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《船舶工程雜志》2016年第一期

摘要：

采用數值方法，結合作業海域波浪散布圖以及相關耐波性衡準要求，針對不同尺度的船舶開展系列耐波性和作業率的計算，以此綜合分析不同海域和耐波性衡準下主尺度對溢油回收作業船作業率的影響。計算結果顯示，在考慮人員作業、直升機起降作業及溢油回收機回收作業這三個作業率的情況下，船長與人員作業率、直升機起降作業率基本成正相關性，而溢油回收機回收作業率與船長成負相關性，吃水對上述三個作業率指標影響較小。

關鍵詞：

溢油回收作業船；主尺度；耐波性；作業率

深水油田環保作業船作為一種在深水海域進行作業的海洋工程輔助船，在海上風、浪、流的作用下，船舶的搖擺和升沉等運動會對人員活動、直升機起降以及收油機的收油作業帶來影響。若在零航速或低速航行時船舶的耐波性不好，會直接影響人員和收油設備的作業安全和作業效率。因此，船舶零航速或低航速下耐波性能的好壞直接決定了作業功能能否實現。鑒于此，本文研究主尺度對溢油回收作業率的影響，主要從船長和吃水兩方面加以分析。

1研究方法和計算模型

1.1研究方法采用數值方法研究主尺度對耐波性能的影響，具體方法是針對不同尺度的船舶開展系列耐波性計算，得到運動響應傳遞函數（RAO），同時結合作業海域波浪散布圖以及相關耐波性衡準要求，進行作業率計算，以此綜合分析不同海域和耐波性衡準下主尺度對運動性能的影響特性。耐波性計算采用成熟商業軟件HydroStar進行，該軟件基于三維頻域勢流理論。考慮到環保作業船的作業特點，計算均在零航速下進行。

1.2計算模型計算模型共兩組，一組為不同船舶長度模型，共6個，表1列出了不同計算模型的主尺度及參數，不同長度船舶均采用某環保作業船進行母型變換得到；另一組為不同船舶吃水模型，共3個吃水，表2列出了其主尺度及參數。

1.3作業海域環境條件為了進行作業率的計算，需要指定船舶的作業海域以及不同作業類型時的耐波性衡準值。該船的主要作業海域為中國南海海域。根據文獻[1]，中國南海相關區域被劃分為10個區塊，如圖1所示。S1和S4海區聚集了較多的海洋油氣田及相關設施，其中，S4海區波浪條件在10個區塊中最為惡劣，因此，選取S1和S4海區作為該環保作業船的作業海域。此外，為了研究不同海域船型主尺度對耐波性的影響特性，本文還選取了國際船級社協會（IACS）推薦的一套標準波浪散布圖[2]，該波浪散布圖由北海若干海域綜合分析得到，通常代表全球最惡劣海況。

2溢油回收船作業率衡準

研究采用的衡準包括人員運動的極限衡準和設備（直升機、內置式收油機）正常使用的衡準。表3列出了人員不同工作類型的運動極限衡準值，表4列出了直升飛機起降的運動衡準值，表中所列均為1/3單幅有義值。人員運動考核點為駕駛甲板駕駛位置和尾部1站處，直升機起降作業運動考核點為直升機甲板中心。舷側內置式收油機進行收油作業時，存在一個最佳工作水線區域以及可工作水線區域，如圖2所示。最佳工作水線區域為5900mm～6200mm，可工作水線區域為5340mm～7000mm。為了定量給出收油作業時的耐波性衡準，做出如下假定：因為主要作業海域的波浪平均周期約為6.5s，則一小時內遭遇的波浪次數約為553次，假設溢油回收門上邊緣入水或者下邊緣出水的次數總和占遭遇波浪次數的80%，即約442次，同時假設上邊緣入水或下邊緣出水次數相當，則上邊緣入水或者下邊緣出水的耐波性衡準值約為每小時221次。此外，溢油回收門的上邊緣和下邊緣中心的坐標分別為（8.49,±10.0,7.0）和（8.49,±10.0,5.34），其中，x坐標為船舯，z坐標為基線，不同主尺度計算模型的溢油回收門坐標值相同。

3計算結果

3.1不同船長作業率對比分析項目進行了不同長度船舶給定海域作業率的計算和對比分析。計算分別在浪向0°～180°、每隔15°情況下進行，作業率由各浪向加權得到，各浪向加權系數相等。不同作業類型的作業率比較如圖3～圖6所示。

3.1.1智力工作和重手工勞動從圖3和圖4可以看出，對于智力工作和重手工勞動而言，其作業率隨船長的變化趨勢基本相同，隨著船長的增加，作業率逐漸上升，在船長80m～85m附近達到一個局部峰值，隨后作業率開始下降，在船長90m附近達到局部谷值，隨著船長的繼續增加，作業率開始增加。對于產生這一變化趨勢的原因，筆者認為可以從以下兩方面加以考慮：首先，隨著船長的增加，縱向運動總體呈現減緩的趨勢，這對提高作業率是有利的；其次，從智力工作和重手工勞動的作業衡準來看，其作業主要受作業位置的垂向/橫向加速度和橫搖的影響。本次研究中橫搖計算均采用相同的參數，因此橫搖的影響可以暫不考慮，而作業位置的加速度不僅與船體的運動有關，還與該位置船體重心的離有關[5]。例如，對于駕駛室垂向加速度而言，其與縱搖、垂蕩和重心縱向離有關。由于溢油回收船型的駕駛室位置通常位于艏樓，因此隨著船長的增加，駕駛室與船舶重心的縱向距離也會隨之加大，這對增大作業率是不利的。因此，對于此類作業而言，隨著船長的增加，作業率出現了上述變化趨勢。

3.1.2直升飛機起降作業從圖5來看，對于直升飛機起降作業，其作業率變化趨勢與上述智力工作和重手工勞動不同，并未出現波動現象，而是隨船長增加逐漸增大，但增加的速度不盡相同。例如，對于S1和S4海區而言，船長在60m～80m之間變化時，作業率增加速度相對較快，而在80m～90m之間變化時，其增加速度則放緩；但對于IACS推薦海區而言，船長在80m～90m之間變化時，作業率則有相對較快的增加速度。由此可見，不同作業海區的作業率變化形式不盡相同。

3.1.3浮油回收作業對于浮油回收作業而言，其作業率隨船長增加的變化趨勢與上述三種作業形式截然不同。從圖6中可以看出，隨著船長的增加，浮油回收作業率逐漸降低。出現這一變化趨勢主要是因為浮油回收作業主要受收油門的出水或入水所限制，而船體結構的出水或入水是由船體和波浪的相對運動決定的。對假定的船舶零航速計算而言，當船長相對波長較小時，船舶運動形式更接近于“隨波逐流”的狀態。因此，雖然船體的絕對運動可能較大，但船體結構與波面的相對運動卻較小，這也使得收油門出水或入水更不容易發生，有利于浮油回收作業的進行。此外，從圖6中還可看出，船長在80m～90m之間變化時，作業率的下降趨勢略有增加，IACS海區更是如此，對于S1和S4海區，當船長位于90m～100m時，其作業率幾乎不受影響。

3.2不同吃水作業率對比分析項目同時進行了不同吃水船舶在給定海域作業率的計算和對比，計算分別在浪向0°～180°、每隔15°下進行，作業率由各浪向加權得到，各浪向加權系數相等。不同作業類型的作業率比較如圖7～圖9所示。從圖中結果來看，總體而言，吃水對作業率影響不大。對于智力工作和重手工勞動而言，隨著吃水的增加，作業率略有下降趨勢，IACS海域較S1和S4海區明顯。對于直升飛機起降作業，隨著吃水增加，S1和S4海區作業率有下降趨勢，而IACS海區則不明顯。

4結論

綜上所述，作業率隨船長的變化趨勢因作業類型的不同而不同，作業海域對作業率變化的緩急程度也有一定影響。在考慮人員作業、直升機起降作業及溢油回收機回收作業這三個作業率的情況下，船長與人員作業率、直升機起降作業率基本成正相關性，而溢油回收機回收作業率與船長成負相關性，吃水對上述三個作業率指標影響較小。本研究中，對于智力工作和重手工勞動，船長位于80m～85m之間時，作業率有一個局部峰值；對于直升飛機起降，船長位于80m～90m時的作業率較60m和70m時的作業率明顯增大，且在該范圍內作業率變化平穩；浮油回收作業時，作業率隨船長增加而逐漸下降，當船長在80m～90m之間變化時，作業率的下降趨勢略有增加。由此可見，當船長在80m～85m附近時，各種作業形式均能獲得較為合理的作業率。

參考文獻：

[1]方鐘圣,金承儀,繆泉明.西北太平洋波浪統計集[M].北京:國防工業出版社,1995.

[2]DNV.EnvironmentalConditionsandEnvironmentalLoads[S].2010.

[3]NORDFORSK.AssessmentofShipPerformanceinaSeaway[M].NORDEN,1987.

[4]GJB4000—2000.艦船通用規范[S].2000.

[5]馮鐵城,朱文蔚,顧樹華.船舶操縱與搖蕩[M].北京:國防工業出版社,1989.

作者：邰宜峰 單位：上海船舶研究設計院