海洋工程駁船設計要點范文

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1海洋工程安裝駁船的設計特點

海洋安裝駁船一般為非自航，船體線型平直簡單，方形系數一般接近于1，在海上拖航過程中需要有拖輪拖帶。基于總縱強度考慮，駁船一般采用三或五道縱艙壁設計。由于頻繁且精細的壓載調節要求，以及破艙穩性考慮，會盡量多的設置船舶分艙。實際操作的時候可把這些艙細分為控潮艙和載荷轉移艙。另外由于海洋設施裝船及下水的需要，甲板上通常配置貫穿整個船長的甲板滑道，以及艉部用于導管架下水的下水搖臂。圖1為導管架下水駁船的示意圖，圖2為駁船運輸導管架時橫剖面示意圖。安裝駁船船體設計區別于其他運輸船舶的特點是裝載工況復雜。一艘用于導管架和組塊安裝的駁船在海上安裝工作中通常會存在以下特殊工況:①導管架/組塊裝船(LOAD－OUT);②海上長距離拖航(TOWING);③導管架下水(LAUNCHING);④大型整裝組塊浮拖(FLOAT－OVER)。隨著海洋設施大型化的要求，工程界建造了一些特殊形式的船舶，最典型的T型駁船，用以滿足海洋工程上部組塊的浮拖安裝要求。其基本出發點是減小艏部船寬以減小對導管架上部槽口的寬度要求，而減小船寬導致的水線面面積損失則通過加寬船舶艉部來改善。典型的T型駁如中海油工程公司的海洋石油229駁船，見圖3。

2海洋工程安裝操作規范

海洋結構物安裝是海洋工程開發項目中風險程度最高，投資比重最大的一項工作。國際保險業對該項工作一般需要從事海事保險的第三方機構對海上安裝工作從設計到實施階段進行全面的監控，而海洋工程安裝對安裝船舶的特殊要求也被包含在相關的規范標準中，用以指導海上安裝的規劃以及實施。國際上最常用的是海上操作(marineopera-tion)指導規則有DNV的VMO以及NobelDen-tonGuideline規范標準。這些規范標準對相應海上操作中的駁船的性能提出明確細致的要求，而這些標準要求大部分沒有被入級規范涵蓋。

3船舶穩性要求

相對一般船舶入籍規范，對于海上安裝操作，船舶的穩性要求的氣象衡準計算不同。對于完整穩性的一般要求是復原力矩曲線下面積應不小于1．4倍風傾力矩曲線下的面積，見圖4。其穩性衡準要求可以用(A+B)＞1．4(B+C)表示。其A，B，C分別表示曲線中各區域的面積。而破艙穩性的穩性衡準要求則可放寬為(A+B)＞(B+C)，見圖5。除上述作業衡準與入級規范的區別外，真正限制駁船穩性設計的是對作業工況的細致考慮。下面將從幾個主要特殊工況來說明。3．1導管架下水導管架下水是一個連續的動態過程，一般穩性計算需要細分多個步驟。由于駁船設計初期難以得到詳細的導管架信息，這時候需要假設導管架的一些基本參數，如重量、重心位置、側面幾何尺寸等。導管架在駁船上的狀態一般如圖6所示，根據經驗，大型導管架的樁腿斜率多為1∶6至1∶8，頂部側面尺寸一般不超過30m，而重心位置L2多數情況下沿導管架中心線約(1/2～2/5)×L1。導管架為桁架結構，在計算風傾彎距時在實體面積基礎上做適當折減。對于導管架安裝工作，最不利的浮態除運輸狀態外，應該是在下水過程中的搖臂翻轉工況，見圖7。此時駁船成較大艉傾(一般6°～8°)，水線面面積最小。計算時需考慮導管架作用于搖臂上的導管架凈重量的影響。如果沒有實際例子，可采用70%導管架干重模擬搖臂總的支反力。3．2導管架或組塊裝船，以及組塊浮拖導管架或組塊裝船操作則是另外一個連續過程，過程中必須保證船上滑道與陸地滑道平齊。而整個操作時間往往比較長，通常會超過20h，這樣帶來的問題是潮水變化對船舶浮態的影響，如低平潮時，會導致船舶吃水相對較小，影響船舶穩性，見圖8。而組塊浮拖上船時的挑戰則是吃水太深，導致干舷不足。

4船體結構設計要求

同常規大型船舶一樣，大型的運輸駁船船體設計主要考慮其總縱強度。由于駁船貫穿縱艙壁較多，因此一般能夠提供較大的剖面模數，還能保證較大的剖面抗剪能力。不過安裝駁船的設計需要著重考慮的是船舶的操作工況。例如，導管架下水駁船，其最不利工況一般發生在設計噸位的導管架滑移下水時的搖臂轉動瞬間，見圖9，此時駁船艏部出水導致浮力大幅減小，而艉部則承受集中力作用，使得船中承受較大的總縱彎距，同時艉部承受極大的剖面剪力，見圖10。不過此時船舶的受力情況非常復雜，包括船舶自重，船體浮力，搖臂支點處集中力等。另外，在整個過程中船體還會受到包括船舶運動引起的附連水質量在內的旋轉慣性力作用，以及由于向前速度引起的水的拖曳力(或者阻尼)作用。除總縱強度外，由于駁船船寬一般較大，其橫向強度也需要謹慎對待。船體橫向能力是由強肋骨框架保證，所以可以選取典型的船體強肋骨框架，配合典型的壓載工況，甲板裝載工況，采用類似總縱強度的方法計算，即選取波長等于船寬的波浪考慮類似中拱中垂的影響來模擬浮力的影響。而甲板裝載情況則需要根據承載能力圖表細致考慮。一般駁船的橫向甲板載荷分布情況分為兩大類:①甲板均布載荷;②滑道對稱集中載荷。而對于異型船舶(如T型)可能還要考慮扭轉的影響，特別是運輸大型平臺組塊時，如果組塊安放于駁船窄船體甲板時，這種扭轉效應相對明顯。這時需要采用全船有限元分析的方法來評估扭轉對船體變剖面段的影響。此外，由于船舯剖面變化劇烈，往往需要用詳細的有限元分析來確定剖面過渡區甲板，舷側以及底部船體結構的應力集中情況，通常需要在過渡區域采用厚板加強，有的設計甚至采用120mm鋼材對該區域進行加強。關于船舶的局部強度，需要考慮如下因素。1)甲板局部承載能力。2)導管架下水時船體艉部入水時靜水壓力對船體艉部結構的影響。3)船體艉部搖臂軸套支撐結構的強度。4)艏部船體底部拍擊的影響(SLAMMING)。其中，通過分析甲板典型結構，節點的局部強度，可以確定船舶甲板許用載荷分布，用以定義甲板典型位置能夠承受的集中或均布載荷情況。典型的載荷能力分布如下。1)甲板均布載荷。2)縱壁頂集中載荷。3)縱橫艙壁十字交叉點集中載荷能力。4)滑道不同位置處強橫梁局部能力。

5系泊系統能力的考慮

船舶配置的系泊設備，主要是舷側帶纜樁。其最主要的作用為設施縱向裝船時作為定位系統控制船舶位置。此時為控制船舶的水平移動，一般會設置左右對稱的錨泊系統將船舶固定在陸地錨固點，以抵御船舶橫向受到風和流的影響。而對于大型設施裝船，往往要求的系柱力會很大，一般會大于600kN，如果考慮1．2倍的安全系數，側會需要配置800kN左右的帶纜樁。關于導管架或組塊上船過程中對于船舶系泊系統的模擬計算，需要注意的是船舶艉部與碼頭接觸點的邊界模擬。考慮到接觸點只能承受船長方向的壓力，而不足以抵抗側向載荷，所有的側向載荷都由錨纜來承擔。尤其是艉部最靠近碼頭的錨纜擔負控制船艉側向位移的作用，見圖11。

6壓載系統的要求

對于壓載系統比較敏感的海上安裝操作一般涉及載荷轉移，如陸地裝船，海上設施過駁操作，組塊海上浮拖作業等。這些作業都要求排壓載系統提供足夠的安全冗余度，一般為150%～200%。故船舶壓載系統設計需要提供足夠的排壓載能力，可參考相關的海洋工程海上操作規范。當然，在實際的項目中，大多數情況下，其排壓載能力需要加裝額外的獨立外壓載系統來保證。

7結束語

本文主要關注海洋工程駁船的設計特點以及使用要求，結合相關海洋工程規范的規定，總結海洋安裝駁船的基本設計特點，建議設計者除常規設計思路外，應該更多關注實際船舶應用的特殊性。繼而保證船舶服務于真實項目時，能夠真正滿足使用的需要，減少在未來使用中不必要的改造以及相關的詳細評估。

作者：王曉芳汪東明單位：中國船級社審圖中心上海外高橋造船有限公司