[科普中國]-破艙穩(wěn)性

簡介

破艙穩(wěn)性是指船舶破損進(jìn)水后的剩余穩(wěn)性。船舶破損進(jìn)水后，如進(jìn)水量不超過排水量的10%～15%，可以應(yīng)用初穩(wěn)性公式來計(jì)算船艙進(jìn)水后的浮態(tài)和穩(wěn)性，基本方法有兩種：(1)增加重量法。把破艙后進(jìn)入船內(nèi)的水看成是增加的液體載荷；(2)損失浮力法。把破艙后的進(jìn)水區(qū)域看成是不屬于船舶自身的一部分，即該部分的浮力已經(jīng)損失。損失的浮力借增加吃水來補(bǔ)償。這樣，對于整個(gè)船舶來說，其排水量不變，故此法又稱固定排水量法。2

客船破艙穩(wěn)性檢驗(yàn)根據(jù)總布置圖和各種載況穩(wěn)性的計(jì)算結(jié)果，分析并挑選穩(wěn)性最差的載況作為核算載況，假定有多種對穩(wěn)性和橫傾最不利的破損情況，按船舶靜力學(xué)方法計(jì)算船舶破艙進(jìn)水后的浮態(tài)和穩(wěn)性。

對于單體客船，破艙后的橫傾和初穩(wěn)性高應(yīng)滿足以下規(guī)定：

(1)對稱浸水和不對稱浸水的終了階段，用固定排水量法求得的剩余初穩(wěn)性高度應(yīng)不小于0.05m；

(2)在不對稱浸水情況下，一艙浸水的橫傾角不得超過7°，相鄰兩艙同時(shí)浸水的橫傾角不得超過12°；

(3)在任何情況下，船舶浸水終了階段的破艙水線不得淹沒安全限界線。

客船分艙與破艙穩(wěn)性檢驗(yàn)的確定性方法，其優(yōu)點(diǎn)是：使抗沉性問題簡潔明了，概念清晰；設(shè)計(jì)者可以根據(jù)分艙布置判斷出危險(xiǎn)的破損情況并進(jìn)行破艙穩(wěn)性計(jì)算，需要計(jì)算的破損艙組數(shù)量少、計(jì)算工作量?。贿m于手工計(jì)算。

但是，確定性方法也有其明顯的缺點(diǎn)：該方法是依據(jù)1950年以前建造的船舶樣本統(tǒng)計(jì)提出的，隨著船舶設(shè)計(jì)、建造技術(shù)的發(fā)展，船體各部分的容積關(guān)系已發(fā)生很大變化，作為計(jì)算基礎(chǔ)的“業(yè)務(wù)衡準(zhǔn)數(shù)”和“分艙因數(shù)”已陳舊過時(shí)；該方法針對確定的破損艙、破損范圍和唯一的破損前吃水進(jìn)行計(jì)算，不貼合實(shí)船海損的隨機(jī)性，而處理隨機(jī)事件的科學(xué)方法應(yīng)當(dāng)是概率方法。3

大型海洋救助船破艙穩(wěn)性研究研究介紹我國“十五”期間研發(fā)、“十一五”和“十二五”期間批量建造的大型海洋救助船被交通運(yùn)輸部救撈局確定為我國海上救生力量的主力船型。該船型在海洋救助及海上應(yīng)急事件中的出色表現(xiàn)凸顯了大型救助船的特殊作用。隨著人類的海上活動(dòng)與日俱增，除了已有的救助船之外，還需補(bǔ)充大噸位的救助船來充實(shí)我國的救助裝備體系。

對于大型救助船而言，破艙穩(wěn)性是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，在很多情況下是制約其他指標(biāo)的一個(gè)優(yōu)先滿足的指標(biāo)。因此，對其進(jìn)行研究是開發(fā)優(yōu)秀船型的前提條件。

隨著已有的一批救助船在海上發(fā)揮重要的作用，其他相關(guān)部門也相繼開發(fā)建造類似船型。隨著船舶用途及特種人員的增加，船型開發(fā)會涉及特種用途船或公務(wù)船的相關(guān)要求。

新開發(fā)的船型為國際航行特種用途船或國際航行非高速公務(wù)船。這使得其適用的破艙規(guī)則發(fā)生改變，從而對破艙穩(wěn)性提出更高的要求。

船舶的破艙穩(wěn)性是指船舶在破損進(jìn)水狀態(tài)下保持一定浮性和穩(wěn)性的能力，是船舶的一項(xiàng)重要技術(shù)性能。根據(jù)海難事故統(tǒng)計(jì)，每年都會有許多船舶因破損進(jìn)水而沉沒或傾覆，給人們帶來難以挽回的生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失。

從發(fā)生的海難事故分析，船舶設(shè)計(jì)時(shí)對破艙穩(wěn)性考慮的合理、周密程度直接決定著船舶破損進(jìn)水之后是否會沉沒或傾覆，也是船舶破損后能否保證船舶及人員安全的首要前提。

海洋救助船作為一種特殊用途船舶，往往出現(xiàn)在海難事故現(xiàn)場進(jìn)行船舶救助，難免會遭遇惡劣的海況及不良的水域而導(dǎo)致近距離的摩擦碰撞，進(jìn)而使得其破損進(jìn)水概率較其他船舶要大。因此，保證海洋救助船自身的安全是順利救助的前提，也使得其破艙穩(wěn)性較其他船舶又多了一層含義。4

船型特點(diǎn)經(jīng)過十多年若干批次的實(shí)船使用及優(yōu)化設(shè)計(jì)，海洋救助船現(xiàn)已成為一種具有鮮明特點(diǎn)的船型，其總布置圖，見圖1。

1) 該型船一般設(shè)置2層長艏樓，一方面滿足船舶艙室布置的需要，另一方面儲備大量的浮力抵御惡劣海況。

2) 該船一般都配備大拖纜機(jī)，具備一定的拖力，這就要求艉甲板面開闊無遮擋。另外在救助過程中也需要開闊的甲板面來進(jìn)行各種救助作業(yè)。

3) 該船配備的專業(yè)設(shè)備繁多，布置復(fù)雜；救助人員長期居住在船上，對居住艙室有一定舒適性要求。

總之，該船型的特點(diǎn)為：上層建筑豐滿，重心位置較高，受風(fēng)面積較大，具備較大拖帶能力，同時(shí)對穩(wěn)性要求嚴(yán)格。4

破艙穩(wěn)性研究海洋救助船是一種綜合性船舶，除擁有救助船（Rescue Ship）標(biāo)志之外，可能同時(shí)擁有其他船型標(biāo)志，如拖船（Tug）、近海供應(yīng)船（Offshore Supply Ship）、特種用途船（SPS）、公務(wù)船（Public Affair Ship）、消防船（Fire Fighting Ship）及溢油回收船（Oil Recovery Ship）等。這些標(biāo)志的申請無疑增加了船舶相應(yīng)的功能，同時(shí)也對破艙穩(wěn)性提出了不同的要求。同一型船根據(jù)不同用途適用不同的破艙穩(wěn)性規(guī)則，而這些規(guī)則對船舶的要求又各有側(cè)重，這也是該船型破艙穩(wěn)性核算的特點(diǎn)所在。4

1、破艙穩(wěn)性規(guī)則匯總對比分析

救助船、拖船、消防船和溢油回收船等4個(gè)船型標(biāo)志都要求滿足國際海事組織（IMO）MSC決議216(82)(SOLAS2009)對貨船的要求，近海供應(yīng)船要滿足IMO MSC決議 235（82）（《近海供應(yīng)船設(shè)計(jì)和構(gòu)造準(zhǔn)則》2006）的要求，特種用途船和公務(wù)船要滿足IMO MSC決議 266（84）（SPS2008）（《特種用途船舶安全規(guī)則》2008）的要求。各標(biāo)志對應(yīng)的破艙穩(wěn)性規(guī)則見表1。4

2、破損假定及殘余穩(wěn)性衡準(zhǔn)研究

在破損假定方面，救助船、拖船和特種用途船的破損假定是一致的，但無論是縱向、橫向還是垂向都較近海供應(yīng)船嚴(yán)格。在殘存能力方面，特種用途船破損后最大橫傾角為 15°的要求大幅度大于拖船、救助船的30°要求，破損后殘存穩(wěn)性要求都是一致的。

表面上看，近海供應(yīng)船破損后最大橫傾角為15°的要求嚴(yán)于拖船、救助船30°的要求，但是近海供應(yīng)船的舷側(cè)破損寬度僅0.76m，在實(shí)船的破艙穩(wěn)性計(jì)算中，這些進(jìn)水量一般不會導(dǎo)致橫傾過大，故該橫傾角要求雖然只有15°，但不難滿足。

在破損靜穩(wěn)性曲線中最終平衡角以外的正穩(wěn)性范圍方面，近海供應(yīng)船要求具有 20°，拖船、救助船要求具有16°，近海供應(yīng)船較高。但是，由于近海供應(yīng)船的橫傾角為15°，整個(gè)穩(wěn)性范圍35°，而拖船、救助船的整個(gè)穩(wěn)性范圍為46°，其實(shí)后者要求要高。對于正穩(wěn)性范圍內(nèi)的最大復(fù)原力臂，近海供應(yīng)船要求≥0.1m，而拖船、救助船要求≥0.12m，明顯后者要求高。

以上從破損假定和殘存能力要求2個(gè)方面比較2種規(guī)則體系的嚴(yán)格程度，可看出救助船的要求高于近海供應(yīng)船。

由此可看出，破艙穩(wěn)性規(guī)則體系的嚴(yán)格程度按近海供應(yīng)船、救助船、特種用途船依次增加。各規(guī)則的破損假定及殘余穩(wěn)性的衡準(zhǔn)見表2和表3。4

破艙穩(wěn)性計(jì)算實(shí)例由于特種用途船和公務(wù)船對破艙穩(wěn)性的要求比救助船更嚴(yán)格，因此有必要對比分析2個(gè)規(guī)則的差別。以某大型海洋救助船為例，該船型標(biāo)志包括拖船、救助船和消防船，其總長約100m，應(yīng)按照SOLAS公約對一般貨船的要求校核破艙穩(wěn)性。破艙分區(qū)為23個(gè)區(qū)（見圖2），指數(shù)A計(jì)算到4區(qū)破損，見圖3。

增加特殊人員，定員為 60人，按照特種用途船核算破艙穩(wěn)性，在同樣的計(jì)算條件下得出計(jì)算結(jié)果見表4。由表4可知，要求的指數(shù)R由0.48753提高到0.53896，而達(dá)到的指數(shù)A由0.52551降低到0.48361（見圖3），遠(yuǎn)不能滿足要求。為提高該達(dá)到的指數(shù)，極限GM（初穩(wěn)性）曲線抬高0.2m（見圖3中的虛線），重新計(jì)算達(dá)到的指數(shù)A=0.56381>R，各吃水指數(shù)也能滿足要求。但是，會出現(xiàn)一些工況GM值落在極限GM曲線以下，也就意味著該船原始裝載工況受到限制，見圖3。4

研究結(jié)果救助船一般具備拖船、消防船和溢油回收船的綜合功能。由于船型的通用性，該型船可兼有近海供應(yīng)功能，同時(shí)增加特殊人員可作特種用途船，增加執(zhí)法設(shè)備又可成為公務(wù)船。在這些船型的變化中，破艙穩(wěn)性使用規(guī)則的變化尤為復(fù)雜，規(guī)則的變化對船舶的要求變化很大，因此，在設(shè)計(jì)之初要清楚這些規(guī)則對該船型的影響，在方案上作出相應(yīng)調(diào)整，若不去關(guān)心這些規(guī)則的變化，可能會影響到總體方案的順利進(jìn)行。4