◎ 许旸 交通运输部广州打捞局



半潜船空船重量控制浅析

◎ 许旸 交通运输部广州打捞局

本文通过对半潜船空船重量的主要组成、结构设计、船厂建造的空船重量控制研究，分析了某5万吨半潜打捞船的结构形式选取及材料选择等因素对半潜船船体结构设计，建造中施工工艺执行及质量监控对空船重量控制的影响。对如何妥善处理好总体性能对空船重量的控制要求，又要保障船舶的强度，提出解决方法和措施。

半潜船 船舶 空船重量

1.前言

随着海洋经济、海上资源开发工程的发展，市场对离岸石油设施及配套服务设施的需求增长，为海上工程提供服务的各种工程船舶已成为海上资源开采及勘探中不可缺少的组成部分。半潜船作为海上特种工程船在进行海洋工程作业、重大件运输项目及海上应急抢险打捞的优势日益明显，在整个航运市场及海上应急抢险打捞中扮演的角色也日益重要。

半潜船是一种具有较大甲板面积，艏部和艉部有较高上层建筑（甲板室或浮箱），专门用于在甲板上装/卸载体积或重量很大而又无法分割的超大型结构物的船舶。在装卸作业或操作需要时，半潜船除艏楼和浮箱外，主甲板以下船体均可潜入水下呈半潜状态。由于半潜船半潜作业的要求，需要大量的压载水舱来满足完成下潜、起浮作业；又由于装载运输重大构件货物的要求，希望半潜船具有足够大的装载能力。因此，有效地控制和降低半潜船的空船重量，提高半潜船的载重量及其综合性能指标具有积极的现实主义。

2.半潜船空船重量的组成

半潜船的空船重量主要由船体结构重量、舾装重量、轮机重量、管系重量以及电气设备重量等组成，它们是固定重量，与装载及作业工况无关。控制半潜船的空船重量要求必须在船舶设计时，船体、轮机、电气、舾装各专业就要给予充分考虑。空船重量轻了，则在最大压载水装载状态下不能达到最大下潜深度；空船重量重了，则在航行运输状态不能达到规定的载重量指标。半潜船船型与一般的普通货船具有明显区别，庞大的艏楼和主甲板上两个高大的艉浮箱是半潜船船型的重要特征。半潜船的结构重量占空船重量的比例较之一般的普通货船要高，约占空船重量的80％，是构成空船重量的主要部分。

半潜船的工作状态多、变化大，对重量重心控制的要求高。半潜船的空船重量及载重量之和构成了满载吃水时的排水量。合理有效地控制空船重量，可最大限度地提高半潜船的装载能力。另一方面，半潜船的作业特性要求以大量压载水的装载完成下潜作业任务，空船重量和压载水的重量总和又是决定最大下潜深度的关键因素，增加空船重量又意味着可以减少压载舱的舱容。因此控制半潜船的空船重量是一项非同于常规船舶的一项艰巨且关键的任务。

3.半潜船空船重量控制分析

空船重量重心的控制关系到半潜船设计、建造的成败。半潜船设计时必须就空船重量对半潜船安全装载和作业能力等方面进行全面的分析与评估，制定空船重量重心的控制措施和指标。空船重量重心控制的准确性和可靠性，可有力保证了半潜船载重量和下潜作业设计目的的顺利实现。

3.1主船体结构重量的控制

根据半潜船的作业特点，其作业工况有：无限航区航行、半潜作业和甲板上货（尾部或横向）三种工况，每种工况又有许多种不同的装载状态。全船骨架形式的确定必须综合考虑各工况及其不同状态对强度的要求。

3.1.1船体骨架形式的选取

半潜船的骨架形式选取必须结合船舶主尺度以及其功能定位和用途。考虑到抢险打捞和运营中重大型结构件尾部上货工况的情况（尾部上货比横向要求高，计算时考虑尾部上货工况），某5万吨半潜打捞船的主船体为双甲板、双底、单壳结构，主甲板，平台，纵壁（2道），舷侧和船底均采用纵骨架式，主要构件纵向连续构件自船舯向艏、艉尽可能延伸并保持连续贯通，以保证船舶有足够的总强度；同时又考虑到在打捞和运营中也存在横向上货的情况，故甲板承载货区沿船长方向每3个肋位（2400mm）设置横向强框架用于支撑纵向构件，全船设11道水密横舱壁，水密横舱壁扶强材垂向布置，以保证船体横向强度。

3.1.2中横剖面结构及材料

船体中横剖面是承受和传递船舶自身载荷、货物载荷、静水载荷和波浪载荷关键结构；是空船重量重心控制、获取较大剖面模数的主要方面；是提高船舶强度、确保半潜船功能（大装载能力和下潜）实施的重要环节。中横剖面上的结构件布置会直接影响到总体结构的合理性。以较简单的结构形式和较轻的结构重量，获取较大中剖面模数、传承船舶的静水弯矩和波浪弯矩，满足总纵强度的要求，是船体结构研究和设计的目标，是半潜船空船结构重量控制的关键。

为此，中横剖面设计应综合考虑载荷（静水弯矩和波浪弯矩）、骨架和骨材形式选取、材料选择等因素影响。5万吨半潜打捞船的结构主要构件尺寸通过多种途径对结构构件的尺寸及形式优化的结果为：

（1）主船体（包括艏楼、艉浮箱）采用AH36、DH36或EH36高强度钢，以尽量轻的钢料重量获取较大的剖面模数，使船体中横剖面的设计既满足总体性能对结构重量的控制要求，又保障该船的总强度以及局部强度，使该船的结构达到相对最优化。

（2）主甲板采用普通钢，且主甲板板厚在满足规范要求的基础上再加厚3mm，以适应打捞作业和重大件装缷载过程产生的磨损要求。

（3）对特殊构件作适当加强。

3.2艏楼及艉浮箱结构重量的控制

半潜船的特殊船型决定了半潜船的储备浮力主要是靠艏部的高艏楼及艉部的艉浮箱提供，合理设计半潜船的艏楼和艉浮箱是确保半潜船具有足够储备浮力的重要保障。必须注意到，艏、艉的外形尺寸及结构合理与否，不但关系到半潜船甲板有效作业长度及面积大小，还直接关系到半潜船的适货性（超长货物）及装载能力。另一方面，尽量控制艏、艉结构的重量亦是有效地控制船舶空船重量重心的关键因素之一。

艏、艉的外形尺寸小了，储备浮力不能达到规定的指标要求；艏、艉的外形尺寸大了，势必占用了主甲板的长度，降低了装载能力；艏、艉结构设计大了，则会增加空船重量及其重心高，降低半潜船的载货量及下潜过程的稳性。

合理有效设计半潜船的艏楼和艉浮箱，尽量控制其长度，是结构重量控制的一项关键的任务。某5万吨半潜打捞船艏楼外形尺度（长×高）：46.4m×38.7m（距主甲板），艉浮箱大小（长×宽×高）：14.4m×6.125m×17.4m（距主甲板）。

3.3建造过程空船重量控制的保障措施

空船重量及重心的控制除了在船舶设计上对船舶结构重量的控制高度重视外，还要在设备订货、船厂建造的全过程加以密切关注、实时跟踪。拟定半潜船重量重心控制目标，制定空船重量控制保障措施。可从如下几个方面着手：

（1）严格执行施工工艺，按图施工；

（2）建造过程中尽量减少结构尺寸、位置的改变，控制结构的增减及构件材料的代用；

（3）设备订货过程中严控装船设备重量的偏离及设备的增减，做好设备重量统计；

（4）船东监造人员、船厂相关管理人员在船舶建造全程，对空船重量实施定期通报，及时采取措施，纠正空船重量的偏离。确保船舶空船重量控制目标的实现。

4.结论

某5万吨半潜船倾斜试验结果证明，空船重量为27945.7t，相对详细设计差值445.7t，重心高度11.51m，相对差值-0.052m（降低），均位于预先设定的合理变化范围之内。主要考核技术指标如载重量、下潜起浮能力、航速、DP动力定位性能、振动噪音等，经实船试验或测试，均达到或超过设计任务书的要求。

该船通过多种途径对结构构件尺寸和形式的优化，合理使用高强度钢，严控设备订货、建造全程材料替代数量等一系列措施，从而保障了空船重量重心的主要因素在可控的范围之内。