巴拿马型散货船装载集装箱方案的研究

巴拿马型散货船装载集装箱方案的研究

王超

大连中远海运川崎船舶工程有限公司辽宁省大连市116023

[摘要] 近期集装箱运输市场持续升温，越来越多的船东愿意改造散货船，以便运载集装箱，以便增加盈利。本文研究在原有散货船主体结构不变情况下，通过研究转载集装箱的设计方案，达到变更小、成本低的集装箱装载设计方案。

[关键词] 散货船；集装箱；卡尔萨姆型；

一、引言：

近期集装箱运输市场持续升温，某船东有在巴拿马型上装载集装箱的需求。为满足船东在散货船舱盖、上甲板和货舱装载集装箱的需求，同时作为解决相关问题的技术方案储备，开展巴拿马型集装箱装载方案研究。

二、散货船集装箱装载问题点

2.1 如何符合规范的规定与限制；

2.2 如何保证对原有设计的变更最小。

2.3 是否会对系泊缆绳破断力、系泊金物强度和缆机刹车力产生较大影响；

2.4 如何在保证集装箱稳固的前提下，尽可能地简化装载固定方式，并考虑其对装载其他货物的影响；

三、规范调查

3.1 CSS CODE ANNEX 1 对散货船甲板和舱盖上的集装箱装载的规定与建议

3.1.1甲板或舱盖上的集装箱最好沿纵向布置。

3.1.2 集装箱的堆放和系固应为船员的正常操作留出安全通道。

3.1.3 堆放高度为2层或2层以上，最底层箱的底部角件应固定在永久性基座上。箱与箱之间应用钮锁或堆锥进行连接，顶部用桥锁或张紧器进行横向固定。

3.2 船级规范要求确认

船级规范要求为：上甲板集装箱装载区域周围、舱盖上面和舱盖周围的区域都应是工作区域和安全通道，应确保通行区域的最小净空高度不小于2m，宽度不小于600mm。为保护人员安全和减小对装载其他散货的影响，在舱盖四周应设置便携栏杆。

四、设计研究

4.1集装箱装载对系泊缆绳破断力、系泊金物强度和缆机刹车力的影响

散货船装载集装箱后，系泊布置所涉及到的全船侧投影面积A1可能会发生变化。经综合设计确认，甲板、舱盖装载集装箱时，A1的计算吃水选取的是夏季吃水，而不装载集装箱时A1的计算吃水选取压载吃水。经比较两种条件下的侧投影面积，发现压载条件下侧投影面积较大（原始A1值），因此依旧按照原A1值考虑相关内容。

故集装箱装载对现有的系泊缆绳破断力、系泊金物强度和缆机刹车力无影响。

4.2集装箱装载方案初步研究

根据CSS CODE ANNEX 1中的建议，本船的集装箱沿纵向布置。

标箱装载层数、排数和列数研究：

条件一：甲板和舱盖上集装箱装载高度不应高于驾驶室的视野下限，如下图所示。

条件二：船级规范限制，集装箱周围需要留出工作区域和安全通道，且需在舱盖四周设置便携栏杆底座。本船设置的底座形式与舱盖上可拆栏杆通用，装载集装箱时临时安装栏杆。

4.2.1舱盖

1. 基于现有舱盖尺寸，不额外增加操作平台，且需为通行、操作留出空间，所以无法满铺集装箱。

2. 依据船级规范，舱盖四周的栏杆布置方案如下图所示。

3. 根据舱盖、20尺标箱尺寸大小进行集装箱布置：

No.4舱盖作为直升机降落平台使用，在现有设计下无法安装集装箱箱脚：

1. 若直接在No.4舱盖上放置集装箱，需向船级社和船级国申请豁免直升机降落。此设计厂家未曾使用过，预期会产生费用，故不采用此方案。

2. 若将舱盖顶板做平，同时采用埋入式箱脚。但此设计变更量非常大，也会导致船厂舱口围强度变更，故不采用此方案。

3. 若不考虑在No.4舱盖上装载集装箱，保留原设计，虽然集装箱装载数变少，但是对于船厂来说，此方案变更最小，故采用此方案。

①层数：为满足舱盖强度要求和保证驾驶室人员的视野通畅，No.1/2舱盖上布置1层20尺标箱，No.3/5~7舱盖上布置2层20尺标箱。

②排数、列数：No.1~3/5~7舱盖上布置2排4列20尺标箱，或1排4列40尺标箱。

4.2.2甲板

综合设计基于规范对航行视野的要求、避开舾装品干涉、尽量利用原有甲板结构、考虑通行空间和最大化装箱数等条件，初步设计出如下甲板集装箱布置方案，甲板上的集装箱装载只布置在S侧。

4.2.3货舱

综合设计基于货舱尺寸、舱口大小（方便调运）、尽量利用原有底板结构和最大化装箱数等条件，初步设计出如下货舱集装箱布置方案。本船采用突出式箱脚，所以在装载其他散货时，要将其割除，保证底板无突出物。

经舱盖厂家确认，是否设置绑扎，仅会影响堆重，对集装箱装载的层数没有影响。故根据货舱的高度（20.5m），最多可以堆放7层集装箱。

4.3集装箱装载各区划结构强度研究

根据上述确定的各区划布置方案，进行结构强度的研究与校核。

4.3.1舱盖和舱口围强度研究

基于结构最小变更的目标，舱盖集装箱堆重主要需要满足以下几个限定条件：

①确保主结构不因集装箱装载而变更，仅局部增加补强。

②确保结构重量增加后，对舱盖驱动系统无影响。

③确保舱口围受力不因装载集装箱而增大，保持舱口围结构不变。

在以上限定条件下，厂家按照NK和HCSR规范要求计算得到的数据如下所示：

a.No.1 & No.2 舱盖，堆1层集装箱，20ft堆重24t，40ft堆重30.5t。

b.No.3/5~7 舱盖，堆2层集装箱，20ft堆重17.5t，40ft堆重30.5t。

散货船舱盖和舱口围的强度设计主要基于舱盖的上浪载荷。规范要求，在装载集装箱后，还应考虑集装箱载荷，并分别计算这两个数据，在强度校核时取其中较大值。

厂家按照上述方案和规范要求，计算得到上浪载荷较大，依旧需要使用上浪载荷校核强度，即舱盖和舱口围强度设计的基础条件没变。

综上所述，得到的结论如下所示：

1. 对于舱口围：所有的横向、纵向限位受力不变，支撑块受力不增加，即舱口围受力不因装载集装箱而增大，故舱口围结构保持不变；

2. No.1舱盖：需在箱脚下增加一道横梁。

3. No.2/3/5~7舱盖：需将目前的两道横梁移动约60mm，到箱脚正下方。

d.需要在舱盖上焊接用于固定集装箱的焊脚，并对箱脚局部加强。

4.3.2 甲板强度研究

根据综合提供的数据与布置方案，舱盖厂家按照正常装载集装箱时计算的堆重和受力情况如下表所示：

经确认，此方案中甲板上的箱脚处压力过大，大于甲板相关区划的最大结构强度，最终决定由结构设计根据各处甲板强度来确认最终堆重和装载方案。

4.3.3 货舱强度研究

货舱内集装箱的堆重主要取决于货舱底板的强度，根据结构设计提供的各舱所能承受的最大箱脚集中载荷，以尽可能多的装载满箱为目标，反推堆重。通过厂家的计算数据和从尽可能多地装满集装箱的角度考虑，货舱内最多可以装载4层集装箱。40ft双绑下的堆重比不绑扎多出10t左右，不足一层标箱的堆重。通过双绑扎带来的堆重提升并不明显，同时考虑到操作的便利性，故采用20ft和40ft都不绑扎的固定方式。

综上，最终得到的具体装载层数与堆重如下表所示：

4.4 集装箱固定方式

通过上述强度的分析和与舱盖厂家、绑扎件厂家的确认，由于装载集装箱层数较低，堆重较小，所以只需要全自动钮锁+突出式箱脚的组合即可固定，不需要考虑对装载的集装箱进行绑扎，无需横向连接。

4.5安全通道与工作区域示意图

舱盖、甲板和货舱的安全通道和工作区域的宽度均设置为600mm，满足NK规范的要求。下图中蓝色部分为工作区域，绿色部分为安全通道，工作区域可兼做安全通道。

五、研究结果

5.1 舱盖集装箱装载布置方案

No.1/2舱盖装载1层4列2排20尺标箱。

No.3/5~7舱盖上装载2层4列2排20尺标箱。

No.4舱盖不装载集装箱。

最终舱盖方案最多可装载80个20尺标箱。

5.2甲板上集装箱装载方案

No.1舱盖S侧甲板装载2层1排1列20尺标箱。

No.2舱盖S侧甲板装载2层2排2列20尺标箱。

No.3~5舱盖S侧甲板装载3层2排2列20尺标箱。

No.6/7舱盖S侧甲板装载3层2排1列20尺标箱。

最终甲板方案最多可装载55个20尺标箱。

5.3货舱内集装箱装载方案

No.1货舱装载4层2排5列20尺标箱。

No.2~7货舱装载4层2排6列20尺标箱。

最终货舱方案最多可装载320个20尺标箱

本船集装箱装载方案最多可以装载共455个20尺标箱。

六、结语

此次通过集装箱装载方案的课题研究，积累了宝贵的经验和较为成熟的方案，填补了该领域方案的空白，也为后续解决船东提出的相关类似问题提供了很好的样本。

参考文献：

[1] MSC.1_Circ.1352_ANNEX-CSS Code,2010

[2] NK集装箱装载及紧固布置指南,2009

[3] ABS集装箱绑扎指南,2012