客滚船开发与设计研究

张 敏 健

（上海船舶研究设计院，上海 200032）

0 引 言

客滚船作为中心环节把铁路、公路与水运有机联系起来形成客滚船运输系统，发挥各自专业运输优势和综合利用的互补作用，组成合理的运输构架，做到“门”到“门”的直达运输，是客/货物流现代运输方式中必不可少的重要环节。

1 主尺度及主要参数

客滚船的载车量和旅客人数比较固定，因此在确定船舶主尺度及主要参数时，应围绕任务书的要求即：所需车道长度、旅客人数、载重量、航速、港口条件等来考虑。在作船舶经济运行分析和造船计划时，首先要保证载车量，并以此确定船舶的主尺度，旅客和船员的人数一般根据救生设备的配置、稳性条件和布置随后而定[1,2]。

1.1 船长与船宽

客滚船的航速一般较高，目前航行于渤海湾区域的主流客滚船的设计航速约18~19kn，傅汝德数Fn在0.2~0.3之间，属中速船。船宽的确定取决于车道数（车道宽度为2.8~3m）、稳性要求和船舶适当的长宽比。船宽的增加对提高船舶稳性非常有利，但由于受港口吃水条件的限制以及希望获得更大的甲板面积而加大船宽，加大了船宽吃水比（ /B T），使排水量向水线面处集中，增加了船舶的兴波阻力。因此客滚船的兴波阻力占总阻力的比例较大，增加船长对改善船舶的快速性是有利的，客滚船的长宽比（ /L B）一般都在5.2以上，以保证船舶具有良好的快速性。但船长的变化对船舶的建造成本影响很大，船长过大并不经济。

提高船舶稳性的方法之一是底部加压载水。若增加船宽，完整稳性改善，就不必装太多的压载水，底部空舱多，破舱后进水量多，重心下降，提高了船舶的破舱稳性，使代表生存率的因数S增大。比较成功的设计是当船舶满载时，能做到舱内无压载水。

1.2 型深

在满足船舶干舷、稳性、主甲板下车辆舱高度和主机吊缸高度的要求下，客滚船的主甲板，也就是干舷甲板的高度应尽量降低。由于汽车是经由设于该甲板的跳板上下船舶，降低主甲板的高度，意味着减小跳板的长度，如此既减少了跳板占用码头的面积又缩短了汽车行驶距离，提高了装卸效率。再则降低干舷甲板也就降低了船舶的总体高度，不但减小了船舶水线以上的受风面积，又方便了旅客舷侧上下船。

1.3 吃水

客滚船一般往返于特定港之间，吃水受到限制。在确定船舶吃水时，除了要考虑码头吃水、航道吃水外，还应避免船舶在不同装载浮态的吃水变化，码头标高、潮汐变化幅度等对跳板正常工作状态的影响。一般来说，客滚船的航速较高，主机功率较大，与之相对应的螺旋桨最佳直径也大。为提高螺旋桨的推进效率，在可能的情况下，增加船舶吃水对改善船舶的快速性和减小螺旋桨对船体的激振力是有利的。

1.4 载重量

对部分散装货，货车的积载因数较大。对客滚船来说，其主要的经济指标之一是车道长度，也就是甲板的有效载车面积，载重量和方形系数并不大，这与集装箱船类似。国外客滚船的方形系数一般在0.6以下，国内由于公路交通运输的不规范，存在着大量超重货车，因此国内客滚船的方形系数一般在0.6以上或更高一些。

2 线型与螺旋桨

鉴于客滚船航速高，主机功率大，使螺旋桨上的负荷增大，而船舶吃水和螺旋桨桨径又常常受到限制，这就要求设双桨来分担负荷。同时，从船舶航行的安全性和港口内的快速操纵性也要求客滚渡船设置双机、双桨、双舵。

客滚船的线型设计有人字架艉轴、纵流型艉部和双艉鳍线型2种形式，但从近年国际上所建造的客滚船来看，采用前者的更加普遍。见图1、2。

图1 人字架艉

图2 双艉鳍艉

纵流型艉部主船体阻力低，较小的艉部伴流峰值使螺旋桨产生的噪声和脉动压力减小，改善了旅客和船员在船上的生活环境，因而被广泛采用于客船和客滚船上。而双艉鳍艉部伴流峰值相比之下有显著增加，虽然这可以大大地提高船舶的船身效率，但同时也带来了螺旋桨在不均匀流场中旋转所产生的噪声和脉动压力增加。

人字架艉由于艉部线型较瘦，为保证齿轮箱底部有足够的安装空间，要将主机前移，就会增加尾轴管长度甚至机舱的长度，这对船厂的艉轴订货成本、加工、安装以及船舶的经济指标都是不利的。 为解决这一问题，在船体出轴处设一短艉鳍，保证齿轮箱底部有足够的安装空间，即使艉轴管不至于过长，又确保艉鳍不影响螺旋桨处的伴流场情况，见图3。

图3 人字架加短艉鳍

客滚船常用的推进方式是由2台或4台中速柴油机、减速齿轮箱、2只可调式螺旋桨组成。是一种简单、安全、可靠，且初投资较低的推进方式，被广泛采用。不过这种推进方式的机械系统和轴系系统也存在着缺陷，当船舶频繁以低速进出港时，主机时常处于低负荷运行，而处于低速运行下的可调式螺旋桨，为保证轴带发电机在船舶航行时的正常使用，主机的转速恒定不变，桨的转速也恒定不变，使低负荷高转速的螺旋桨，其压力面容易产生空泡，导致激振力水平和推进性能的恶化，尽管可通过调整螺距来改善这一情况，但受螺距调整范围的限制，效果有限。因此，在螺旋桨设计时，应根据船舶在高、中和低速航行中的时间分配，兼顾两头，达到效率、空泡和激振力水平基本平衡，提出一些量化的技术要求并通过试验加以验证。

3 总布置

客滚船属于布置地位型船舶，机舱位于主甲板以下艉部，机舱上方船体中心线附近或舷侧两旁设狭长机舱棚与烟囱相连。车辆舱上面是旅客、船员舱室及驾驶室等。

3.1 分舱与稳性

为满足破舱稳性的要求，干舷甲板以下两舷各设一道水密纵舱壁，燃油舱可设于舷侧的双壳内或双层底以上，形成保护。双壳内的空舱应以底部的连通管左右相连，防止不对称进水。

根据决议案MSC.194(80)的破舱稳性规则，客滚船的破舱稳性计算方法为概率论方法。其破舱稳性的

在计算破舱稳性时应注意：

2) 计算不同吃水下的A值时，需注意所对应的浮态。若所有航行工况对应的纵倾值与计算工况的纵倾值（初始为0）之差不超过0.5%sL时，在sd和pd工况下的纵倾值假定为0；如果大于0.5%sL，则需计算sd和pd工况下对应不同纵倾值的A值；

3) 注意横向破损范围b是满载水线向舷内沿垂直船体中心线方向移动的距离，可能越过船中心线，且

4) 滚装区域渗透率对不同吃水其定义也不同：对应吃水sd和pd下为0.9，吃水1d下为0.95。

要改善破舱稳性需要采取的措施是：

1) 合理分舱，尽量让船舶破损后均衡进水，使平衡角尽量小；

2) 优化装载，尽量降低重心高度；

3) 调节浮态，尽量避免出现较大的纵倾装载工况。

客滚船航线一般总是在同一水域，因此对大多数客滚船来说，其压载水不需置换。

3.2 车辆舱

客滚船一般设2~3层车辆舱，机舱前部为下车辆舱，主甲板以上贯穿全船为中车辆舱和上车辆舱。汽车通过设于主甲板处的跳板上下船。

客滚船的专用码头大多成“L”型。因此，最常见的客滚船延船长方向设艏、艉跳板，车辆艉进艏出或艏进艉出。而旅客通道则设于船舶舷侧中部，形成人车分流，保证旅客上下的安全。

在满足船舶稳性的条件下，根据要求的车道长度来确定车辆甲板层数和层高。对仅设中、下2层车辆舱的客滚船，一般稳性问题不大，但如设上层车辆舱则需慎重。由于国内目前存在大量超重、超高车辆，车辆舱的最大净高一般都在4.8m以上，有的还达到5.0m。

只要满足消防安全要求，SOLAS允许客滚船运载危险品，并规定该处所不得采用固定式CO2灭火系统，以保证旅客的安全。但在中国，由于上世纪 90年代连续发生的几次重大客滚船海损事故都直接与运载危险品货物有关。据此，中国海事当局明确规定国内客滚船不得从事危险品货物运输。同时，设于车辆舱的固定式水喷淋系统对灭火的效果有限，而更为严重的是由于货物包装和车辆绑扎的不规范，当船舶横倾时，散装货落入舱内将甲板处的排水口堵住，致使大量的消防水在甲板上形成自由液面，从而导致船舶倾覆。因此，近年来国内对客滚船车辆舱均要求采用CO2灭火系统。对于可能误入到车辆舱的旅客，则通过加强船上的管理来加以控制。

车辆舱的防火分割一般采用水平分割，每层高车辆舱形成独立的气密区域，单个气密区容积巨大，按SOLARS对滚装处所的规定，车辆舱通风次数至少10次/h。装卸货时，为改善舱内环境，要成倍增加通风次数，因此，车辆舱的风道、风机数及风机容量都需要增加和加大。

为尽量减小通风系统产生的噪声对旅客舱的影响，风机室和风道一般布置在车辆舱的两端，尽量远离旅客居住舱。但由于车辆舱很长，阻力大，在通风过程中会有部分的能量损耗。对于设有艏、艉门的车辆舱，应注意其在码头的工况，避免通风系统产生“短路”。

各甲板的载荷依据其所停载的车辆的轴距轴压、胎印以及平均负荷确定。一般小车甲板（包括升降甲板）的平均载荷为 0.2~0.3t/m2，重车甲板的平均载荷为 2~3t/m2。当然，作为强力甲板、舱壁甲板和液舱边界的车辆甲板还必须满足其他相关的要求。

3.3 滚装设备

跳板布置可分为艉跳板、侧跳板和艏跳板3种。为了便于装卸常常在艏艉都设跳板，车辆可以艏进艉出，艉进艏出，既快又方便。船舶内部各层甲板间、货舱间通道的连接是由固定斜坡道、活动斜坡道、水（气）密盖组成，且多数通道设备，如艏、艉门、水（气）密盖自身又可兼作车辆通道跳板或坡道。跳板的正常工作范围一般设在船舶纵倾不大于1.5°，横倾不大于3°。

1) 艉门（跳板）：艉门（跳板）布置在干舷甲板（一般为3甲板）的尾部，打开时作为车辆上下船的跳板，关闭时作为水密门确保船舶的水密完整性。

由于受潮汐、船舶浮态的影响，跳板的工作状态往往并不理想。为防止长时期重车压碾而导致永久变形，破坏其作为水密门的功能，一般都会提高跳板的设计载荷。为避免大量超重车辆长期碾压下的跳板强度不够，在跳板内侧再另设一扇向尾部上方开启的铰链式水密门，该门一般情况下不受力，仅保证在关闭时船舶的水密完整性，不影响生产，见图4。

2) 艏门（跳板）：设于主甲板前部的艏门一般由艏护罩和水密门组成。打开时水密门作为车辆上下船的跳板，关闭时艏护罩和水密门保证船舶的水密完整性。

图4 艉门

基于与艉跳板相同的原因，也另设一扇向首部上方开启的铰链式水密门，以替代跳板的水密要求。艏门（跳板）的开启过程是，首先打开艏护罩，放下跳板，最后开启铰链式水密门。

艏护罩在关闭时，作为船体外板的一部分并保证水密。艏护罩的开启有2种方式，一种是向上翻起，另一种是沿舷边向后平移。前一种方法由于要占据较大部分的艏部系泊区，且从受力的方向看，对抗击艏部拍浪不是十分理想，因此，目前的设计一般都采用后一种方式，见图5、6。

图5 艏门

图6 艏门

受球鼻艏影响，艏跳板比艉跳板要长些，国内客滚船的艏跳板一般由2节加翼板组成。第1节兼作水密艏门用，与船体结构形成密封。

3) 水密盖：为满足船舶的抗沉性要求，通往干舷甲板下车辆舱的坡道开口需在该甲板上设置水密盖。车辆进入到下货舱有2种方式，一种是固定斜坡道加水密盖，优点是车辆通过坡道直接驶入下货舱，快而方便，缺点是坡道会占据下货舱很大一部分高车的停泊位置，由于坡道很长，水密盖的长度至少在40m以上，即使将其分为 2节，建造中也还要跨越多个船体分段，为保证水密性，对船厂的建造能力是一个考验。另一种方式是设升降平台加水密盖，平台长度只要满足一般大货车的长度要求，不占据任何下货舱高车的停泊位置，水密盖也不长，建造施工方便，缺点是平台上下一个来回只能运载一辆大车，速度较慢。

4) 活动式斜坡道：为不影响3甲板的高车停泊，在上、中车辆舱之间采用活动斜坡道以替代固定斜坡道，活动斜坡道可带载收藏于上甲板（一般是 5甲板），活动斜坡道还可根据其所在甲板的密性要求，在收藏位置，设为水密活动斜坡道和气密活动斜坡道。

3.4 生活区

目前，国内客滚船主要还是作为一种交通工具，旅客人数较多，娱乐休闲设施配置的较少。设计中应考虑主竖区划分，旅客甲板区域性功能定位；客舱等级、乘员人数，公共场所及娱乐设施的配置；梯道、脱险通道和集合站布置，救生设备配置和布置。

1) 货舱与客舱区域防火分隔的分界面（包括甲板和舱壁）按A-60级分隔。船体、上层建筑和甲板室按A-60级分隔为若干主竖区。主竖区的长度和宽度最大可延伸至48m，但在任一层甲板上主竖区的总面积不得大于1600m2。

2) 舱室布置人性化、安全性和舒适性，区域性功能定位清晰，居住舱室与公共场所尽量分开，旅客生活区与船员生活区分开，配置一定的公共场所、娱乐场所及购物场所，布置合理有效的旅客逃生通道和集合站，各主竖区设有独立的空调通风系统和控制站。

3) 海安会通函[3]对客船撤离分析进行了规定，其目的是确认和消除在弃船时可能形成的拥挤，证明脱险通道布置足够灵活，在海难发生时，确保旅客沿着脱险通道，通过集合站和登乘站，使用救生设施，迅速、安全撤离。

4) 对于国内航行的I类客船，救生艇容量与短途国际客船所要求的救生艇容量是相同的，即不小于总人数的30%。尽管“规则”对采用吊架降落救生筏（或以海上撤离系统作为替代）的其容量要求不小于总人数的20%，而另外剩下的50%人员的登筏方式可采用绳梯等，但这仅满足最低要求还是很不安全的，因此全部采用海上撤离系统，使救生艇和海上撤离系统的总容量达到总人数的125%，满足“规则”对I类客船要求。

4 机电设备配置

客滚船的机电设备配置与普通货船相比有其特殊性，主要包括：

1) 主推进器：2台中速柴油机、2台轴带发电机、2台齿轮箱加2只可调式螺旋桨，外加艏侧推。中速柴油机的容量是根据船舶的设计航速和克服船舶阻力的要求而定。轴带发电机的容量确定依据：(1) 一台轴带发电机能平稳驱动艏侧推，为保证艏侧推正常启动，轴带发电机容量应具备较大的冗余度。(2) 一台轴带发电机容量应保证船舶在正常航行状态下的全船供电，包括大容量的空调、车辆舱通风以及其他动力、照明设备的供电。

2) 电站：通常配置3台主发电机和一台应急发电机。主发电机容量要求2台并网发电时应保证船舶在港时的用电之需，包括系泊设备、大容量的空调、车辆舱通风以及其他动力、照明设备的供电。另一台主发电机为备用。也有仅配置2台主发电机，一用一备。从使用的角度上说，配置3台主发电机更加灵活，也更经济，只是初投资略高些。

3) 减摇装置：为改善旅客的海上舒适度以及货物的安全，配一对收放式减摇鳍，减摇效果一般能达到80%左右。其升力面面积根据船舶参数及海况条件计算后确定，目前国产的收放式减摇鳍面积最大的约9m2。

4) 防横倾系统：在港作业时，由于车辆临时停靠的不对称而导致在一段时间内船舶产生横倾，当横倾角大于3°时，对艏、艉跳板的安全使用产生影响。防横倾系统主要有一对防横倾舱、一台大功率可逆转水泵以及配套的管系设施，保证在极短的时间内使船舶快速恢复到正浮状态。

5) 庞大的火警探测以及CCTV监视系统：在居住区域内的舱室、走道、梯道、机舱和车辆舱等处配有带地址型的火警探测和报警系统。

6) 大容量空调：包括中央空调器的配置、冷水机组的配置以及整套空调的PLC控制系统。

7) 生活污水处理装置：为满足国内港口和部分水域油污水零排放的要求，船上应设有一定容量的生活污水处理装置和生活污水收集舱。

8) 船上内部通讯系统：包括船用电话系统、广播系统、通用紧急报警系统等。SOLAS对于广播系统和通用紧急报警的声压级级别、功能都有明确和严格的规定。

5 结 语

客滚船由于运输对象的特殊性，其设计具有鲜明的特点，一艘成功的客滚船设计应包括：

1) 科学合理并体现船东鲜明个性化特质的总体布置和船舶外形的设计方案；

2) 各项性能优良的船体线形。包括航速、油耗、伴流、稳性、浮态、载重量等关键设计参数的确定；

3) 宽敞的车辆甲板空间和齐整的甲板高度以及流畅、无甲板障碍物的车辆通道；

4) 全船减振降噪措施。

[1] 杨建华. 汽车滚装船员艉部布置特征[J]. 上海造船，2011, (2): 6-9.

[2] 吴小平. 大型汽车滚装船参数横摇研究[J]. 上海造船，2011, (3): 14-18.

[3] 海安会通函MSC/cire 1238. 新客船和现有客船撤离分析指南[S].