金燕子，刘 禹

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

45000dwt集装箱滚装船总体设计

金燕子，刘 禹

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

集装箱滚装船作为一种新型复合型多用途船，兼具集装箱船和滚装船的特点，同时也有与这2种船型不同的设计布置特点和难点。对此，从该型船设计最核心的滚装区域和集装箱区域功能总体规划布置、完整稳性和破损稳性计算及通风降噪设计等方面出发，阐述G4型集装箱滚装船的总体设计要点。该船型设计为同类船型、其他类型滚装船或小车-卡车专用船（Pure Car-Truck Carrier，PCTC）及军民两用运输舰船的应用提供了设计范例。

集装箱滚装船；总体设计；完整稳性及破舱稳性；通风降噪

0 引 言

集装箱滚装船是一种集集装箱船功能和滚装船功能于一体的复合型多用途船，兼具集装箱船和滚装船的特点。其除了能装载集装箱和滚装货物外，还可装载飞机部件、大型变压器、纸卷及大型机械零件等指定的特种货物。其技术含量和附加值也远在集装箱船和滚装船之上。

目前集装箱船或滚装船设计建造在国内已进入量化的产品成熟期，但集装箱滚装船对于国内船舶设计制造业来说尚属于全新的船型，在技术上对其进行把握还存在较大的难度。

沪东中华造船（集团）有限公司结合瑞典大西洋货柜航运公司（ACL）的营运需求，开发设计了G4型45000dwt集装箱滚装船，通过对滚装区域功能和集装箱区域功能进行创新性的总体规划布置，使得滚装货物装载量及集装箱装载量分别比尺度相近的G3型集装箱滚装船提升了50%和100%，实现了经济性与安全、节能环保性的更佳结合。

1 船型概况

1.1 船型特点

该船为单机单桨、低速柴油机驱动轴带发电机推进、直艏柱无球艏线型船；配备有高效节能的舵桨一体化推进系统和满足MARPOL第三阶段要求的脱硫洗涤塔；采用变频节能控制系统的主冷却海水泵组及主风机、业界领先的轴带发电机与柴油发电机长期并网设计和高集成化的船舶自动化系统等先进设计；此外还配置有压载水处理系统和垃圾处理系统等，满足意大利船级社（RINA）“GREEN PLUS”绿色环保船级符号。

该船还配备有世界上最先进、操控最复杂的滚装设备，包括1套艉跳板、1扇艉门、2部活动坡道及1部活动坡道盖、2扇大型水密门、2扇大型防火门、4层汽车活动甲板、2扇引水员舷门和2扇加油站舷门。

该船船中为滚装区域，共11层甲板，分为7层固定甲板和4层活动汽车甲板；滚装货舱可装载11种不同类型的车辆，如轿车、拖车、铲车及超重平板车（240t）等，最大装载车辆长度能达到35m，干舷甲板下三甲板上最大载车高度达到 7.45m，装载面积达到28900m2，1～3甲板还可装载739TEU集装箱。滚装区域前后共设有5个集装箱货舱，采用大开口、无舱盖、无绑扎、超高连续导轨架设计；另在露天甲板上设有3个标箱的堆箱位和6个40ft（1ft=0.3048m）的标箱位，集装箱装载量达到3807TEU（见图1）。

1.2 主尺度及要素

该船的主尺度及要素见表1。

表1 主尺度及要素

1.3 船级与规范规则

该船入级RINA，要求满足在2010—2015年其间已经生效或发布的有生效日期的所有法规和修正案，挂英国旗，需满足英国海事与海岸警卫署（Maritime Coastguard Agency，MCA）和美国海岸警卫队（United States Coast Guard，USCG）的相关要求。

船级符号：RINA C✠ CONTAINER SHIP， RO-RO CARGO SHIP， AUT-UMS， ICE CLASS IC，STAR-HULL， GREEN PLUS， MON-SHAFT， PM。

2 滚装区域和集装箱区域功能总体规划布置

常规集装箱滚装船仅考虑将集装箱布置在主甲板上，主船体区域全部为滚装区域。由于该类船型的稳性较差，因此通常需要额外装载大量的压载水来达到预定的装载能力。该项目创新性地提出在主船体滚装区域设置集装箱箱位，通过在舱内装载集装箱重货使船舶重心降低，有效减少船舶在满载航行工况下的压载水量，提高甲板上集装箱的装载层数。同时，考虑到使滚装区域的装载面积最大化，根据货物性质设置活动甲板，并将1～4层甲板间的舷侧双壳船体结构的空间压缩到极限；考虑到不在滚装区域布置独立风管，利用双壳结构做风道，最大程度上增加滚装区域装载面积。在使载货量最大化的基础上确定主船体滚装区域和上层建筑居中、集装箱区域位于艏艉的布置方案。图2为45000dwt集装箱滚装船货物区域布置模拟图，该方案与相似尺度的 G3型集装箱滚装船相比，集装箱装载量和滚装货装载能力分别提升了 100%及50%，极大地提升了船舶的运营效益。

图2 45000dwt集装箱滚装船货物区域布置模拟图

2.1 滚装区域的布置和设计

按照总体设计思路，主要将滚装区域划分为3甲板艉部区域和船中滚装货主要装载区域2个部分，其中：3甲板艉部区域由艉跳板进入，分别设置上行去往4甲板装载区域的坡道和下行去往2甲板装载区域的坡道；船中滚装货主要装载区域为7层固定甲板和4层活动甲板，除最底层的1甲板和最上层的7甲板之外，其余每层甲板都在左右舷设有上行和下行的坡道，且从3甲板开始还设置有4层专门用于装载汽车的活动甲板（3A，4A，5A，6A）。总共11层滚装甲板构成的滚装区域装载面积共计28900m2。在确定了滚装区域整体划分之后，根据典型车辆类型，确定均布载荷及车辆装载布置见表2。

表2 滚装货物载荷及车辆装载布置

在设计滚装区域的过程中，车辆通道的布置既是一个关键点，也是一个难点。3甲板艉部区域是坡道布置的集中区域，需要在给机舱留有足够空间的前提下布置出可供车辆上下通行的2条坡道和连通3甲板滚装主要装货区域的1条车辆通道；同时，还需给通过跳板上船的车辆留有足够的转弯及上下坡道与甲板连接处的缓冲区域。在分析典型车辆的尺寸、转弯半径及坡道的倾斜角度与长度对车辆上下行的影响等因素之后，在最大限度地利用空间的前提下完成有限空间内多条通道的布置（见图3）。

2.2 滚装区域装载集装箱和大件货物的综合布置

该船将滚装区域设置在船中，将集装箱区域设置在滚装区域的前后，其中：滚装区域向艏部方向共设置有4个集装箱货舱（1～4号货舱）和位于露天甲板的2个集装箱bay；滚装区域向艉部方向设置有1个集装箱货舱（5号货舱）和位于露天甲板的7个集装箱bay。

由于整个滚装区域由艉跳板进入，需经过机舱区域和5号货舱区域，因此集装箱区域和滚装区域的接口主要分布在位于艉部的5号集装箱货舱区域和露天甲板区域。该区域的布置原则是，在保证滚装区域通道正常功能的前提下，利用通道占用空间以外的其他空间布置集装箱货舱和甲板上的集装箱装载区域。由于从3甲板到4甲板的坡道顶高出4甲板（主甲板）一定高度，因此位于4甲板的集装箱区域有一部分集装箱装载位置是布置在坡道顶以上的。

图3 通道集中区域平面示意

为了使滚装区域装载多样化、集装箱装载最大化，在布置滚装区域时还考虑将集装箱直接堆放在滚装甲板上的装载情况，在滚装区域1甲板、2甲板和3甲板上共布置有739个TEU箱位。

根据指定的货物尺寸和质量对滚装区域3甲板进行特殊的绑扎布置，以装载大型特殊货物和大型重货。例如，可装载发动机、游艇、军用设备、散杂货、托盘装运货物、钢板、卷钢及卷纸等，最大可停放35m长的特种车辆，甚至可装载大型商用飞机的机身分段。

2.3 集装箱货舱的划分及集装箱的装载布置

该船的集装箱货舱区域与常规集装箱船的货舱区域有所不同，主要是根据40ft的高箱布置的，仅预留3个bay用于装载20ft的高箱（见图4）。

图4 集装箱货舱划分示意

集装箱区域作为该船的一个主要载货区域，共分为位于艏部的 1～4号集装箱货舱、位于艉部的5号集装箱货舱及全船范围内的位于甲板上的9个集装箱bay，共计18个bay，可提供3807个TEU箱位。集装箱区域布置的一个重大创新点是全船集装箱无绑扎设计，甲板上可堆装 7层集装箱，堆重可达 210t。集装箱舱内、舱外的导轨架设计为连续超高型，主甲板以上采用导轨桥结构形式，与货舱的横隔舱同宽，从而保持导轨架上下连续。该导轨桥作为集装箱固定及支撑结构，实现了全船集装箱无绑扎设计，极大地提高了装卸货效率，提升了该船的运营效益（见图5）。

图5 无绑扎的超高导轨桥

3 完整稳性与破损稳性计算

该船货舱区具有集装箱货舱大开口、无舱盖及滚装货舱舱容全通体积大、装载货物品种多、分舱复杂等特点。该类船的完整稳性除了满足船级社对一般货船的要求之外，还需要满足 MSC/Circ.608 对敞口型船舶的破损稳性和完整稳性的相关要求［1］。破损稳性由于结构及分舱的复杂性和多样性，使得计算及分析工况极其复杂。该船主船体滚装区域设置有集装箱箱位，因此可通过在舱内装载集装箱重货来降低船舶重心，完整稳性较好，在结构吃水下的压载水量仅占载重量的10.8%，可实现超高载货量的满载出港［2］。

3.1 货舱大开口形式的完整稳性计算

由于该船具有独特的货舱内集装箱与滚装货组合布置模式，因此常规典型装载工况下的完整稳性较好。通过研究MSC/Circ.608对大开口敞口型船完整稳性的要求可知：

1） 完整稳性需满足2008 IS CODE［3］对所有船型的要求；

2） 若货舱装有排水口，则需考虑排水口关闭情况下的进水角；

3） 在大开口敞口货舱完全浸满水的情况下（货舱渗透率按 0.7计算），稳性计算结果应满足生存概率为1的要求；

4） 需计算货舱进水状态的中间状态。

经与RINA探讨和协商，大开口敞口型船的完整稳性计算分成以下2部分：

（1） 第一部分为常规稳性计算，即典型装载工况计算，不包含货舱进水；

（2） 第二部分为大开口敞口稳性计算，需考虑货舱进水，进水包含雨水和海水。

上述2部分中，第二部分的计算较为复杂，计算工况包括在初步装载计算9个工况基础上加载货舱进满水的所有31种组合的共计279个工况，不论是数量上还是要求上都与其他船型有很大差别。

按照MSC/Circ.608的要求，还需考虑全部货舱进满水（渗透率为0.7）的计算工况，包括中间状态，即全部货舱进满水33%，66%和100%等3个工况。

针对以上2部分的所有工况，通过NAPA建模计算，得出完整稳性满足规范要求。上述2部分工况中：第一部分工况的计算结果在满足2008 IS CODE规定的稳性衡准的同时也满足破损稳性计算得出的最小稳心高度曲线；第二部分工况的计算依照《国际海上人命安全公约》（SOLAS）中规定的生存概率的计算方法，得出的生存概率均为1，满足要求。

3.2 集装箱滚装船分舱划分研究及破损稳性计算

集装箱滚装船的破损稳性计算需按照SOLAS关于概率论破损稳性计算的规定进行，根据该船集装箱货舱大开口和滚装货舱舱容全通体积大的特点，为了使破损稳性满足规范要求，采取以下细化的分舱方式来增加生存概率［4］：

1） 在干舷甲板以下设置双壳；

2） 在艏部集装箱区域4对压载舱的顶部和干舷甲板之前布置4对空舱；

3） 在滚装区域和艉部集装箱货舱的底部布置6对压载舱；

4） 在滚装区域及其艉部区域的双壳内布置上下2层空舱共计16对空舱；

5） 将滚装区域干舷甲板以下部分分成3个水密区域，分别是进入3甲板的艉门与2个大型水密门分隔的3甲板艉部区域、1甲板与3甲板之间的区域及3甲板与4甲板之间的区域。

根据最初确定的船舶总布置，45000dwt集装箱滚装船为左右不对称布置，在计算破损稳性时将左舷破损和右舷破损分开考虑。考虑左舷破损时，全船共划分为29个ZONE计算；考虑右舷破损时，全船共划分为36个ZONE计算，计算到10个ZONE的组合。对左舷和右舷破损各计算出一个分舱指数A值，再取两者的均数与要求的R值对比。

该船的空舱区域设置有8个横贯进水装置，用以连通左右舷的空舱，以增加破损后的生存能力。图6为横贯进水连通装置，设置该装置后，达到的分舱指数可提高近10%。

图6 横贯进水连通装置

该船左右舷破损工况共计算了约30000个，与常规集装箱船的3000多个计算工况相比计算量多出10倍。通过计算得出表3的结果，达到的分舱指数大于要求的分舱指数，满足SOLAS的要求。

表3 破舱稳性计算结果

4 通风降噪设计

滚装区域的通风量大，装卸货时换气次数≥25次/h，同时要考虑滚装区域装载容量的最大化及完整性，以达到设计及营运最经济的目标。此外，该船机舱集控室、机修间、露天甲板出风口及上层建筑区域处的货舱出风口的噪声控制标准要比国际海事组织海上安全委员会（Maritime Safety Committee，MSC）MSC.337（91）通过的船上噪声水平规则［5］还要低5dB，这大大增加了通风系统设计布置的难度。

该船滚装区域的通风设计采用GROUP理念，将滚装区域通风按通往各层甲板（1～7层甲板）的水密分隔划分成 5个 GROUP；同时，考虑到不在滚装区布置独立风管，利用船体的双壳结构做风道，最大程度增加滚装区域的装载面积。滚装区域通风均采用结构风管，出风口布置在每层甲板上，并运用噪声理论预报分析结果布置核准出风口位置。根据每层甲板所需风量，考虑噪声控制的要求，确认59台风机的设计方案并将其做成风机单元，采用上部消音罩（HOOD）+风机+消音风阀的模式来有效降低风机产生的噪声对舱室的影响（见图7），同时也满足规范、规则、规格书的设计要求。

图7 具备消音功能的风机单元

5 结 语

在当前世界航运市场不景气的大环境下，集装箱滚装船既能装载集装箱和多种车辆，又可载运超大件货物，其装载的多样性及灵便性为船东提供了极富弹性的运营模式，增强了航运公司的“抗寒”能力。

45000dwt集装箱滚装船首制船于2015年10月顺利交付营运，该船的成功研制填补了我国集装箱滚装船设计建造领域的空白，拓展了我国自主设计建造高技术、高附加值船型的种类，进一步增强了市场竞争力，符合我国船舶制造业的长远发展规划。同时，其设计理念还可拓展应用到其他类型滚装船、小车-卡车专用船（Pure Car-Truck Carrier，PCTC）及军民两用的运输舰船上，具有良好的经济和社会效益。

［1］ IMO. Interim guidelines for open-top container ships： MSC/Circ.608［S］. 2012.

［2］ 张敏健. 中大型汽车滚装船设计［J］. 上海造船，2010 （3）： 22-26.

［3］ IMO. International code on intact stability： IB874E［S］. 2008.

［4］ 中国船舶工业总公司. 船舶设计实用手册-总体分册［M］. 北京：国防工业出版社，1998.

［5］ IMO. Adoption of the code on noise levels on board ships： MSC. 337（91）［S］. 2012.

General Design of 45000dwt Container Ro-Ro Ship

JIN Yan-zi，LIU Yu
（Hudong-zhonghua shipbuilding （Group） Co.， Ltd.， Shanghai 200129， China）

As a new type of multi-purpose ship， Con-Ro Ship is not only integrated with the characteristics and advantages of container ship and Ro-Ro ship， but also poses unique challenges to the design and layout which are different from the two ship types. To elaborate the general design requirement on G4 type Con-Ro ship， this paper describes the core design of the Con-Ro ship in the aspects of the general layout of both the ro-ro area and container area，the calculation of intact stability and damage stability， the design of ventilation and noise-reduction， etc. The design of this ship type provides design reference for the similar ships such as Ro-Ro Ship， Pure Car Truck Carrier （PCTC） and military-civil transportation vessels.

Con-Ro ship； general design； intact and damage stability； ventilation and noise-reduction

U674.13+8.02

A

2095-4069 （2016） 05-0026-06

10.14056/j.cnki.naoe.2016.05.005

2016-07-27

工信部高技术船舶科研项目（工信部联装［2012］534号）

金燕子，女，硕士，研究员级高级工程师，1969年生。1991年毕业于上海交通大学船舶工程专业，现从事船舶设计工作。