李成育

（上海振华重工（集团）股份有限公司海工船舶事业部，上海 200125）

1 前言

随着海工船舶逐步向深水发展，特别是起重铺管船的整体性能要求的逐步提高。出于船舶装载和作业工况装载的多元化的考虑，加上船舶人数的增多，此类大型海工船舶的人数超过240人后，需要按照客船标准，并需要满足安全返港（SRtP）的要求。基于振华重工建造交付的“德合”起重铺管船和4500吨大型抢险打捞起重船（预留S型铺管，可拓展J型铺管、R型铺管、深水安装等功能）作业工况和船舶应急响系统应（ERS），浅析海工船舶的装载及稳性计算机的配置选型。

2 基本原则和概念介绍

2.1 装载及稳性计算机

船舶在运营期间，一般分为装货、运输、卸货三个阶段。操作期间必须保证船舶有足够的稳性、强度以及浮态。为此，之前船舶的驾驶员在制定装载计划、卸货顺序时应对整个过程中，对照船舶的完工的装载手册进行收到校核船船各种状态，以确定配载计划及装卸货次序是否能够满足要求的稳性、强度要求，如不满足则需进行调整。这一过程每次装载时船舶驾驶员都必须做，且要花费大量的时间去查阅装载手册中的图表、曲线，计算过程也十分复杂。为了减少驾驶员的重复性劳动，同时也为了更加准确的计算船舶在某一装载状态下的稳性、强度、浮态，随着计算机技术在船舶上的应用就出现了装载计算机。

2.2 MSC.1/Circ.1532通函

IMO第96次海安会（MSC96）以MSC.1/Circ.1532 通函批准了《经修订的向客船船长提供关于安全返港的操作资料指南》，该通函旨在为SOLAS公约第II-1/8-1.3条的统一执行提供附加指导，并适用于2016年5月13日或以后建造的需要满足安全返港的客船。MSC.1/Circ.1532通函对向客船船长提供的用于安全返港的操作资料的岸基支持或船上稳性计算机提出了若干具体要求，包括稳性计算机系统的概况、系统输入数据的要求、稳性模拟应采用的算法以及输出数据的要求。稳性计算机应使用能够在任何真实进水事故后分析破损稳性的软件。软件能评估开启的水密门对稳性的影响，并能用于破损控制演习。稳性计算机能与岸基机构按照约定的方法双向交流结构损坏情况。岸基计算机在强度方面的功能应符合主管机关认可的船级社的要求。对于客滚船，软件应有估算甲板积水影响的算法。计算机的稳性方面应初次认可并定期测试。计算中可不考虑瞬时不对称进水和潮汐、流或波浪等作用引起的船舶移动，也可采用主管机关满意的等效方法提供给船长进水情况下的操作信息。

2.3 船舶应急服务(ERS)

船舶应急服务(ERS)是在船舶发生严重事故（搁浅、碰撞、爆炸和火灾等）时，为确保船舶安全,防止或尽量减少水域环境污染的影响而提供的一种技术服务。其核心技术包括破损后的浮性、破舱稳性、剩余强度、破损后的溢油量或进水量的分析、搁浅分析、破损后船舶完全沉没时间的预测等。

依照船东和岸上ERS服务机构预先签定的ERS协议，为申请应急服务的船舶在ERS数据库中建立三维模型，一旦船舶在营运中遇到紧急状况时，这个事先已建立在ERS系统中的船舶模型就能被调用。基于这个模型，ERS工程师可以对船舶进行一系列的事故分析，最终出具脱险方案。事故发生时，已加入ERS系统的船舶拨打一个特殊电话号呼叫应急服务。在收到海上发来的求救电话后，岸上的应急服务就会启动，将在岗受过专门培训的ERS工程师们迅速召集。ERS小组与船上的应急小组通过持续的联络交流信息、讨论方案。通常，一次ERS会最终总结成一份ERS报告，寄往船东并发送到事故船舶。ERS小组是船东在岸上的365天24小时待命的应急响应伙伴。作为一项商业服务，ERS目前都采用会员制年费收取方式。对船东而言，每年的小额付出，既可换来年终无休的专家服务，减少船舶营运中的风险，为船东们提前做好船舶的风险管理。

2.4 起重铺管船舶根据不同作业内容和工况对装载计算机选型配置的要求

（1）海洋大型起重机在吊重时，不同负载不同回转角度对船舶的稳性的影响，装载计算机需根据吊装作业工况，模拟配置吊重物（包括重吊旋转时）的全过程，在满足全船实时弯矩剪力以及稳性的要求下，分步骤分析压载水的调配过程。也需考虑货物掉落时稳性计算。（2）模拟铺管作业工况，通过对话框形式输入管材重量、张力载荷、导管架重量和导管架力矩，并分析当前工况的总纵强度和稳性。（3）如存在月池的话，月池的浮力计算（底门打开或者关闭）两种状态应当按照装载手册独立考虑。

3 装载计算机配置选型

在基于以上概念和内容的，不同类型船舶的装载及稳性计算机选型建议采取以下几类。

（1）普通散货船或其他货船：选择一套带船级社认证硬件的IACS UR L5 Type2装载计算机。

（2）普通油船或其他液货船，选择一套带船级社认可硬件的IACS UR L5 Type3装载计算机。

（3）小型海工船舶人数少于240人（非满足安全返港的要求）：选择两套IACS UR L5 Type3的装载计算机，需注意相关海工功能模块的选择。

（4）大型海工船舶人数多于240人（满足安全返港要求）或客滚船舶(满足安全返港)。①选择一套带船级社认证硬件的IACS UR L5 Type 4装载计算机和全ERS。②选择两套IACS UR L5 Type 4 装载计算机和简单的ERS支持。

4 以上所需的海工功能模块按需配置

大型海工船舶（客船标准）的配置

结合振华重工建造的“德合”起重铺管船和4500吨大型抢险打捞起重船着重介绍此类大型海工船舶（需满足客船标准和安全返港要求）的配置：

该两艘船舶主尺寸和功能基本相似。安装此类船舶的软件必须满足IMO和船级社的要求。是一种基于三维实体模型计算，进行船舶稳性和强度监控的装载软件。

4.1 基本规范要求

（1）此系统必须满足船级社以及国际海事组织规范；满足船级社最新规范要求，并提供船级社证书。（2）装载计算机软件应根据CCS规范中Loading computer(S.I.D)的详细要求进行软件送审并最终取得认可证书。（3）满足特种用途船舶安全规则（2008）及修正案(引用所有客船规则，安全返港相关要求)。（4）满足最新的IACS URL5 Type 3&4的要求。（5）满足海安会MSC.1/Circ.1400及MSC.1/Circ.1532的要求。

4.2 硬件和接口配置

硬件配置：

台式机HP 800 G3 SFFTWR电脑 2台

CPU New Pentium Dual Core G4400(3.3G/3M/2核)

4G(1×4G)DDR4内存

显示器：26寸包含台式固定支架 2台

A4的喷墨彩色打印机 2台

操作系统：Windows 7及以上

不间断电源 UPS（800VA） 2台

电源：220V，60Hz 2路主应急电源供电

接口配置：（1）实时连接液位遥测和吃水遥测。通讯协议Modbus RTU，接口形式为RS485；（2）水密门的状态由采集站 WDIC1 和WDIC2 分别通过RS485发送给装载电脑Load PC1 和 Load PC2；（3）在线功能：吃水、油舱、水舱的液位或舱容、干舱浸水信号、水密门状态（开或关）能同步进入计算。

4.3 主要功能

（1）根据提供的装载条件模拟假定的装载状态，包括：货舱装载状态，自重和风力作用计算。（2）分析当前装载状态下的总纵强度，比较许用弯距和剪力（结果可以图表形式体现出来）。（3）辅助压载水管理，自动计算海水比重变化对浮态和总纵强度等的影响。（4）载重常量（可在船上任何位置装载船舶常量）。（5）船体属性报告(比如,在报告中包括航行号，装货港口，卸货港口，船名，日期，装货及其它信息)。（6）根据提供的装载条件模拟假定的装载状态，包括：货舱装载状态，自重和风力作用等。（7）分析当前装载状态下的静水力特性及浮态（包括吃水，横纵倾值，排水量，载重量、GZ最大值、GZ范围、稳性消失角、进水浸没角、脱险通道浸没角和初稳性高等）。（8）自动计算艏艉柱和吃水标记处的吃水（艏，舯，艉）。（9）自动计算自由液面力矩的影响，装舱情况(对于货舱、压载舱、燃油舱及其他舱按照重量、体积、装载百分比、测深值、空高值和比重进行装载)。（10）基于货物分类的装载总结报告。（11）按照IMO 2008 IS CODE规范分析当前装载状态下的完整稳性。（12）吃水测量及报告、视线及盲区报告、生成当前装载状态下的各种计算报告。（13）保存和恢复装载状态文件、具有数据储存及打印功能。（14）超载示警(包含最小艏吃水报警)、显示横摇周期。（15）实时连接液位遥测，并从液位遥测获得舱容，实时计算完整稳性和总纵强度。（16）装载画面和装载总结、静水力参数及浮态。（17）完整稳性计算结果和风倾稳性计算结果、总纵强度计算。（18）横倾、纵倾、稳性、强度超限时自动示警。（19）甲板装载模块：系统能够实现甲板货物重量和重心的自由设置，并在甲板布置图上进行装载，可以自定义甲板货物形状，并用鼠标自由拖动货物，界面窗口可以实时显示总重量和重心，甲板货物的颜色可以按照货物属性来区分，而液货舱是按照不同装载的类别进行颜色区分，如燃油舱和压载水舱等。（20）货物重吊模块：可以选择重物，输入吊臂的角度，旋转角度等。可以手动模拟在使用吊机时吊重物（包括重吊旋转时）的全过程，在满足全船实时弯矩剪力以及稳性的要求下，分步骤分析压载水的调配过程。整个分析过程可以存储、导出装载工况，保存并打印模拟压载水调配全过程的报告。（21）模拟铺管作业工况，通过对话框形式输入管材重量、张力载荷、导管架重量和导管架力矩，并分析当前工况的总纵强度和稳性。（22）船上装载计算机能按照损失浮力法计算进水事故后船舶的剩余稳性。（23）具备与岸上应急响应服务双向通信能力，岸上应急响应服务能向船长提供破损后剩余强度信息。（24）船舶发生进水后能自动接收干舱浸水信号或手动设置破损舱室，并能提供扶正辅助决策计算。（25）装载情况、总纵强度、浮态和稳性计算结果打印（26）系统能够计算作用力矩如风力矩、救生艇释放力矩、货物移动力矩和乘客移动力矩。（27）具有使用相同的详细船体模型进行破损控制演习或评估进水事故中潜在破损和稳性情景的能力。这不应干扰船上计算机或岸基支持监测实际状况和向船长提供操作资料的能力。（28）系统在离线状态下可实现对客户自定义的工况进行预装载。

5 国内外三维全建模装载计算机的现状

我国2004年12月完成了由708所主编的《船舶配载计算系统设计要求》船舶行业标准，其目的是为统一船舶配载计算系统的设计要求，保证配载计算的正确、真实，提高配载作业的安全和效率，适应船舶建造、航运的需要而制定。

结合CCS规范的Load computer（S.I.D）符号和ERS符号要求，据了解，市场上可以做满足MSC.1-Cirsc 1532通函要求全三维建模装载计算机的软件提供商有：瑞典Kockum Sonics、国内供应商杰星（Cload）和挪威Kongsberg（Lodic）。杰星（Cload）提供一条客滚船供装载计算机，满足客船标准，入CCS船级，安全返港要求，软件功能界面见图示1。Kongsberg目前在为升级“12000T华升龙”提供装载计算机，满足客船标准，入CCS船级，虽然无安全返港要求，但取得了Load computer（S.I.D）符号。软件界面见图示2。

图1 CLoad 软件界面

6 结语

大型起重铺管船或大型海工船舶都是集多功能于一体，根据不同的选择工况和作业内容，选择合理配置的装载及稳性计算机，即能给船舶运营安全的提供有效的保证，也可节省成本。

对于需满足客船标准和安全返港要求的大型海工船舶，装载计算机的选择有以下两种建议：船东船队规模小，建议选择配置（1）；船东规模比较大，可以考虑配置（2）。

图2 Lodic软件界面

（1）船上配备完整的两套装载稳性计算机，按照要求配置传感器数据接口及手动输入和满足要求的计算方式（建模）软件；需要至少2个船员应胜任系统包括与岸基支持通信连接装置的操作，他们应能解释系统输出以向船长提供要求的操作资料；还应有与岸基支持双向通信连接的装置，以向船长提供破损后的结构剩余强度资料，或可结合船东申请的岸基支持一起办理服务（也可选择申请ERS符号）。按照此方法，即可申请CCS附加loading computer （S.I.D）符号。

（2）若船上不配置Type4稳性计算机，只是常规的装载计算机（硬件一样），选择按第 II-1/8-1.3.2条规定设有岸基支持时，应有在船舶证书有效期内随时提供岸基支持的合同。国内可以委托海事主管当局认可的单位办理ERS服务，签订合同建模设计软件，按照年费长期服务。