淺析海工船舶裝載及穩(wěn)性計算機(jī)的配置選型

李成育

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司海工船舶事業(yè)部，上海 200125）

1 前言

隨著海工船舶逐步向深水發(fā)展，特別是起重鋪管船的整體性能要求的逐步提高。出于船舶裝載和作業(yè)工況裝載的多元化的考慮，加上船舶人數(shù)的增多，此類大型海工船舶的人數(shù)超過240人后，需要按照客船標(biāo)準(zhǔn)，并需要滿足安全返港（SRtP）的要求。基于振華重工建造交付的“德合”起重鋪管船和4500噸大型搶險打撈起重船（預(yù)留S型鋪管，可拓展J型鋪管、R型鋪管、深水安裝等功能）作業(yè)工況和船舶應(yīng)急響系統(tǒng)應(yīng)（ERS），淺析海工船舶的裝載及穩(wěn)性計算機(jī)的配置選型。

2 基本原則和概念介紹

2.1 裝載及穩(wěn)性計算機(jī)

船舶在運(yùn)營期間，一般分為裝貨、運(yùn)輸、卸貨三個階段。操作期間必須保證船舶有足夠的穩(wěn)性、強(qiáng)度以及浮態(tài)。為此，之前船舶的駕駛員在制定裝載計劃、卸貨順序時應(yīng)對整個過程中，對照船舶的完工的裝載手冊進(jìn)行收到校核船船各種狀態(tài)，以確定配載計劃及裝卸貨次序是否能夠滿足要求的穩(wěn)性、強(qiáng)度要求，如不滿足則需進(jìn)行調(diào)整。這一過程每次裝載時船舶駕駛員都必須做，且要花費(fèi)大量的時間去查閱裝載手冊中的圖表、曲線，計算過程也十分復(fù)雜。為了減少駕駛員的重復(fù)性勞動，同時也為了更加準(zhǔn)確的計算船舶在某一裝載狀態(tài)下的穩(wěn)性、強(qiáng)度、浮態(tài)，隨著計算機(jī)技術(shù)在船舶上的應(yīng)用就出現(xiàn)了裝載計算機(jī)。

2.2 MSC.1/Circ.1532通函

IMO第96次海安會（MSC96）以MSC.1/Circ.1532 通函批準(zhǔn)了《經(jīng)修訂的向客船船長提供關(guān)于安全返港的操作資料指南》，該通函旨在為SOLAS公約第II-1/8-1.3條的統(tǒng)一執(zhí)行提供附加指導(dǎo)，并適用于2016年5月13日或以后建造的需要滿足安全返港的客船。MSC.1/Circ.1532通函對向客船船長提供的用于安全返港的操作資料的岸基支持或船上穩(wěn)性計算機(jī)提出了若干具體要求，包括穩(wěn)性計算機(jī)系統(tǒng)的概況、系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)的要求、穩(wěn)性模擬應(yīng)采用的算法以及輸出數(shù)據(jù)的要求。穩(wěn)性計算機(jī)應(yīng)使用能夠在任何真實(shí)進(jìn)水事故后分析破損穩(wěn)性的軟件。軟件能評估開啟的水密門對穩(wěn)性的影響，并能用于破損控制演習(xí)。穩(wěn)性計算機(jī)能與岸基機(jī)構(gòu)按照約定的方法雙向交流結(jié)構(gòu)損壞情況。岸基計算機(jī)在強(qiáng)度方面的功能應(yīng)符合主管機(jī)關(guān)認(rèn)可的船級社的要求。對于客滾船，軟件應(yīng)有估算甲板積水影響的算法。計算機(jī)的穩(wěn)性方面應(yīng)初次認(rèn)可并定期測試。計算中可不考慮瞬時不對稱進(jìn)水和潮汐、流或波浪等作用引起的船舶移動，也可采用主管機(jī)關(guān)滿意的等效方法提供給船長進(jìn)水情況下的操作信息。

2.3 船舶應(yīng)急服務(wù)(ERS)

船舶應(yīng)急服務(wù)(ERS)是在船舶發(fā)生嚴(yán)重事故（擱淺、碰撞、爆炸和火災(zāi)等）時，為確保船舶安全,防止或盡量減少水域環(huán)境污染的影響而提供的一種技術(shù)服務(wù)。其核心技術(shù)包括破損后的浮性、破艙穩(wěn)性、剩余強(qiáng)度、破損后的溢油量或進(jìn)水量的分析、擱淺分析、破損后船舶完全沉沒時間的預(yù)測等。

依照船東和岸上ERS服務(wù)機(jī)構(gòu)預(yù)先簽定的ERS協(xié)議，為申請應(yīng)急服務(wù)的船舶在ERS數(shù)據(jù)庫中建立三維模型，一旦船舶在營運(yùn)中遇到緊急狀況時，這個事先已建立在ERS系統(tǒng)中的船舶模型就能被調(diào)用?；谶@個模型，ERS工程師可以對船舶進(jìn)行一系列的事故分析，最終出具脫險方案。事故發(fā)生時，已加入ERS系統(tǒng)的船舶撥打一個特殊電話號呼叫應(yīng)急服務(wù)。在收到海上發(fā)來的求救電話后，岸上的應(yīng)急服務(wù)就會啟動，將在崗受過專門培訓(xùn)的ERS工程師們迅速召集。ERS小組與船上的應(yīng)急小組通過持續(xù)的聯(lián)絡(luò)交流信息、討論方案。通常，一次ERS會最終總結(jié)成一份ERS報告，寄往船東并發(fā)送到事故船舶。ERS小組是船東在岸上的365天24小時待命的應(yīng)急響應(yīng)伙伴。作為一項商業(yè)服務(wù)，ERS目前都采用會員制年費(fèi)收取方式。對船東而言，每年的小額付出，既可換來年終無休的專家服務(wù)，減少船舶營運(yùn)中的風(fēng)險，為船東們提前做好船舶的風(fēng)險管理。

2.4 起重鋪管船舶根據(jù)不同作業(yè)內(nèi)容和工況對裝載計算機(jī)選型配置的要求

（1）海洋大型起重機(jī)在吊重時，不同負(fù)載不同回轉(zhuǎn)角度對船舶的穩(wěn)性的影響，裝載計算機(jī)需根據(jù)吊裝作業(yè)工況，模擬配置吊重物（包括重吊旋轉(zhuǎn)時）的全過程，在滿足全船實(shí)時彎矩剪力以及穩(wěn)性的要求下，分步驟分析壓載水的調(diào)配過程。也需考慮貨物掉落時穩(wěn)性計算。（2）模擬鋪管作業(yè)工況，通過對話框形式輸入管材重量、張力載荷、導(dǎo)管架重量和導(dǎo)管架力矩，并分析當(dāng)前工況的總縱強(qiáng)度和穩(wěn)性。（3）如存在月池的話，月池的浮力計算（底門打開或者關(guān)閉）兩種狀態(tài)應(yīng)當(dāng)按照裝載手冊獨(dú)立考慮。

3 裝載計算機(jī)配置選型

在基于以上概念和內(nèi)容的，不同類型船舶的裝載及穩(wěn)性計算機(jī)選型建議采取以下幾類。

（1）普通散貨船或其他貨船：選擇一套帶船級社認(rèn)證硬件的IACS UR L5 Type2裝載計算機(jī)。

（2）普通油船或其他液貨船，選擇一套帶船級社認(rèn)可硬件的IACS UR L5 Type3裝載計算機(jī)。

（3）小型海工船舶人數(shù)少于240人（非滿足安全返港的要求）：選擇兩套IACS UR L5 Type3的裝載計算機(jī)，需注意相關(guān)海工功能模塊的選擇。

（4）大型海工船舶人數(shù)多于240人（滿足安全返港要求）或客滾船舶(滿足安全返港)。①選擇一套帶船級社認(rèn)證硬件的IACS UR L5 Type 4裝載計算機(jī)和全ERS。②選擇兩套IACS UR L5 Type 4 裝載計算機(jī)和簡單的ERS支持。

4 以上所需的海工功能模塊按需配置

大型海工船舶（客船標(biāo)準(zhǔn)）的配置

結(jié)合振華重工建造的“德合”起重鋪管船和4500噸大型搶險打撈起重船著重介紹此類大型海工船舶（需滿足客船標(biāo)準(zhǔn)和安全返港要求）的配置：

該兩艘船舶主尺寸和功能基本相似。安裝此類船舶的軟件必須滿足IMO和船級社的要求。是一種基于三維實(shí)體模型計算，進(jìn)行船舶穩(wěn)性和強(qiáng)度監(jiān)控的裝載軟件。

4.1 基本規(guī)范要求

（1）此系統(tǒng)必須滿足船級社以及國際海事組織規(guī)范；滿足船級社最新規(guī)范要求，并提供船級社證書。（2）裝載計算機(jī)軟件應(yīng)根據(jù)CCS規(guī)范中Loading computer(S.I.D)的詳細(xì)要求進(jìn)行軟件送審并最終取得認(rèn)可證書。（3）滿足特種用途船舶安全規(guī)則（2008）及修正案(引用所有客船規(guī)則，安全返港相關(guān)要求)。（4）滿足最新的IACS URL5 Type 3&4的要求。（5）滿足海安會MSC.1/Circ.1400及MSC.1/Circ.1532的要求。

4.2 硬件和接口配置

硬件配置：

臺式機(jī)HP 800 G3 SFFTWR電腦 2臺

CPU New Pentium Dual Core G4400(3.3G/3M/2核)

4G(1×4G)DDR4內(nèi)存

顯示器：26寸包含臺式固定支架 2臺

A4的噴墨彩色打印機(jī) 2臺

操作系統(tǒng)：Windows 7及以上

不間斷電源 UPS（800VA） 2臺

電源：220V，60Hz 2路主應(yīng)急電源供電

接口配置：（1）實(shí)時連接液位遙測和吃水遙測。通訊協(xié)議Modbus RTU，接口形式為RS485；（2）水密門的狀態(tài)由采集站 WDIC1 和WDIC2 分別通過RS485發(fā)送給裝載電腦Load PC1 和 Load PC2；（3）在線功能：吃水、油艙、水艙的液位或艙容、干艙浸水信號、水密門狀態(tài)（開或關(guān)）能同步進(jìn)入計算。

4.3 主要功能

（1）根據(jù)提供的裝載條件模擬假定的裝載狀態(tài)，包括：貨艙裝載狀態(tài)，自重和風(fēng)力作用計算。（2）分析當(dāng)前裝載狀態(tài)下的總縱強(qiáng)度，比較許用彎距和剪力（結(jié)果可以圖表形式體現(xiàn)出來）。（3）輔助壓載水管理，自動計算海水比重變化對浮態(tài)和總縱強(qiáng)度等的影響。（4）載重常量（可在船上任何位置裝載船舶常量）。（5）船體屬性報告(比如,在報告中包括航行號，裝貨港口，卸貨港口，船名，日期，裝貨及其它信息)。（6）根據(jù)提供的裝載條件模擬假定的裝載狀態(tài)，包括：貨艙裝載狀態(tài)，自重和風(fēng)力作用等。（7）分析當(dāng)前裝載狀態(tài)下的靜水力特性及浮態(tài)（包括吃水，橫縱傾值，排水量，載重量、GZ最大值、GZ范圍、穩(wěn)性消失角、進(jìn)水浸沒角、脫險通道浸沒角和初穩(wěn)性高等）。（8）自動計算艏艉柱和吃水標(biāo)記處的吃水（艏，舯，艉）。（9）自動計算自由液面力矩的影響，裝艙情況(對于貨艙、壓載艙、燃油艙及其他艙按照重量、體積、裝載百分比、測深值、空高值和比重進(jìn)行裝載)。（10）基于貨物分類的裝載總結(jié)報告。（11）按照IMO 2008 IS CODE規(guī)范分析當(dāng)前裝載狀態(tài)下的完整穩(wěn)性。（12）吃水測量及報告、視線及盲區(qū)報告、生成當(dāng)前裝載狀態(tài)下的各種計算報告。（13）保存和恢復(fù)裝載狀態(tài)文件、具有數(shù)據(jù)儲存及打印功能。（14）超載示警(包含最小艏吃水報警)、顯示橫搖周期。（15）實(shí)時連接液位遙測，并從液位遙測獲得艙容，實(shí)時計算完整穩(wěn)性和總縱強(qiáng)度。（16）裝載畫面和裝載總結(jié)、靜水力參數(shù)及浮態(tài)。（17）完整穩(wěn)性計算結(jié)果和風(fēng)傾穩(wěn)性計算結(jié)果、總縱強(qiáng)度計算。（18）橫傾、縱傾、穩(wěn)性、強(qiáng)度超限時自動示警。（19）甲板裝載模塊：系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)甲板貨物重量和重心的自由設(shè)置，并在甲板布置圖上進(jìn)行裝載，可以自定義甲板貨物形狀，并用鼠標(biāo)自由拖動貨物，界面窗口可以實(shí)時顯示總重量和重心，甲板貨物的顏色可以按照貨物屬性來區(qū)分，而液貨艙是按照不同裝載的類別進(jìn)行顏色區(qū)分，如燃油艙和壓載水艙等。（20）貨物重吊模塊：可以選擇重物，輸入吊臂的角度，旋轉(zhuǎn)角度等?？梢允謩幽M在使用吊機(jī)時吊重物（包括重吊旋轉(zhuǎn)時）的全過程，在滿足全船實(shí)時彎矩剪力以及穩(wěn)性的要求下，分步驟分析壓載水的調(diào)配過程。整個分析過程可以存儲、導(dǎo)出裝載工況，保存并打印模擬壓載水調(diào)配全過程的報告。（21）模擬鋪管作業(yè)工況，通過對話框形式輸入管材重量、張力載荷、導(dǎo)管架重量和導(dǎo)管架力矩，并分析當(dāng)前工況的總縱強(qiáng)度和穩(wěn)性。（22）船上裝載計算機(jī)能按照損失浮力法計算進(jìn)水事故后船舶的剩余穩(wěn)性。（23）具備與岸上應(yīng)急響應(yīng)服務(wù)雙向通信能力，岸上應(yīng)急響應(yīng)服務(wù)能向船長提供破損后剩余強(qiáng)度信息。（24）船舶發(fā)生進(jìn)水后能自動接收干艙浸水信號或手動設(shè)置破損艙室，并能提供扶正輔助決策計算。（25）裝載情況、總縱強(qiáng)度、浮態(tài)和穩(wěn)性計算結(jié)果打?。?6）系統(tǒng)能夠計算作用力矩如風(fēng)力矩、救生艇釋放力矩、貨物移動力矩和乘客移動力矩。（27）具有使用相同的詳細(xì)船體模型進(jìn)行破損控制演習(xí)或評估進(jìn)水事故中潛在破損和穩(wěn)性情景的能力。這不應(yīng)干擾船上計算機(jī)或岸基支持監(jiān)測實(shí)際狀況和向船長提供操作資料的能力。（28）系統(tǒng)在離線狀態(tài)下可實(shí)現(xiàn)對客戶自定義的工況進(jìn)行預(yù)裝載。

5 國內(nèi)外三維全建模裝載計算機(jī)的現(xiàn)狀

我國2004年12月完成了由708所主編的《船舶配載計算系統(tǒng)設(shè)計要求》船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其目的是為統(tǒng)一船舶配載計算系統(tǒng)的設(shè)計要求，保證配載計算的正確、真實(shí)，提高配載作業(yè)的安全和效率，適應(yīng)船舶建造、航運(yùn)的需要而制定。

結(jié)合CCS規(guī)范的Load computer（S.I.D）符號和ERS符號要求，據(jù)了解，市場上可以做滿足MSC.1-Cirsc 1532通函要求全三維建模裝載計算機(jī)的軟件提供商有：瑞典Kockum Sonics、國內(nèi)供應(yīng)商杰星（Cload）和挪威Kongsberg（Lodic）。杰星（Cload）提供一條客滾船供裝載計算機(jī)，滿足客船標(biāo)準(zhǔn)，入CCS船級，安全返港要求，軟件功能界面見圖示1。Kongsberg目前在為升級“12000T華升龍”提供裝載計算機(jī)，滿足客船標(biāo)準(zhǔn)，入CCS船級，雖然無安全返港要求，但取得了Load computer（S.I.D）符號。軟件界面見圖示2。

圖1 CLoad 軟件界面

6 結(jié)語

大型起重鋪管船或大型海工船舶都是集多功能于一體，根據(jù)不同的選擇工況和作業(yè)內(nèi)容，選擇合理配置的裝載及穩(wěn)性計算機(jī)，即能給船舶運(yùn)營安全的提供有效的保證，也可節(jié)省成本。

對于需滿足客船標(biāo)準(zhǔn)和安全返港要求的大型海工船舶，裝載計算機(jī)的選擇有以下兩種建議：船東船隊規(guī)模小，建議選擇配置（1）；船東規(guī)模比較大，可以考慮配置（2）。

圖2 Lodic軟件界面

（1）船上配備完整的兩套裝載穩(wěn)性計算機(jī)，按照要求配置傳感器數(shù)據(jù)接口及手動輸入和滿足要求的計算方式（建模）軟件；需要至少2個船員應(yīng)勝任系統(tǒng)包括與岸基支持通信連接裝置的操作，他們應(yīng)能解釋系統(tǒng)輸出以向船長提供要求的操作資料；還應(yīng)有與岸基支持雙向通信連接的裝置，以向船長提供破損后的結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度資料，或可結(jié)合船東申請的岸基支持一起辦理服務(wù)（也可選擇申請ERS符號）。按照此方法，即可申請CCS附加loading computer （S.I.D）符號。

（2）若船上不配置Type4穩(wěn)性計算機(jī)，只是常規(guī)的裝載計算機(jī)（硬件一樣），選擇按第 II-1/8-1.3.2條規(guī)定設(shè)有岸基支持時，應(yīng)有在船舶證書有效期內(nèi)隨時提供岸基支持的合同。國內(nèi)可以委托海事主管當(dāng)局認(rèn)可的單位辦理ERS服務(wù)，簽訂合同建模設(shè)計軟件，按照年費(fèi)長期服務(wù)。