近年來集裝箱船尺寸的增大超乎想象。該趨勢會否繼續(xù)？或是超過某極限值船舶并發(fā)生斷裂？必須從專業(yè)角度認真探討這個問題。
對于單箱邊際收益的追逐推動著集裝箱船的大型化趨勢，以致超巴拿馬型集裝箱船的設計獲得巨大成功。目前載箱量達到19000 TEU的船舶已經投入營運，20000 TEU型船建造合同已經簽訂，更大型集裝箱船正在研發(fā)中。
這些龐然大物的尺寸令人震驚，更大船舶將接踵而至。近幾年來，集裝箱船尺寸的增大超乎想象。這個趨勢會否繼續(xù)？或是超過某極限值船舶并發(fā)生斷裂？我們必須從專業(yè)角度認真探討這個問題。答案的復雜程度遠超問題本身，首先，由于一些現實因素，今天的巨輪只能在特定航線營運，如巴拿馬運河目前和未來的船閘寬度、南美港口的吃水和對船長的限制以及紐約港口的空高限制等；其次，當市場出現對20000 TEU以上型船需求時，技術上的挑戰(zhàn)依然存在，特別是來自船體上部最大鋼板厚度的挑戰(zhàn)。在特定的限值范圍內，目前的設計可以加長或加寬，其他擴大方案需要創(chuàng)新布局。故在嘗試建造更大型集裝箱船前，必須考量若干項物理標準，而極限值的設定須多次深入調研才可確定。
日前，《航運交易公報》記者采訪DNV GL全球業(yè)務總監(jiān)楊歐樂（Jan-Olaf Probst）。作為船型特別是集裝箱船型研究專家，楊歐樂對大型集裝箱船的技術、運營以及發(fā)展有著深入的思考，這正是基于DNV GL合并后在集裝箱船領域的超凡實力。去年，全球簽約訂造的集裝箱船，按艘數計48.2%入級DNV GL，按噸位計則有57.5%入級DNV GL；全球目前所有正在營運的集裝箱船，按艘數計42.9%入級DNV GL，按噸位計則有43.1%入級DNV GL。目前，DNV GL合并后的集裝箱船共同規(guī)范將在4月份進行業(yè)界聆聽和意見聽證活動，7月1日預計可以公布，有望在明年1月1日生效。
已有設計與試驗
楊歐樂向《航運交易公報》記者展示了目前市場上18000TEU及以上型船的4種設計。比較4種設計方案中涉及的船舶主要尺寸，實際上大同小異。船舶總長控制在400米之內，型寬控制在60米之內，設計吃水在14.5米之內，結構吃水均在16米（見表1）。
楊歐樂表示，18000TEU及以上型船通常都是雙島型設計。煙囪后部布置4排40尺箱；機艙與甲板室之間區(qū)域布置5個2×40尺箱堆垛的貨艙；貨艙布置12層標準箱或11層高箱，艙面上布置10層。楊歐樂強調：“這種布置適用于使用單發(fā)動機(產品庫 求購 供應)的船舶，可以說雙島型設計對大型集裝箱船可裝載能力提升產生了積極影響�！�
所謂雙島型設計，就是駕駛室和居住區(qū)位于船舶前部，機艙位于船舶后部，燃油艙布置在居住區(qū)下方（常規(guī)集裝箱船駕駛室和機艙位于船舶后部）。駕駛室位于前部，大幅度改善視線，且與居住區(qū)布置在機艙上方的方案比較，該方案船首區(qū)域的集裝箱裝載量可增加5％～6%，居住區(qū)噪聲和振動水平也較低。因為駕駛室與機艙分離，相當于在船體增加一個橫向支撐，可改善船體的扭轉強度，減少船體重量。
從18200TEU、19450TEU、20400TEU、21360TEU以及22410TEU5種船型來看，基本上還是處于常規(guī)的集裝箱堆垛行/列布局，調整幅度并不大（見表2）。楊歐樂表示：“前兩種船型目前已經投入市場運營，對后3種船型，DNV GL也進行過測試，是可行的設計�！�
楊歐樂表示：“若不改變現有的典型箱船的結構布置，鋼板強度在現有條件上，只能做到22400TEU。若要達到24000TEU以上，必須在結構布局上有創(chuàng)新�！睋Q句話說，目前由于技術條件限制，船長限制在400米、載箱量限制在22400TEU，但未來這一情況有可能被突破。
重要技術尺寸
參數1： 船長
標準集裝箱長度決定了船體加長的級差以及對貨艙間隙和典型橫艙壁寬度的影響，而箱船U型敞開式橫截面致使船體上部鋼板受到影響。在18000 TEU型船上，船體上部板材厚度為80～95 毫米。高強鋼板厚度存在技術極限值，同時底部區(qū)域的總體強度限制了470 N/mm2鋼的使用。
假設18000 TEU型船僅配備1臺主機(產品庫 求購 供應)，煙囪后方布置4行40尺箱，煙囪與甲板室之間布置11行40尺箱，可行的加長方案為在機艙前方增加1行40尺箱，加上機艙上方的小型貨艙能形成1個包含兩項標準40尺箱的貨艙，該方案將使船舶擁有25行40尺箱以及411.5米的總長。楊歐樂表示：“這個長度通過標準布置能夠實現，但若超出這個長度，就必須研究開發(fā)創(chuàng)新橫截面布置。但是需要提醒的是，該尺寸船舶可能無法在某些港口停泊或者轉向，因為造船企業(yè)顯然還受制于港口限令、回船尺度以及碼頭長度等�！�
參數2： 船寬
對于目前的降速航行船舶，過去因考慮發(fā)動機功率而限制船寬將不再是問題，新的長寬比已經切實可行。許多造船企業(yè)開始建造可以保證相同標箱量的短寬型船舶，此舉能降低建造成本，這是考慮當今成本壓力的重要因素。
標準集裝箱尺度、導軌和間隙決定了船體加寬的差值：2.5米。從強度角度看，船體加寬對波浪彎矩和靜水彎矩的影響是線性的。換言之，對目前的設計進行加寬對總縱強度的影響比船舶加長小得多。此外，船體加寬能增加的標箱量多于船體加長。
然而也有不利因素，即船體加寬會加重船舶兩舷沿不同縱向方向的翹曲變形，這將加劇艙口蓋的移動，導致支撐墊磨損，增加維護成本或要求高強度艙口蓋。此外，翹曲變形會影響貨艙內以及艙口蓋上方集裝箱與綁扎橋之間的相互作用。為控制這種影響，設計人員將甲板室移至前方區(qū)域，使甲板室下方形成封閉強力結構，最后產生雙島式設計。與目前的加長設計相比，加寬方案從強度角度而言更有可行性。
作用于集裝箱船的橫搖與橫向加速度取決于船寬，它們會對綁扎設備允許載荷以及船橋甲板上的人員產生影響。故設計人員增加綁扎橋的高度，允許高層堆垛較重集裝箱或者減少橫搖產生的橫向力對低層集裝箱造成的橫向扭變載荷，增加船寬意味著標稱箱量將與實際載箱量不同。另外，某些集裝箱碼頭的橋吊只可外延60米，這是當前加寬設計前必須考慮的因素，特別是部署大型集裝箱船的亞歐航線。
參數3： 船深
船深取決于貨艙箱數、艙口蓋高度以及頂層集裝箱與艙口蓋底邊之間的距離。此外，上層甲板與艙口蓋頂之間至少2米高的通道必須保持暢通。通常有兩種可行的集裝箱布置方案：10層高箱，總高28.96米，或11層標準箱，總高28.5米。最終高度差異僅為459毫米，這意味著大部分設計貨艙都能容納10層高箱。
根據ISO 1496/1，貨艙底層集裝箱允許堆垛192噸（基于最大垂直加速度1.8g），等同于40尺箱平均重量為31噸，或者當堆載是11層時，平均重量為28噸，相當于典型的14噸均箱裝載工況。然而，此裝載工況是船東與造船企業(yè)之間訂立合同的關鍵內容。造船企業(yè)和設計人員在增加貨艙層數或者船深時常常猶豫不決，因為這會導致貨艙最大集裝箱載荷異于14噸最大均箱裝載工況。
集裝箱船可以分析三種不同的吃水概念：設計、結構和營運吃水。傳統(tǒng)上，設計吃水用于航速和載貨量等合同條目；結構吃水是所有國際法規(guī)和船級社規(guī)范的基礎；不同的營運吃水用于計算不同裝載工況的燃油消耗。13000 TEU型船的設計吃水介于14.0～14.5米，而結構吃水一般為15.5～16.5米。
然而，船體加寬的同時保持其船深和吃水會降低附加干舷值，因此有必要安裝防風雨艙口蓋，但將導致額外的維護作業(yè)和成本。船東應慎重考慮是否需要較大結構吃水，或者是否可以通過較大的方形系數和較小吃水來達到相同載重噸。
參數4： 凈空高度
艙口蓋上方集裝箱數量上限受集裝箱強度的限制，與船深相似，主要不同之處在于船舶橫搖產生的橫向扭變載荷——在貨艙內因導軌的存在而無此現象，此影響可以通過較高綁扎橋（目前最高為三層）和不同的堆垛裝置消除。多年來，通過1層、2層和3層綁扎橋的分別安裝，艙口蓋上方集裝箱堆垛層數逐步從8層上升到9或10層。必須注意的是，由于底層集裝箱強度的限制，堆垛總載荷只能略微增加，但是堆垛的重量分布可以調整�，F已有艙口蓋上方11層集裝箱堆垛設計的船舶等待交付，另一個要素是艙口蓋上方集裝箱層數將進一步增加甲板室乃至船橋甲板的高度，這將影響橫向加速度以及船員的安全，因此有必要安裝類似VLCC上采用的指揮位置的保護性結構。
大阪、香港和漢堡港口橋梁的限制、亞歐航線上某些港口橋吊下的凈空高度限制也是應納入考慮范圍的限制因素。 |
