SOLAS 2020對客滾船設計的影響

李宏偉，王 冬，鄭宏宇

（1. 黃海造船有限公司，山東 威海 264309；2. 上海船舶研究設計院，上海 201203；3. 中國船舶及海洋工程設計研究院，上海 200011）

0 引 言

近年來有關客船的海難事故屢有發(fā)生，例如：2012年1月，意大利 “康科迪亞”號豪華游船觸礁傾覆，最終造成32名乘客死亡；2014年4月，載有476人的韓國“歲月”號客船進水沉沒，最終造成304人遇難。這些事故的發(fā)生使得業(yè)界更加重視客船的安全問題，要求提高客船安全性的呼聲越來越高。

經(jīng)過幾年的研究和討論，國際海事組織（International Maritime Organization, IMO）海上安全委員會第98屆會議通過了新的客船破艙穩(wěn)性計算要求，連同該會議通過的《國際海上人命安全公約》（International Convention for the Safety of Life at Sea, SOLAS）II-1部分其他條款的修正案，均于2020年1月1日生效實施[1]。

在新的客船破艙穩(wěn)性計算要求中，分艙指數(shù)R的計算式有較大修改（R值與船上乘客的人數(shù)直接相關），要求有大幅提高。按新的分艙指數(shù)要求來考核，現(xiàn)有的客滾船設計大多都不能滿足要求，有必要對設計進行優(yōu)化和升級。

1 SOLAS 2020規(guī)范的內(nèi)容

相比現(xiàn)行SOLAS 2009規(guī)范中關于客船破艙穩(wěn)性計算的內(nèi)容，SOLAS 2020主要在2方面作出重大修改，即：分艙指數(shù)R和生存概率S的計算方法。

1.1 要求的分艙指數(shù)R計算式

SOLAS 2009和SOLAS 2020對客船分艙指數(shù)R計算要求的區(qū)別如下。

1) SOLAS 2009對客船分艙指數(shù)R的計算要求為

式(1)中：N=N1+ 2N2；N1為救生艇額定載員數(shù)量；N2為除去N1之后，船上剩余人員的數(shù)量；Ls為分艙船長。

2) SOLAS 2020對客船分艙指數(shù)R的計算要求為

從式(1)和式(2)中可看出，SOLAS 2009中客船要求的分艙指數(shù)R與分艙船長Ls、乘客人數(shù)和船上救生艇的容量配置都有關系[2]。對于不同船型而言，即使載運同樣數(shù)量的乘客，若船長和救生艇配置不同，所要求的分艙指數(shù)R也不同。SOLAS 2020中客船要求的分艙指數(shù)R只與船上總?cè)藬?shù)N有關，人數(shù)越多，要求的分艙指數(shù)越大。圖1為SOLAS 2009和SOLAS 2020關于客船分艙指數(shù)R計算要求的差異。

進一步分析可知，SOLAS 2020要求的R值相比SOLAS 2009增大的幅度與船上人員總數(shù)有很大關系，對總?cè)藬?shù)在400人以下和6000人以上的船舶影響比較小，對總?cè)藬?shù)在800～3000人的船舶影響比較大。當船上總?cè)藬?shù)為1500人左右時，要求的R值增大幅度最大，達到9%左右。

圖1 SOLAS 2009和SOLAS 2020關于客船分艙指數(shù)R計算要求的差異

圖2 R值增大幅度與船上總?cè)藬?shù)N的關系曲線

1.2 SOLAS 2020關于客滾船生存概率S的計算修改

SOLAS 2009對生存概率S的計算沒有特別區(qū)分滾裝處所和其他處所；SOLAS 2020對客滾船的滾裝處所進水之后的生存概率S的計算式進行了修改。

1) SOLAS 2009中S的計算式為

式(3)中：GZmax的取值不超過0.12m；Range的取值不超過16°。若θe≤θmin，K=1；若θe≥θmax，K=0；在其他情況下，

θmin對客船為7°，對貨船為25°；θmax對客船為15°，對貨船為30°。

2) SOLAS 2020中S的計算式為式(4)中：GZmax的取值不超過TGZmax；Range的取值不超過TRange。在客滾船中包含滾裝處所破損的工況下，TGZmax= 0.20m；在其他情況下，TGZmax= 0.12 m。在客滾船中包含滾裝處所破損的工況下，TRange=20°；在其他情況下，TRange= 16°。若θe≤θmin，K=1；若θe≥θmax，K=0；在其他情況下，θmin對客船為7°，對貨船為25°；θmax對客船為15°，對貨船為30°。

對于客滾船而言，在計及滾裝處所破損進水時，計算式中的GZmax由原來的0.12m修改為0.20m，Range由原來的16°修改為20°。該修改會使涉及滾裝處所破損進水工況的生存概率Sfinal變小。

2 客滾船樣本船型計算

在我國，兼具車輛裝載功能的客滾船的應用比純客船更廣泛，如環(huán)渤海區(qū)的煙大線、海大線、中韓線和海南瓊州海峽等都是傳統(tǒng)的客滾船營運航線[3]。為詳細評估SOLAS 2020對現(xiàn)有客滾船設計的影響，本文選取上海船舶研究設計院設計并已交付運營的3型客滾船為樣本船型進行研究。這3型船的乘客人數(shù)分別為1100人、1500人和2200人，在船舶尺度上涵蓋大型、中型和小型客滾船范圍，相關基本信息見表1。

表1 客滾船樣本船型基本信息

3型客滾船的布置型式類似，都采用雙機雙槳推進型式；全船共設有2個車輛艙，車輛艙上方布置3～4層乘客和船員住艙；主甲板以下車輛艙區(qū)兩舷布置為空艙和壓載艙，形成雙殼保護[4]。限于篇幅，本文僅給出1100人客滾船的總布置圖示意（見圖3）。

a) 側(cè)視圖

圖3 1100人客滾船總布置示意

根據(jù)SOLAS 2020的要求重新計算，3型樣本船的破艙穩(wěn)性計算結(jié)果見表2。

表2 客滾船樣本船型破艙穩(wěn)性計算結(jié)果

結(jié)果顯示，當前選取的3型樣本船均不能滿足SOLAS 2020對分艙和穩(wěn)性的要求。

3 應對方案

由上述分析可知，SLOAS 2020要求的分艙指數(shù)R僅與人數(shù)有關，當人數(shù)確定時，R值即確定。因此，問題的關鍵集中在如何增大達到的分艙指數(shù)A的值。為使A的值更大，通?？刹扇〉霓k法[5]有：提高初始工況初穩(wěn)性高GM；提高風雨密開口高度；增加型深；增加水密分隔，如增加水密橫艙壁或縱艙壁；增加船寬。

3.1 提高初始工況GM值

按照修改影響最小的原則，首先考慮采取提高GM的技術措施。分別核查3型船的典型完整穩(wěn)性工況，對照極限橫穩(wěn)性高曲線查看、確認新的GM，其中：1500人客滾船項目的完整穩(wěn)性有較大富余，能進一步提高計算用GM值；1100人客滾船和2200人客滾船的完整穩(wěn)性幾乎沒有余量，無法進一步提高GM值。重新計算A的值，結(jié)果見表3。

表3 提高GM破艙穩(wěn)性表現(xiàn)

3.2 提高風雨密開口高度

評估并有針對性地修改風雨密開口高度也是一種對設計影響較小的方案。從SOLAS關于中間階段生存概率S的計算要求中可看出，當船舶橫傾角大于15°時，S取為0，意味著當開口已位于15°范圍以外時，繼續(xù)增大橫傾角并不會使結(jié)果得到改善?；诖?，經(jīng)過初步評估發(fā)現(xiàn)原船開口的高度基本上都是合理的，繼續(xù)提高的作用并不大。為驗證上述結(jié)論，將 1100人客滾船和 2200人客滾船中的風雨密開口高度提高1m并重新進行計算，發(fā)現(xiàn)對破艙穩(wěn)性的貢獻很小。計算結(jié)果見表4。

表4 提高風雨密開口高度破艙穩(wěn)性表現(xiàn)

3.3 增大型深

增大型深能提高船舶的儲備干舷，進而改善其穩(wěn)性。但是，需注意增大型深會導致艙壁甲板以上貨物的重心提高，還需校核工況中的GM值是否滿足極限GM曲線的要求。根據(jù)綜合評估，初步確定增加0.5m型深。計算結(jié)果見表5。

表5 增加型深破艙穩(wěn)性表現(xiàn)

從表5中可看出，對2200人客滾船增大型深之后，破艙穩(wěn)性得到明顯改善，能滿足SOLAS 2020破艙穩(wěn)性要求。對于1100人客滾船而言，還需進一步尋求其他技術方案。

3.4 增加水密分隔

增加內(nèi)部水密分艙布置，減少局部進水量，也是一種常見的改善破艙穩(wěn)性的方法。對于客滾船而言，主甲板以上為全通的滾裝車輛艙，只有在主甲板以下舷側(cè)和雙層底處具備加密水密分艙的條件。通過綜合評估，最終增加3道水密艙壁。修改分艙模型，重新計算破艙穩(wěn)性，結(jié)果見表6。

表6 增加水密分隔后破艙穩(wěn)性表現(xiàn)

3.5 增大船寬

在采取上述措施之后仍無法滿足破艙穩(wěn)性要求的情況下，通過增大船體寬度來提高GM，進而改善船舶的破艙穩(wěn)性表現(xiàn)。原船船寬20.4m，初步方案為增大0.4m。修改線型和分艙模型，重新計算破艙穩(wěn)性，結(jié)果見表7。

表7 客滾船樣本船型計算結(jié)果

4 方案影響

上述技術方案在改進破艙穩(wěn)性的同時，會對船舶的設計和營運產(chǎn)生一定的影響。為更加直觀地判斷各方案的影響，對各方案的實施效果和影響進行匯總，結(jié)果見表8。

表8 各技術方案的實施效果和影響匯總

5 結(jié) 語

SOLAS 2020實施之后，客滾船的設計將迎來一次升級換代，安全性要求的提升勢必影響到部分經(jīng)濟性指標。客滾船通常是根據(jù)船東的需求建造的，不同客滾船的布置特點各不相同，即使采用相同的設計方案，在不同船型上的應用效果也不一樣。同時，在優(yōu)化破艙穩(wěn)性過程中要綜合考慮乘客數(shù)和載車量等經(jīng)濟性指標。因此，只有在船舶設計中不斷優(yōu)化，才能得到更佳的設計方案。