)性分析分為兩部分：一是航行時(shí)的完整穩(wěn)性；另一是下潛作業(yè)的完整穩(wěn)性。

上述這些規(guī)范中，認(rèn)知度和權(quán)威性最高的是國(guó)際海事組織IMO的IMO Res.A.749（18） Code on intact stability，其他船級(jí)社的規(guī)范在航行穩(wěn)性的規(guī)定中大都參照了IMO的規(guī)定，如表1所列。

表1 完整穩(wěn)性規(guī)定參數(shù)

由表1可以看出，各個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)半潛船的完整穩(wěn)性校核標(biāo)準(zhǔn)都是基本按照IMO Res.A.749（18）的規(guī)定，這些規(guī)定適用于校核大多數(shù)常規(guī)類型的船舶。其中GL Noble Denton專門針對(duì)半潛船制訂了一套完整穩(wěn)性校核標(biāo)準(zhǔn)，其中在穩(wěn)性消失角、最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)的橫傾角、初穩(wěn)性高度和氣象衡準(zhǔn)校核這四項(xiàng)上與IMO的標(biāo)準(zhǔn)有較大差異。

2.2 完整穩(wěn)性校核范圍

半潛船結(jié)構(gòu)有其特殊的雙層甲板，即低層的裝貨甲板（舉升甲板）和高層的生活甲板。低層的裝貨甲板上面完全封閉并且水密，高層甲板和低層甲板之間結(jié)構(gòu)也完全水密，定義半潛船的浸水點(diǎn)通常都在生活甲板以上，因此半潛船的浸水點(diǎn)通常比較高。在GL Noble Denton Guidelines（0030/ND）中明確說(shuō)明了穩(wěn)性校核范圍的取值不小于表2要求。在這一點(diǎn)上，IMO CODE并沒(méi)有明確指出半潛船適用的校核范圍。

如果船舶的最大運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅度可以通過(guò)模型測(cè)試的方法預(yù)先得知，那么完整穩(wěn)性校核的最小范圍可以用公式（20 + 0.8θ）來(lái)確定，其中θ為在設(shè)計(jì)海況加上設(shè)計(jì)風(fēng)速所引起的船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅度的最大值，單位為度。

表2 完整穩(wěn)性校核范圍

2.3 最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)橫傾角校核

最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)橫傾角校核標(biāo)準(zhǔn)中，DNV Rules for Ships Pt.3 Ch.3 D中規(guī)定，如果在完整穩(wěn)性校核中不能滿足IMO Code on Intact Stability （2008 IS Code） Part A， Ch. 2.2 的規(guī)定（最大復(fù)原力臂橫傾角>25deg），那么可以使用 Part B， Ch.2.4.5 中的規(guī)定（最大復(fù)原力臂橫傾角>15deg）。IMO CODE Part B的規(guī)定是專門針對(duì)海工支持船無(wú)法滿足part A 2.2章節(jié)中的標(biāo)準(zhǔn)的，同時(shí)在2.4.1.1節(jié)中IMO有說(shuō)明本校核標(biāo)準(zhǔn)適用海工支持船長(zhǎng)度小于100m。而GL Noble Denton專門針對(duì)半潛船的標(biāo)準(zhǔn)值為>15deg。以平臺(tái)運(yùn)輸工況為例，由于自升式鉆井平臺(tái)在干拖過(guò)程中樁腿通常完全收起，這種狀態(tài)下平臺(tái)的重心很高，船舶最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)的橫傾角通常都小于25deg，所以這種情況下采用GL Noble Denton和DNV的校核標(biāo)準(zhǔn)更為合理。

以中遠(yuǎn)航運(yùn)所屬的20 000 DWT半潛船運(yùn)輸母船為例，其運(yùn)輸某平臺(tái)時(shí)的裝載工況如表3所列，其航行完整穩(wěn)性的校核結(jié)果對(duì)比如表4所列，其完整穩(wěn)性曲線如圖1所示。

表3 平臺(tái)運(yùn)輸裝載工況

表4 完整穩(wěn)性校核結(jié)果

圖1 完整穩(wěn)性曲線

2.4 初穩(wěn)性高度校核

IMO、CCS、DNV均要求經(jīng)過(guò)自由液面修正后初穩(wěn)性高度GM要大于0.15 m，其中IMO的規(guī)定中并沒(méi)有涉及到半潛船下潛作業(yè)的這種特殊工況的穩(wěn)性要求。中國(guó)海事局《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則2011》第7章和中國(guó)船級(jí)社《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》第2篇第9節(jié)中，DNV的RULES FOR CLASSIFICATION OF SHIPS Part5 Chapter7中對(duì)半潛船下潛作業(yè)的風(fēng)浪條件、自由液面、初穩(wěn)性高都做了詳細(xì)的規(guī)定。GL Noble Denton中對(duì)半潛船的規(guī)定是下潛穩(wěn)性大于0.15 m， 而建議航行時(shí)的GM值經(jīng)過(guò)自由液面修正后不小于1.0 m。

2.5 氣象衡準(zhǔn)校核

IMO、CCS、DNV和GL NOBLE DENTON規(guī)定中対氣象衡準(zhǔn)存在較大差異。在IMO中規(guī)定 K=b/a大于1.0，即b部分的面積要大于a部分的面積，如圖2所示。而在GL Noble Denton中則規(guī)定K=（A+B）/（B+C）大于1.4，即被風(fēng)傾力臂曲線分割GZ曲線在風(fēng)傾力臂曲線上方的面積A不小于剩余的風(fēng)傾力臂曲線下方面積的40%，如圖3所示。

產(chǎn)生上述差異的主要原因是由半潛船結(jié)構(gòu)及其貨物特殊性所決定的，因?yàn)榘霛摯蛡鹘y(tǒng)的船型不同，其裝載的貨物都擁有較高的重心和較大的受風(fēng)面積，這跟駁船及海洋工程支持船較類似， IMO CODE中b/a>1.0規(guī)定是針對(duì)最惡劣狀態(tài)的，這顯然不符合半潛船的特性。以中遠(yuǎn)航運(yùn)所屬的20，000 dwt半潛船運(yùn)輸母船為例，其裝載集裝箱橋吊時(shí)的工況如表5 所列，其航行完整穩(wěn)性校核結(jié)果對(duì)比如表6所列，其航行完整穩(wěn)性校核對(duì)比如表6所列，其完整穩(wěn)性曲線如圖4所示。

按照IMO的方法計(jì)算的K值是小于1，而這類型的貨載在行業(yè)內(nèi)已執(zhí)行了幾十年。因此GL Noble Denton中采用了（A+B）/（B+C）>1.4的規(guī)定更符合半潛船的特點(diǎn)。

圖2 IMO Res.A.749（18）、DNV、CCS天氣衡準(zhǔn)

圖3 GL Noble Denton Guidelines 天氣衡準(zhǔn)

表5 橋吊運(yùn)輸裝載工況

表6 完整穩(wěn)性校核結(jié)果

（下轉(zhuǎn)第頁(yè)）（上接第頁(yè)）

圖4 完整穩(wěn)性曲線

3 結(jié)論

通過(guò)比較IMO、CCS、DNV和 GL Noble Denton針對(duì)半潛船的完整穩(wěn)性校核標(biāo)準(zhǔn)，闡述了在最大穩(wěn)性消失角、最大回復(fù)力臂對(duì)應(yīng)橫傾角、初穩(wěn)性高度和氣象衡準(zhǔn)校核參數(shù)上的不同規(guī)定。通過(guò)實(shí)例分析不難發(fā)現(xiàn)，半潛船由于自身結(jié)構(gòu)和貨物多變的特殊性，使得IMO、CCS、DNV的部分規(guī)定對(duì)于半潛船的完整穩(wěn)性校核都比較保守，如果全部照搬IMO規(guī)范作為校核標(biāo)準(zhǔn)，那半潛船運(yùn)輸?shù)呢浄N將受到很大的限制。而GL Noble Denton完整穩(wěn)性的校核標(biāo)準(zhǔn)，則更多地考慮了半潛船船型及實(shí)際營(yíng)運(yùn)工況的特點(diǎn)，其標(biāo)準(zhǔn)也被行業(yè)內(nèi)認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)

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