章 泉 王 朝

（杭州现代船舶设计研究有限公司 杭州310053）

0 引 言

船舶分舱和破损稳性，是指船舶在一舱或数舱破损进水后仍能保持一定浮态和稳性的能力。随着国内法规对高速客船分舱与稳性要求的提高，在船舶技术设计初期阶段，如何优化高速客船的总布置设计和破损稳性，找到对设计影响最小又能满足规范要求的最佳方案，是设计过程中的重要环节。最新生效的《2020法规》对高速客船分舱与稳性的相关要求比以往规范有较大调整，这对采用该规范的高速客船破损稳性提出了更高要求。因此，结合新法规的要求，对高速客船破损稳性计算结果进行分析非常必要。

1 高速船破损稳性的衡准要求

1.1 船体破损范围

船体破损分为舷侧破损、首尾破损和船底破损。具体破损范围划分如下。

1.1.1 舷侧破损范围

舷侧破损范围的对比见表1。

表1 舷侧破损范围的对比

可见，新旧法规对舷侧破损范围均有较明确规定，但其破损范围的影响因素不同：《2011法规》高速客船的破损范围与船长和船宽有关，而《2020法规》高速客船的破损范围界定与船舶设计吃水处排水体积有关。

1.1.2 首尾破损范围

《2020法规》在《2011法规》的基础上，新增 “首尾破损”。首破损范围是指船的首端Abow区域内的破损，其范围自高速船水密外壳的最前端向后延伸，且不超过舷侧破损的纵向范围；尾破损的破损范围指自船体水密外壳的最尾端向船首0.2▽区域内的破损。

1.1.3 船底破损范围对比

船底破损范围的对比见表2。

表2 船底破损范围的对比

可见，对于船底破损范围《2020法规》和《2011法规》都有明确规定，但破损范围的影响因素不同。《2020法规》的破损范围较多考虑了高速船速度快的特点。由于高速船高速航行时一旦发生触礁或搁浅，容易对船体造成较大范围的破坏，故将船底破损范围分为易耙损部位和不易耙损破损部位。易耙损部位的纵向范围取值大，破损时船舶浮力大，稳性不易满足。此外，两法规对高速客船的破损稳性范围均也有明确规定，但《2020法规》将破损范围和破损部位划分得更详细。

《2020法规》高速船破损范围和破损组合的解释：

（1）“容易遭受耙损部位”是指设计水线尾端0.5范围内70%设计水线以下部分和设计水线首端点至船中70%设计水线处连线以下部分；“不易遭受耙损部位”是指设计水线下所有不属于“容易遭受耙损部位”的部位。

（2）确定破损组合时，分3种情况考虑：舷侧破损与首尾破损同时考虑；易遭受耙损部位的船底破损与首尾破损同时考虑；不易遭受耙损部位的船底破损与首尾破损同时考虑。

（3）如存在破损范围小于（2）中任3种情况，会造成更严重的后果，则应计算此种较小范围的破损范围。

1.2 破损后剩余稳性衡准

《2020法规》和《2011法规》对高速客船的稳性衡准要求大体相同，故不详细解释，但《2020法规》对船舶破损后最大剩余复原力臂的衡准增大0.04 m，从一定程度上提高了船底破损时船舶的安全性要求。

2 实例分析

2.1 船舶的主要要素及布置

以25 m沿海高速船为例，船舶的主要尺度为：总长 25.9 m、水线长24.35 m、垂线间长23.7 m、型宽5.0 m、型深2.25 m、设计吃水1.2 m、排水体积60.7 m、乘员16人、船员4 人，总布置图如图1所示。

图1 总布置图

该船在主甲板以下位于FR4、FR16、FR46肋位共设3道水密舱壁。船尾至FR4肋位为舵机舱，FR4至FR16肋位为机舱，FR16至FR46为下沉式甲板室，舱室底部距基线1.35 m处设平台甲板，平台下在FR32、FR39处设2道水密舱壁，其中FR16至FR32肋位为NO.2底舱，内设燃油舱（左/右）、浮力舱（左/右）、一个生活污水柜及一个淡水柜。FR32至FR 46肋位为NO.1底舱。FR46至首为首尖舱。在破损稳性计算时，船员休息室、卫生间、门厅和会议室统称为生活区。

2.2 计算工况

① 满载出港；② 满载到港；③ 空载出港；④ 空载到港。

2.3 破损范围

根据《2020法规》高速船假定破损范围的要求， 25 m沿海高速船的破损范围见下页表3。

表3 破损范围

2.4 计算分析

结合《2020法规》高速客船破损范围的要求和总体布置综合考虑，基于中国船级社Compass-Rules海船规范计算系统确定法破舱稳性计算程序进行设计阶段初期高速客船的破损稳性计算分析。以满载出港工况为初始工况，即排水量为63.4 t，重心高度为1.686 m，重心纵向位置为舯后1.626 m。破损稳性核算过程中发现机舱和舵机舱、机舱和生活区、NO.1底舱和NO.2底舱分别破损时，其破损稳性不能满足《2020法规》对高速客船破损稳性的要求，其中NO.1底舱和NO.2底舱同时破损时，因破损后无平衡点而导致最终沉没。未满足的破损组合及其进水量、破损浮态计算结果见下页表4和表5。

表4 不满足的破损组合及其进水量

表5 破损浮态计算结果

综合船舶的总体布置和破损进水后剩余稳性的结果分析，其破损稳性不能满足规范要求的主要原因有：

（1）舵机舱长度过小，其舱长小于纵向破损长度，此时需假定FR4舱壁不存在，核算舵机舱与机舱同时破损，此时破损长度相对较长，属于较恶劣的工况。破损进水后，进水量过大，导致出现较大尾倾，加剧了最终平衡时破舱的恶劣程度。

（2）NO.1底舱和NO.2底舱舱长过长，两舱同时破损时进水量大，纵倾严重，丧失回复能力，导致船舶最终无平衡点而沉没。

（3）破损水线至救生筏登乘位置的干舷为负值，不能满足破损后剩余稳性衡准。由于舵机舱和机舱同时破损时，尾倾达2.444 m，破损后平衡水线淹没限界线，救生艇登乘位置在水线下0.150 m。另外，除满载出港的表列结果，满载到港、空载出/到港工况中的所有不合格状态都存在救生艇的最小距离无法满足规范要求。

（4）破损后剩余稳性的最大剩余复原力臂过小而不满足规范要求。当机舱、生活区和机舱、客舱区、NO.2底舱分别同时破损时，其最大剩余复原力臂均小于0.1 m。

（5）船舱破损时舵机舱和机舱、NO.1底舱和NO.2底舱同时破损时最危险，损失浮力最大。

2.5 应对方案

鉴于实例船型本身的特点，破损后船舶是对称进水，而且方案验证发现破损稳性不满足的载况仅为采用单一变量的改进方案时，其破损稳性无法满足规范要求。基于最小改动改善船舶破舱稳性和舱室的划分主要取决于稳性与浮态，最终采取以下叠加方案。

2.5.1 降低重心高度，提高初始工况的值

此方案对于改善破损后剩余稳性的最大剩余复原力臂过小的问题效果明显，图2和图3分别为完整稳性、破损稳性在初始工况和降低重心后的复原力臂曲线对比图。不过，由于客船有上层建筑及客舱布置的限制，其重心高可调整范围有限，需对全船重心进行初步预估后适当取值，同时应考虑船舶完工时的实际重心高的误差。

图2 静稳性曲线对比图

图3 破损后剩余复原力臂曲线对比图

计算结果表明：在初始方案基础上，保持排水量不变的前提下，仅在船舱底部增加固定压载，降低船舶的重心高度，并不能解决舵机舱和机舱同时破损时，风雨密点和救生筏登乘位置距破损水线的最小距离不满足规范要求的问题；NO.1底舱与NO.2底舱破损后，船体因无法平衡船舶沉没。其结果见下页表6。

2.5.2 合理设置风雨密点

从表6浮态计算结果分析，该方案将进入机舱的两个风雨密小舱盖改成水密小舱盖，并将舵机舱的鹅颈式通风筒出口距主甲板高度由430 mm增至800 mm，提高其出口距破损水线的距离，改善破舱稳性，但风雨密点的高度增加到一定程度后，改善效果有限。

表6 降低重心高后破损浮态计算结果

2.5.3 增加水密分隔

从下页表7浮态计算结果分析，该方案考虑将NO.1底舱分成NO.1底舱和NO.2底舱，即在FR39处增加水密舱壁，分隔后的2个舱室舱长均大于纵向破损范围，同时在首尖舱底部增加固定压载和提高风雨密点垂向高度的方法以提高破损稳性。调整后的舱室布置见下页图4。

图4 新总布置图

表7 提高风雨密点后破损浮态计算结果

从修改后的舱室布置可见， FR32至FR46底舱因增设FR39横舱壁，舷侧、船底破损组合也相应发生了变化，即NO.1底舱、NO.2底舱和生活区、NO.2底舱和NO.3底舱、生活区和NO.2底舱、生活区和NO.3底舱同时破损。而由于FR25至FR32舷侧自下而上设置了浮力舱1（左/右），所以不存在NO.1底舱、NO.2底舱和生活区同时破损的情况。总之，水密分隔后，单独分开的舱室舱容变小，相邻舱室破损后自由液面和进水量也相应减小，船舶破损后平衡水线纵倾值减小，其剩余稳性明显改善，详见下页表8和表9。

表8 增加水密分隔后破损组合及其进水量

表9 增加水密分隔后破损浮态计算结果

2.5.4 增加浮力体

当舵机舱和机舱同时破损后，为了使救生艇距破损水线的最小距离满足规范要求，在不影响舵机正常工作的前提下，该方案自船尾至FR4两舷距中1 920 mm增加1道纵壁，增设浮力舱2（左/右）采用低密度不吸水的封闭型发泡塑料填充提供浮力。由于浮力舱位置靠近尾端，其产生的力矩相对较大，当舵机舱和机舱同时破损时，进水量减少的同时，力矩也明显减小，破损后船舶尾倾、浮态和稳性明显改善。采取以上措施后，其最终破损组合及其进水量以及最终破损浮态计算结果见表10和表11。

表10 最终破损组合及其进水量

表11 最终破损浮态计算结果

3 综合分析

3.1 破损计算结果分析

经25 m沿海高速船的实例破损稳性计算结果的对比发现：在对称进水的情况下，其最难满足的破损稳性指标是破损水线至救生筏登乘位置的距离和剩余稳性最大复原力臂的要求。方案验证过程中，破损稳性若不满足，可采用多种解决方案从不同的角度改善破损后船舶的剩余稳性，而仅采用单一变量的改进方案，则无法满足规范要求。最终，本船采用了叠加方案来综合改善其破损稳性。

3.2 提升破损稳性的方法

3.2.1 合理分舱，增加水密分隔

合理进行舱室划分，有助于增加整船的抗沉能力。在方案设计总体布置时，结合破损范围合理分舱、将船舱隔小，使破损时进水量减小、均衡进水，这是一种常见的改善破舱稳性的方法。然而，舱室的划分主要取决于稳性和浮态，因此需对不同的船加以研究，从而确定最优分舱。

3.2.2 设置浮力体，增加储备浮力

根据初步破损最终浮态确定浮力体的位置，减小破损舱室的舱容，降低其进水量，从而提高船舶的储备浮力。

3.2.3 降低重心高度，提高初稳性高值

优化装载使重心降低，重量稳性臂减小，其初始工况的静稳性臂增加，破损后剩余稳性的最大剩余复原力臂增大。初步预估船舶的初始质量和重心位置，合理调节载况，尽量避免出现较大的纵倾装载工况。常用的措施有：在船底舱内增加固定压载以及舱室内装选用轻质不燃材料等。

3.2.4 合理调整风雨密点的位置

可根据破损最终平衡水线的位置，适当提高风雨密点的高度，以保证高于最终平衡水线，即尽量以往高、往内、往中间的原则布置风雨密点或改设为水密，是一种对设计影响较小的方案。在确定风雨密点的位置时，为了保证预测结果尽可能准确，按照安全原则来确定风雨密点的位置：纵向位置取远离船舯处，横向位置应尽可能取舷侧处，垂向位置则按满足法定检验规则的最低要求选取。

4 结 语

通过25 m沿海高速船不同工况的计算分析发现：以上4种方法从一定程度上改善了船舶的破舱稳性，船舶破损后的浮态很大程度上取决于船舶的初始状态，而船舶破损后的浮态又决定了船舶的残存能力。因此在进行同类型的高速客船破舱稳性计算时，应针对船型本身的特点，分析不满足规范要求的参数，从而针对性选择是采用单一改进方案，还是采用叠加改进方案来改善其破舱稳性。此外，还可通过减小液舱自由液面、优化客舱空间位置等其他方法对同类型船舶进行研究分析，并提出克服破损稳性不足而采取的相应技术措施，以保证船舶营运时的航行安全。