(
1
)
1 - (852.5 + 0.038757V)/ (TV + 5000)
N >
6000
式中,#表示船上的乘客和船员总人数。
而在SOLAS 2009中,客船要求的分舱指数则按式(2)计算:
R
=
l
. 5000
Ls + 2.5
N'
+ 15225
(2)
式中,Ls为船体分舱长度;/V' = M + 2A/2,这里州为救生艇可搭载的人数,从为去除况以后允许载运
的人数,包括高级船员和普通船员。如果主管机关认可,AT可取较小值,但它无论如何不能小于州+死,
即不能小于船上的总人数。
以下将分别简称SOLAS 2009和SOLAS 2020修订案中客船要求的分舱指数为办_和/?2Q2()。比较
式(1)和式(2)可知,同时取决于船体分舱长度、救生艇可搭载的人数以及船上的总人数。但
是Ls对的影响很小,在实际操作中,在船长确定的前提下,设计者可通过增加救生艇容量来降低
及2009,这也正是SOLAS 2009的弊端所在。而SOLAS 2020则修正了这一弊端,/?2Q2()仅取决于船上的
总人数。按照SOLAS 2020,客船上配置的救生艇数量再多、容量再大,也不能降低破舱稳性。
按照SOLAS公约,非短程国际航行客船上救生艇可容纳的人数不得少于船上总人数的75%。在
图1中进行了 和办(CC的对比,在计算馬〇〇9时考虑了救生艇配置率75%和100%两种情况。可以看
到,/?2〇2〇相对于/?2009有了全面提升。当7V<400时,两者间的差异随着#的增大而减小,当#=400时
达到最小;当400 < 7V< 1500时,两者间的差异随着iV的增大而增大,当iV= 1350时达到最大;在W> 135C
后,随着iV的增大,两者间的差异逐步缩小。若以救生艇配置率75%时的i?2009为基准,当#= 400时,
及2〇2〇相对提升2.9%;当况=1350时,/?■)相对提升13.5%;当#=6000时,及2〇2()相对提升5.4%。
图
1
及
2009
和及
2020
的比较
as = 300 m)
48
中 国造船
学术论文
2
SOLAS
2020对现役大型邮轮破舱稳性的影响
在表1中收集了部分现役大型邮轮的基本信息,并按各船的实际救生艇容量,分别计算了於〇〇9和
穴2020,再以及2009为基准进行了比较。穴的提升率定乂为及202〇/(尺2009 -1)。
表
1
船名
海洋绿洲
海洋量子
喜悦
辉煌
协和
蓝宝石公主
炫目
大西洋
精致世纪
总吨位
/t
船长
/m
A
mo
对现役大型邮轮的影响
N
8461
6405
6781
5270
6200
4200
3876
3557
2960
穴2009及2020
沢提升率
/%
225282
168666
167725
137936
132500
115875
92600
85619
71545
362
348
334
333
293
288
294
292
246
0.8787
0.8508
0.8519
0.8369
0.8526
0.8231
0.8201
0.8124
0.7891
0.9123
0.9035
0.9053
0.8958
0.9017
0.8876
0.8847
0.8818
0.8750
3.8
6.2
6.3
7.0
5.8
7.8
7.9
8.5
10.9
总体来说,邮轮总吨位越小,搭载的人数越少,
很高
,
相对於〇〇9的提升率越高。比如,对于7万总
吨级的“精致世纪”号,其/?2Q2Q竟要比办〇。9提升10.9%。另一方面,超大型邮轮本身的分舱指数己经
相对於
〇〇
9
的提升率看似较低,但绝对提升值却相当可观。因此
,
SOLAS 2020的实施必然
会对大型邮轮的设计和建造带来重大影响。
表1中的各邮轮如果满足SOLAS 2009,那么它们实际的分舱指数肯定大于/?2009,但要满足/?2020
难度不小。以超大型邮轮“海洋绿洲”号为例,该船隶属皇家加勒比集团,最多可搭载6296名乘客和2165
名船员,配备18艘定员370人的CRV55双体救生艇和LS45吊艇架系统。该船的一大亮点是安全冗余
度高,其实际分舱指数约为0.9055,比还要高3%,但离办〇2。仍有一定差距。如果保持该船的船
型设计不变,只有把最大承载人数降到6821人左右才能满足/?2Q2(),这将比现有的最大搭载人数减少近
1640人,代价极其巨大。
按照现行国际公约,在SOLAS 2020生效后,大型邮轮的完整稳性仍沿用IS 2008,但破舱稳性要
求却有了大幅提升。可以预见,破舱稳性必将成为大型邮轮主尺度规划的主控因素之一。
3满足
SOLAS
2020要求的8万总吨级邮轮主尺度调整
现以一型8万总吨级大型邮轮的方案设计为例,研宄探讨应对SOLAS 2020破舱稳性要求的主尺
度调整方案。关于目标邮轮的破舱稳性最初只考虑了 SOLAS 2009,主要参数在表2中列出,图2所示
为目标邮轮的水密分舱情况。
表
2
参数
总长
IQA/m
分舱长度
/^/m
型宽
(
舱壁甲板处
)5/m
舱壁甲板高度
£>/m
最深分舱吃水
ds/m
数值
目标邮轮的主要参数
参数
载重量
(
最深分舱吃水
)/t
最大搭载总人数
Af
救生艇可搭载人数%
沢2009
及2020
数值
270.5
264.2
32.5
10.8
7.75
7250
2750
2400
0.7848
0.8724
60卷第3期(总第231期)
马网扣,等
:SOLAS
2020破舱稳性对大型邮轮主尺度规划的影响
49
目标邮轮的实际分舱指数3按式(3)计算:
A
= 0
AA
^+0
AAV
+ 0.2
AX
(3)
式中
,馮、'、
4分别为与最深分舱吃水
<、
部分分舱吃水< 和最小服务吃水4对应的部分分舱指
数。部分分舱吃水< 按式(4)计算:
^=0.6«-^) + ^ (4)
图3显示了目标邮轮满足於〇(»和办Q2Q要求的W (初稳性高)包络线,以及典型装载工况下的
实际反7。可以看出,■/?_需要的反7要比於
009
需要的^大1.5 m左右,目标邮轮的实际反7充分
满足及20W,尚有平均〇.4m左右的余量,但离满足/?2Q2Q尚有平均1.1m左右的不足。
5.2 卜------------------
4.8 -
--------------
---------------------------------
-
0
■ ' ■■—>
4.4 -
__________________________
B
4.0 -
■
■
臞
■圈
II
1 ■
---------------
'
-
«
...........伞
■
-
■
r „
1
3.2 - " ------------
---------------^
—-----
2.8- —碎一
一
SOLAS
SOLAS
200
2009
9
包络线
包络每
■
■
实实际际装装载载
一一
SOLASSOLAS
20 202200
包络线包络线
2.4 -1~—— --------1----------------1---------------1---------------1---------------
7.5 7.55 7.6 7.65 7.7 7.75
吃水/m
图
3
目标邮轮适应
/e2009
和/?2()20的情况
要提高目标邮轮的分舱指数,可以采用增加水密分舱、增加横贯进水装置、增加进水点高度、降
低轻载吃水、降低装载重心等方式[5_8]。但鉴于SOLAS 2020破舱稳性要求的大幅提升,这些方式的效
果有限,或受布置、功能的限制而无法实施。因此,调整目标邮轮的船体主尺度势在必行。
50
中 国造船
学术论文
3.1增加船宽和型深的方案
提高船舶破舱稳性最常用的方式是增加船宽,它对W的影响最大。增加船宽能显著提高反7,
还能增大排水体积和降低吃水,这些都对提高破舱稳性有利。增加型深,能提高干舷,对提高破舱
稳性有利。但型深增加后,船体重量增大使吃水增大,重心提高使否7降低,这些对提高破舱稳性
不利。
如表3所示,针对目标邮轮,设定了多组增加船宽S和型深D的方案。该表中关于空船重量F的
增加仅估算了船体钢料重量的增加,而未考虑尺度变化对管系、电缆、涂装等重量的影响。船体内部
水密舱壁和甲板的位置不变,只有那些以舱壁甲板或外板为边界的舱室的舱容受到影响。此外,在装
载计算时,维持可变载荷不变。
表3中还计算了各组方案的实际分舱指数J。这里只定性比较增加船宽和型深对破舱稳性的影响,
因此在计算时,<、,直接取各装载工况的满载吃水和轻载吃水,
与 < 的一致。
表
3
目标邮轮船宽和型深增加后的空船重量、装载和分舱指数变化
限值亦是如此。的限值
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
/m
0
0
0.4
0.4
0.4
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
1.1
AD
/m
0.2
0.4
0
0.2
0.4
0
0.2
0.4
0.5
0.6
0
sp
表示与
AW
/t
204
421
273
491
698
557
769
984
1088
1194
773
ds
/m
7.768
7.799
7.666
7.736
7.767
7.635
7.705
7.735
7.747
7.763
7.598
dp
/m
7.594
7.692
7.723
7.663
7.694
7.635
7.665
7.566
7.673
7.689
7.526
GA/sp
/m
3.19
3.13
3.93
3.61
3.55
4.36
4.01
3.96
3.93
3.90
4.68
/m
7.578
7.609
7.485
7.554
7.585
7.462
7.531
7.561
7.563
7.579
7.418
GMi
/m
3.39
3.34
4.21
3.80
3.77
4.65
4.23
4.19
4.12
4.09
4.92
0.7930
0.8061
0.8200
0.8217
0.8325
0.8409
0.8461
0.8572
0.8673
0.8647
0.8599
限值。
A
0.8171
0.8231
0.8324
0.8369
0.8477
0.8544
0.8592
0.8714
0.8807
0.8774
0.8732
0.8393
0.8527
0.8676
0.8603
0.8729
0.8889
0.8784
0.8877
0.9007
0.8957
0.9027
0.8119
0.8222
0.8345
0.8355
0.8467
0.8559
0.8578
0.8690
0.8793
0.8760
0.8738
注:
W4
和
+
对应的限值,表示与斗对应的
W
比较表3中的方案2和方案3,前者增加型深0.4 m,后者增加船宽0.4m,前者的空船重量比后者
多增加1481,但分舱指数要小0.0123。比较方案1和方案3,前者增加型深0.2 m,后者增加船宽0.4 m,
前者的空船重量比后者少增加69 t,但分舱指数却要小0.0226。若比较方案2和方案4、方案4和方
案6、方案5和方案7,都可得到类似结论。现比较方案9和方案10,前者在船宽增加0.8 m、型深增
加0.5 m后的分舱指数己能满足/?2()2Q,后者在型深继续增加0.1m后,空船重量又增加106 t,但分舱
指数反而略有降低。对于方案11,在船宽增加1.1 m后,分舱指数满足办Q2Q,而空船重量仅增加773 t。
通过上述比较可得到以下几个结论:
(1) 增加船宽总是有利于提高目标邮轮的分舱指数;
(2)
而随之下降;
(3) 从提高破舱稳性和控制空船重量增加出发,增加船宽要比增加型深更为有效。
Zaraphonitis等[9]曾选择一艘1500 P/360 m小型客滚船,通过多种增加船宽和型深的方案来提高该
船的分舱指数的研究,得到的结论与上述一致。
增加型深有利于提高目标邮轮的分舱指数,但型深增加0.5 m后若再继续增加,分舱指数
60卷第3期(总第231期)
马网扣,等
:SOLAS
2020破舱稳性对大型邮轮主尺度规划的影响51
3.2增加船长的方案
增加船长对W直接的影响很小,但若将船长增加的部分形成水密舱室,能提高实际分舱指数。
增加船长还能增大排水体积,降低吃水,这对提高破舱稳性有利。
如图4所示,可通过将船中横剖面沿纵向拉伸一定距离,以此来增加目标邮轮的船长。在破舱稳
性计算时,将增加的船体部分划分为双层底上、下两个空舱。当然,在实际设计时,增加的船体部分
完全可按功能的需要进行舱室划分。
图
4
目标邮轮增加船长的方案示意
针对目标邮轮,设定了几种增加船长i的方案,如表4所示。表中关于空船重量的增加仅估算了
船体钢料重量的增加,而未考虑尺度变化对其它重量的影响。在计算总吨位(?7时,计入了主船体和上
层建筑容积的变化。船体内部原来的水密舱壁和甲板的位置不变。在装载计算时,同样维持可变载荷
不变。
在表4中还计算了各个方案的实际分舱指数。这里只定性比较增加船长对破舱稳性的影响,因此
在计算时,ds、必直接取各装载工况的满载吃水和轻载吃水,^限值亦是如此。dp的W限值与义的
一致。
表
4
目标邮轮船长增加后的空船重量、吨位、装载和分舱指数变化
GM sp
No.
di
GMi
/m
AGT
/W
ds
dp
ft
/m/m
/m
/m
/m
A
1
518535117.5877.5133.507.402
3.73
0.81950.83270.86090.8331
2
103709
1041
7.4587.3753.537.251
3.70
0.85840.86630.87680.8652
3.3647.286
3.43
7.1683.720.8707
0.8756
0.8920
0.8769
注:
@7sp
表示与
ds
和
dp
对应的
W
限值,表示与由对应的
^
限值。
表4中的方案3在加长15 m后,分舱指数己能满足於〇2Q。同时钢料重量增加1562 t,总吨位增加
5572t。事实上,按方案3,目标邮轮已经接近9万总吨,而这往往意味着邮轮“运营定位”的改变。
3.3几种尺度变化方案的优劣比较
通过上述各尺度变化方案中的分舱指数计算可知,船宽增加1.1m、船宽增加0.8 m且型深增加
0.5 m、船长增加15 m这3个方案都能使目标邮轮的破舱稳性满足SOLAS 2020。除破舱稳性外,这3
个方案在其它方面各有优劣。
(1)总布置
船宽增加方案和型深增加方案对总布置的影响有限,而船长增加方案对总布置最为有利。
显然,随着船长增加,上层建筑的长度也随之增加,总体空间的增大对提高舱室布置的灵活性最
为有利。如果需要进一步提高目标邮轮的稳性,甚至可考虑将高层的客房、乘客服务处所等转移至低
层,从而降低整体重心高度和受风面积。或者,若稳性有富余,也可将增大的空间设为客房,增加乘
客人数。
52
中 国造船
学术论文
(2)耐波性
邮轮乘坐的舒适性是特别重要的评价指标,它与耐波性密切相关。
船宽对耐波性的影响最大,主要体现在对横摇的影响上。船宽增加,增大,横摇周期变小,
而横摇角和横摇加速度变大。显然,增加船宽将加剧横摇的频率和幅度,降低乘坐的舒适性。
为尽可能避免谐摇,通常要求远洋航行船的横摇周期最好能在11 s以上,以与主要波浪周期充分
避开。在初步设计阶段,目标邮轮的横摇周期&可按下式估算[1<)]:
sjgGM
根据表4和表5的装载计算结果,船宽增加方案的横摇周期介于14.2 s与14.5 s之间,船宽和型
深同时增加方案的横摇周期介于15.3 s与15.7 s之间,船长增加方案的横摇周期介于15.7 s与16.4 s之
间。显然,船宽增加方案的耐波性最差,而船长增加方案的耐波性最好。
(3) 阻力
就目标邮轮的尺度而言,船宽增加方案对摩擦阻力的影响很小,剩余阻力会有增加,但总体影响
有限。型深增加方案使吃水加大,也会引起阻力增加。而船长增加方案使船体长宽比增大,对提高快
速性最为有利。
(4) 钢料增加
船宽增加方案产生的钢料增加最少,船宽和型深同时增加方案的次之,船长增加方案产生的钢料
增加最多,相应地建造成本也最高。
3.4目标邮轮的主尺度调整方案
与其它船型一致,在选取邮轮主尺度时需要综合考虑性能、成本、总布置等因素,是一个综合优
化、平衡的过程。目标邮轮的破舱稳性最初只需满足SOLAS 2009。在参考原来主尺度的基础上,通过
调研,该船主尺度的选取着重考虑了以下几个因素:
(1)
故加剧了船东的担忧,他们认为目标邮轮的抗台能力还需加强。
(2) 邮轮的耐波性非常重要。目标邮轮的横摇周期最好能在16 s以上。
(3) 目标邮轮的乘客空间比最好在30以上,以增强市场竞争力。
(4)
以接受的。
从提高抗风性能上讲,目标邮轮的初稳性高要适当大些,船宽要大些,但耐波性要求又限制了船
宽的增加。从提高耐波性和乘客空间比来讲,增加船长最为有利。因此,目标邮轮采用了优先增加船
长,适当增加船宽和型深的综合调整方案。经过多次试算,最终确定的主尺度调整方案为:船长增加
12 m,船宽增加0.3 m,型深不变。对应的空船重量、吨位、装载和分舱指数在表5中列出,横摇周期
介于15.7 s与16.1 s之间。
表
5
目标邮轮主尺度调整后的空船重量、吨位、装载和分舱指数
东亚和东南亚航线易受强台风、超强台风的影响。“东方之星”、“挪威逍遥号”等邮轮的事
邮轮作为一种休闲度假载体,竞速不是其主要目的。目标邮轮只考虑运营日韩、东南亚航线,
不考虑跨洋航线,实际运营航速基本不超过18 kn。而目标邮轮的现有最大航速22 kn,适当降速是可
AGj/t
4803
廣
tdslm
7.438
dp/m
7.368
GM sp/m
3.64
dj/m
7.264
GMm
3.85
0.8686
0.87280.8831
A
0.8732
1404
如图5所示,在船体拉长后增加的空间中,分别增加一层共4间船员房、二层共8间海景房和四
60卷第3期(总第231期)
马网扣,等
:SOLAS
2020破舱稳性对大型邮轮主尺度规划的影响
53
层共16间阳台房,其余用作公共区域、机械舱室等。增加的房间按每间2人计算,於020 = 0.8731,满
足SOLAS 2020的破舱稳性要求。如该图中的阴影部分所示,今后若还需降低重心高度,可考虑将高
层的功能舱室移至船体拉长后增加的空间中。
4结论
SOLAS 2020修订案将全面、大幅地提升客船要求的分舱指数,将进一步促进邮轮船型的大型化。
本文以一型8万总吨级大型邮轮的方案设计为例,研究满足SOLAS 2020的主尺度变化方案,及其
对空船重量、总布置、耐波性和阻力等的影响。研究成果能为大型邮轮新船型的主尺度规划提供参
考。
(1) 如果不考虑主尺度的综合调整,船宽增加1.1m、船宽增加0.8 m且型深增加0.5 m、船长增
加15 m这3个方案都能使目标邮轮的破舱稳性满足SOLAS 2020的要求。
(2) 增加船宽是提高破舱稳性的最有效方式,钢料增加也最少。但船宽增加太多会减小横摇周
期,降低邮轮的耐波性。适当增加型深对提高破舱稳性有利,但型深增加过大反而对提高破舱稳性
不利。增加船长对提高破舱稳性、总布置的灵活性、快速性最有利,对耐波性影响不大,但钢料增
加最多。
(3) 增加船宽和型深往往被看作是一种“微调”。如果现有船型的分舱指数接近SOLAS 20
求,建议优先考虑增加船宽和型深,这样钢料不至增加太多,总布置也无需大的调整,耐波性和阻力
受到的影响也小。可以预计,SOLAS 2020的实施将进一步造成大型邮轮船型的“肥大化”。
(4) 如果现有船型的分舱指数与SOLAS 2020的要求相距较远,建议优先考虑增加船长,再适当
增加船宽和型深,这对总布置、耐波性和快速性最为有利,成本也不至增加太多。
(5) 单纯增加船长,而不改变纵向水密分舱的方案是不可接受的。单纯增加船长,固然能增大分
舱指数,使之满足SOLAS 2020的要求。但增加船长对而7几无影响,无助于提高邮轮在破损事故后
保持正浮的能力,这与修订SOLAS破舱稳性要求的初衷相违背。简单地讲,如果单纯增加船长,那么
需要相应地修改水密分舱,以减小破损进水引起的横倾力矩。
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Impact of SOLAS 2020 Damage Stability on Main Dimensions
Planning of Large Cruise Ships
MA
Wangkou
,
WANG
Lu
,
DONG
Liangzhi
,
WANG
Yifei
(CSSC Cruise Technology Development Co., Ltd., Shanghai 200137, China)
Abstract
Damage stability requirement for passenger ships has been improved by SOLAS 2020 amendments entirely and
significantly, which makes great impact on ship type development. Attained subdivision index for passenger ships in SOLAS
2020 is compared with that in SOLAS 2009. The statistics shows that most of large cruise ships in service cannot meet SOLAS
2020 damage stability requirement. Main dimension modification for meeting SOLAS 2020 of an 80,000 gross tonnage class of
large cruise ship is sampled. Plans of increasing the sample ship's width, depth and length are proposed and analyzed, which
influence on the subdivision index, steel weight, general arrangement, seakeeping performance, resistance is investigated as well.
Some suggestions about large cruise ships5 main dimensions planning are offered in order to meet SOLAS 2020 damage stability
requirement.
Key
words
:
SOLAS 2020 amendments
;
damage stability
;
attained subdivision index for passenger ships
;
large cruise ships
;
main dimensions planning
作者简介
马网扣
男,
1978
年生,研宄员。主要从事邮轮的研发与科研管理工作。
王露
女,
1981
年生,高级工程师。主要从事邮轮的科研管理与研发工作。
董良志
男,
1984
年生,高级工程师。主要从事邮轮的研发与科研管理工作。
王一飞
男,
1979
年生,博士,高级工程师。主要从事邮轮的研发与科研管理工作。
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