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1、第五章方案构思与主尺度选择5.1 总体设计方案构思总体设计方案构思是新船设计过程中的一个重要环节，是一项基础性的工作。它对设计工作顺利进行和保证新船设计质量有重要意义。总体设计方案构思的任务是： 分析各项设计要求，明确设计任务； 分析同类型船的资料，采用适当的估算方法和各种可用的技术手段，设立一个初步的新船总体设计方案，分析和确定各个设计参数可能的选择范围，研究新船设计中可能存在的主要矛盾； 分析新船的主要技术性能和经济性指标，考虑所要采取的主要措施以及进一步开展设计工作的设想。总体设计方案构思的特点是综合性强，涉及面广。该项工作涉及到总体设计所有方面的内容，需要考虑的因素很多，要在各种错综复
2、杂的关系中理出头绪，寻找解决问题的办法。针对具体的设计任务，由于设计技术任务书规定的要求和明确程度不同，方案构思工作的难易程度也不同。例如常规船型的设计，如果任务书的要求详细又具体，那么方案构思相对比较简单；如果船型较特殊，要求上比较笼统、原则，设计方案选择的范围又广，那么方案构思就比较复杂。就一般情况而言，船舶总体设计方案构思主要包括以下几个方面的内容： 船型特征和总布置设想； 考虑和初步选择主尺度； 主要技术性能的估算与分析； 其他重要方面的考虑（如船舶的主要装备、法规和规范的要求等）。以上这些方面的内容，在实船设计工作过程中，不是分割开来单独逐一进行，而必须将有关内容综合起来统一考虑。下
3、面对方案构思中有关方面的内容作一介绍。5.1.1 船型特征和总布置设想这里所说的船型特征是指某一类型船舶总体的基本特征。根据设计技术任务书的要求，新船的类型已经给定，通常吨位（载重量或总吨位）的大小也有基本要求，在此基础上进行总体设计方案的构思，需要对新船的特征和总布置有一个基本的设想。通过这项工作，可以对新船的概况有一个明确的概念，对如何满足新船的各项要求可以进行具体的考虑，可以将设计工作的各个方面直接联系起来，也便于暴露存在的主要矛盾。船型特征和总布置设想的主要内容有：主船体特征、机舱部位、甲板层数、货舱形式、上层建筑的大小和位置、船体结构特点等。这些设想必须从新船的使用要求和客观情况出发
4、，参考相近的优良实船资料和使用经验才能合理作出。每种类型的船舶，经过长期的使用和不断地改进，都已形成了各自的特征和特点。设计新船时对这些实践证明合理、有效的特征和特点应予以借鉴，并结合新船的具体要求有所改进和创新。船舶的类型很多，就运输船舶而言，就有散货船、集装箱船、多用途船、滚装船、冷藏船、运木船、油船、化学品船、液化气体船、客船、车客渡船等各种船舶，它们有各自的特点。设计不同类型的船舶，总体方案的构思有所不同，对船型的特征和总布置的构思差别很大。限于篇幅，本书仅对散货船、集装箱船、多用途船这三种船舶的特点作一简要说明，其他类型船舶的特点可参阅有关文献。1. 散货船散货船以运输大宗货物为主，
5、主要有：煤、谷物、矿砂等，也可以装运木材、钢材、纸浆、重货等。设计时一般以其中的一、二种货物为主来考虑。散货船的载重量一般都在万吨以上，大型散货船为13万吨17万吨（好望角型），68万吨级为巴拿马型（型宽限制约为32.2m），45万吨级的称为灵便型。3.5万吨级以下的散货船有不少是吃水受限制的宽浅吃水船。国内沿海也有5千吨级左右的小型散货船。图5.1.1是一艘载重量为27000t的散货船。图5.1.1DW=27000t散货船载运大宗货物的散货船都是低速船，所以船体都比较丰满，大多为单桨推进，宽浅吃水型船也有采用双桨。现代散货船一般都设置具有整流作用，并能兼顾压载航行工况的球首。散货船的总布置有
6、以下特点： 现代散货船都采用尾机型（机舱设在尾部）。这样中部方整的部位都可以用于货舱，有利于货舱口的布置和提高舱容利用率，也有利于结构的连续性，提高总纵强度。机舱的长度在机舱布置许可的情况下应尽量缩短。方案构思时可用第四章4.1.3节介绍的方法估算机舱长度。首尖舱的长度约0.050.07LPP，尾尖舱的长度约0.0350.045LPP。 散货船的货舱通常设有顶边水舱和底边水舱，如图5.1.2（a）所示。这种货舱形状的好处是：减少了卸货时的清舱工作量；可以将散货装满，减少平舱工作量；顶边舱和底边舱用于装载压载水，增加了压载量，提高了压载重心，可增加压载航行的首尾吃水和改善压载状态的横摇性能。顶边
7、舱和底边舱的形状参数详见第七章的图7.2.2。图5.1.2（b）的货舱形状是在（a）的基础上增设了舷侧的内侧板，从而形成了一个完整的双壳体结构，增加了船体的强度和刚度，对破舱稳性也有利，但对货舱舱容有一定的损失，也增加了一些船体钢料。图5.1.2（c）是矿砂船的货舱形状，因矿砂密度大，所需舱容小，所以双层底高度和边舱尺寸都很大，这样可避免货物重心过低，初稳性过高，横摇周期过短。散货船货舱的数量根据船的大小、装卸设备的配备以及破舱稳性的要求确定，每舱长度一般不超过30m。图5.1.2散货船货舱剖面形状 散货船一般都为单甲板（仅有一层连续露天甲板）。大型散货船大多仅设甲板室，无首楼和尾楼，也有些仅
8、设首楼，无尾楼；中小型船一般都设有首楼，并根据需要也有设置尾楼。驾驶室以及船员生活舱室等都设置在船尾。甲板室的层数和高度根据所需的布置地位以及驾驶盲区的要求确定。 散货船大多设有甲板起重机，主要用于卸货。对于主要用于定线运输煤、矿砂等散货的船，如码头有装卸设备，则船上可以不设起重机。现代散货船根据需要也有采用自动卸货设备，称为自卸散货船，常用重力喂料、皮带输运方式。这种设备一般由料斗、斗门、舱底输送带、横向输送带、提升带以及悬臂输运带等组成。自卸船的造价比较昂贵。2集装箱船集装箱船的大小通常以20ft标准集装箱（TEU）数量来表示。一般来说载箱数超过2500TEU为大型船，载箱数在500TEU
9、以下的为小型船。目前，巴拿马型集装箱船的载箱数在2500TEU4400TEU，超巴拿马型的集装箱船都在4000TEU以上。图5.1.3是一艘小型集装箱船的布置概况。图5.1.3365TEU集装箱船集装箱船的航速一般较高，大多为中速船（Fn大多在0.220.26），现代集装箱船有向更高航速发展的趋势。集装箱船为了快速离靠码头，除了小型船以外，大多设有首侧推装置。集装箱船的总布置有以下特点： 集装箱船的机舱部位，对于中小型船大多采用尾机型，大型船也有采用中尾机型（即机舱后面还设一个货舱）。由于集装箱船航速较高，方形系数较小，所以船尾部比较削瘦，采用尾机型机舱需要较大的长度，而中尾机型船的机舱长度相
10、对可减小。图5.1.4集装箱船货舱形式 集装箱船的货舱形状由于大开口的要求，绝大多数采用双壳体结构。为了提高甲板大开口船的抗弯、抗扭强度，双壳体的上部都设有平台，形成箱形抗扭结构，如图5.1.4所示。由于货舱盖上要堆装多层集装箱（一般在4层以上），所以舱盖要有足够的强度。吊装式舱口盖（集装箱船绝大多数采用这种形式的舱盖）因每块盖板的重量要控制在起货设备的起吊能力范围内，所以舱盖的大小、布置和支撑形式与货舱的设计也有密切关系。图5.1.4是横向布置三个货舱口的集装箱船货舱形式。关于集装箱的布置详见第四章4.4.2节。无舱盖集装箱船是近年来发展起来的船型。它的优点是没有甲板上需要绑扎的集装箱，无需
11、开启和关闭舱口盖，因此可大大缩短停港时间。无舱盖集装箱船设计中必须考虑货舱进水的问题，对此规范有专门的规定。为了防止甲板上浪时货舱的大量进水，无舱盖集装箱船的型深都特别大。设计中对货舱上浪进水量的考虑一般需要通过船模试验确定，此外船舶还需配备较强的舱底水排放系统。 集装箱船的上层建筑具有长度短，层数多的特点。长度短是为了节省甲板面积；层数多是驾驶室高度的需要，目的是为了解决驾驶盲区的问题。IMO规定集装箱船驾驶盲区不应大于2倍船长。有些集装箱船为了解决驾驶盲区的问题，将驾驶室和整个居住舱室设于首部，以求有大的载箱数，但造价会有所增加，且机舱人员工作不便。集装箱船因航速较高，船首容易上浪，所以一
12、般都设有首楼，并在首楼上设置一定高度、具有足够强度的挡浪板，以便保护首部甲板上集装箱免受波浪的正面冲击。 大中型集装箱船通常不设起货设备。小型集装箱船为适应小型港口的需要，常设置甲板起重机。为了减少设置起重机对集装箱布置的影响，有些船将起重机布置在舷侧。 集装箱船由于重心很高，为解决稳性问题，满载情况也常需要用压载水来降低重心高度，所以双层底舱几乎全部用作压载水舱。此外，首尾尖舱、两舷双壳体内一般也用作压载水舱。为了平衡装卸集装箱时的横倾，两舷边舱中的左右一对压载水舱通常各装50压载水，用作调整横倾。集装箱船在装卸舱内集装箱时横倾不能超过5，以免集装箱被导轨卡住。3多用途船多用途船一般是指多用
13、途干货船，其用途不包括装载液体货。多用途船是从杂货船演变而来的。由于集装箱运输的迅速发展，一般包装杂货（如百货、五金、一般机械设备等）几乎都采用集装箱运输，普通件杂货的货源已很少，因此以往的杂货船已经淘汰，取而代之的是多用途船。多用途船可以看成是杂货船、集装箱船、散货船几种船型的混合型船。由于不同货物性质上的差别，多用途船不可能对各种货物都有最高的运输效率。设计多用途船通常以某一类货物为主，兼顾其他货物，例如以集装箱为主的多用途船，或以散货为主的多用途船等。多用途船的优点是灵活，在货源不稳定的情况下，具有适应性强的特点，特别适应中短途的货物运输。对于长航线的运输，多用途船显然没有大型专用船舶效
14、率高。所以多用途船的吨位一般都不大，载重量大多在25000t级以下，大于25000t级的多用途船大多以散货为主。表5.1.1多用途船经济航速DW(t)V(kn)500080008000100001300015000180002200025000以上（散货多用途船）121313141415151614.515多用途船的航速一般介于同吨位的散货船和集装箱船之间。不同吨位的多用途船经济航速约为表5.1.1所列之值。船东从提高揽货能力考虑，常希望服务航速比经济航速再提高1节左右，特别是以集装箱为主的多用途船。多用途船的建筑特征与散货船或中小型集装箱船相似，一般都采用尾机型，上层建筑位于尾部，船首设有首
15、楼。多用途船的主要特点是货舱形式与散货船和集装箱船有所区别。例如图5.1.5是一艘2万吨级的多用途船，货舱设有双层甲板和双列货舱口。多用途船的货舱主要有以下特点：图5.1.5DW=20000t的多用途船 设置双层甲板。船舶装载多种货物时，为了便于理货和防止货物堆高太大，压坏下层货物，杂货船的货舱一般都设有多层甲板。多用途船为了仍能适应装载多种货物的需要，万吨级及以上的多用途船大多设有双层甲板。小型多用途船因型深不大，没有设置双层甲板的必要。在设双层甲板的情况下，如兼顾装载集装箱，下甲板至上甲板的舱口盖板下缘的距离以能装载二层集装箱为宜。双层甲板间的层高可作如下考虑：如果上甲板舱盖上与舷墙间的集装箱下面的高度能让人通行，假设其高度为h1（一般不小于1.9m），舱盖厚度为h2，上甲板梁拱为f（下甲板无梁拱），集装箱与舱盖下缘以及集装箱之间的总间隙为h3，则甲板间高（甲板边线处）最小为：2.5912+h2+h3-h1；上甲板舱口围板的高度（中心线处）为h1-h2-f。总之，下甲板上考虑装载集装箱时，甲板间高要与上甲板的舱口围板高度和梁拱等因素综合起来考虑。图5.1.6敝开式舱口的货舱结构形式 货舱大开口。多用途船为适应装载多种货物的需要，
