时间：2022-09-28 11:59:34
摘 要：半潜船与其它船型相比，装载工况比较复杂。由于其货种的特殊性，使得稳性问题成为设计中的一个重大挑战。目前国际海事组织（IMO）和国际船级社协会（IACS）对该种船型都没有统一的技术规范。本文结合实船下潜操作经验，利用GHS软件对半潜船的下潜稳性作简要分析，并得出了初步的结论。
关键词：半潜船；稳性；标准
中图分类号：U661.4 文献标志码：A
Abstract： Compared with other vessels， the loading condition of semi-submersible vessels are extremely complex. Due to the unexpected cargo， the issue of stability is very critical in the design phase. So far IMO and IACS have no uniform standard on it. In this paper， based on practical experience in submerging operation， the stability in submerging condition is analyzed with the software GHS and the preliminary conclusion has been concluded.
Key Words： Semi-submersible vessel； Stability； Standard
1 前言
半船起源于上世纪70年代末，主要用于承运超大型货物、整体构件、大型工业模块（如海洋石油钻井平台）、潜艇、游艇、军舰等，这些货物的重量、体积等都远远超出重吊船的承载能力。通常半潜船的型深小、甲板面积大、B/D较大，因而具有独特的船型特点[1]。
半潜船下潜是其作业的一个重要环节，稳性是考量半潜船能否成功下潜或上浮的一个重要指标。不同于其它船舶，半潜船主体含有大量压载水舱，在作业过程中可能会形成大量的自由液面，而自由液面对船舶稳性有着重大影响，因此有必要对半潜船的稳性开展深入细致的研究。
半潜船模型及相关参数
本文以50 000 DWT半潜船“祥云口”号为例，基于GHS软件对半潜船的空船和载货两种状态的下潜稳性进行初步分析。
半潜船的三维模型如图1，船舶的主要尺度如表1。
2 空船下潜与上浮过程稳性分析
半潜船装货前的空船下潜和卸货前的空船起浮，是该型船舶最基本的两种状态。半潜船船宽较大，在甲板淹没之前，半潜船的初稳性和普通油轮类似，即在吃水增加时，横稳心高KM值总体上呈下降趋势，而当达到一定吃水后，KM值又会有小幅回升。在甲板开始淹没后，半潜船的初稳性会出现骤变。
为了全面分析各项指标对半潜船下潜稳性的影响，下面按平吃水、首倾和尾倾[2]三种下潜状态进行了详细分析。
横稳心高可表示为：
式中：KB――浮心垂向位置；
IX――水线面面积相对于纵向中心线的横向惯性矩；
――排水体积。
2.1 首倾状态稳性分析
通常情况下，半潜船在下潜作业时会有些首倾或者尾倾，这样在下潜的过程中能保证足够的稳性，相对平吃水来说更容易作业。图2～图5分别表示半潜船在平吃水和不同首倾吃水差时随吃水变化的、IX、KB、KG和GM曲线。
根据横稳心计算公式和上面的曲线图，在半潜船首倾下潜时，至甲板开始淹没之前，随着吃水的增加，、IX、KB都逐渐变大；但是随着甲板开始淹没，和KB的增加速率显著变小，IX值则急剧的降低，KG缓缓上升。横向比较不同首倾吃水差的过程，会发现随着首倾吃水差的增加，、KB和KG都没有明显变化，而IX和GM值在甲板开始淹没后的骤变则会慢慢缓解。
2.2 尾倾状态稳性分析
图7～图11分别表示半潜船在平吃水和不同尾倾吃水差下随吃水变化的、IX、、KB、KG和GM曲线。
从图表7～图11可以看出，尾倾下潜时与首倾下潜比较相似。甲板入水前，随着船舶吃水增加，且线性增长的速率很大，而IX的增大速率并不明显，GM值继续缓慢降低；甲板入水后，和K的增加速率显著变小，IX值则急剧的降低，GM值继续降低；在不同尾倾角度下潜的情况下，尾倾吃水差越小，GM值下降的速率越快。
综上所述，当主甲板刚好入水时，若其上没有装载浮力货，水线面将瞬时损失严重，KB和变化不大，而IX急剧变小，从而导致KM 迅速变小，船舶稳性大幅减小。随后，由于浮箱和上层建筑对水线面面积的贡献较小，KB、及IX均趋于常数，稳性趋于最低值，一直到下潜至最大吃水。
同时，通过比较分析平吃水、首倾和尾倾下潜的、IX、KB、KG和GM变化情况，可以看出当主甲板在入水之前和完全入水之后，GM值的变化趋势基本一致。但是，在主甲板入水阶段，通过纵倾可以缓解GM值的下降速率，并且首倾稳性要好于尾倾稳性。
3 装载有浮力货物状态起浮与下潜稳性分析
半潜船装卸有浮力的货物时，虽然货物的重心远高于半潜船的KG，对起浮稳性是不利的，但是货物的水线面面积对起浮初稳性是有利的，因此货物对稳性的影响较为复杂。下面以一座10 633 t自升式钻井平台为典型货物，左右对称配载在主甲板中部（如图12所示），在载货状态下对半潜船下潜初稳性进行分析。
相对与空船状态下的稳性，因为货物本身将产生浮力的原因，因此在载货状态下的稳性与空船有较大的不同。与空船状态类似，分析几个主要影响稳性好坏的参数就可知道在作业过程中船舶是否安全。
图13～图16分别表示半潜船载货状态下随不同阶段吃水变化的、IX、KG和GM曲线。空船状态分析了不同首尾吃水差下的参数变化，载货状态对比分析同一吃水差下首倾和尾倾状态的变化。
从图13～图16我们可以看到，随着吃水的增加，由于货物的原因，的增长速率没有明显变化，IX、KG和GM值在甲板和货物淹没阶段不再趋于线性变化，而是在波动中下降。同时，比较载货状态下首倾和尾倾下潜的情况可以得到，首倾总体上比尾倾稳性更好，下潜更安全。
4 半潜船下潜稳性标准
半潜船下潜过程中，由于水线面的损失及稳心高的突然变小，导致稳性陡然大幅变差。船舶初稳性差，船舶很容易发生倾斜，但半潜船通常要在良好的海况下进行作业，因此可仅考虑初稳性。
目前CCS对半潜船的半潜作业稳性[3]有了详细的规定，具体内容如下：
（1）半潜船满载甲板货物准备下潜时，经自由液面修正后的初稳性高度应不小于1 m；
（2）半潜船满载甲板货物在举升甲板入水或出水过程中，其稳性应满足下列衡准之一：
① 在基本无浪的平静水域，蒲氏风级不超过3级时，经自由液面修正后的初稳性高度不小于0.05 m；或蒲氏风级不超过5级时，经自由液面修正后的初稳性高度不小于1 m；
② 在蒲氏风级不超过6级、有义波高不超过0.5 m时，或在蒲氏风级不超过4级，有义波高不超过1 m的水域，经自由液面修正后的初稳性高度不小于0.15 m。
（3）半潜船下潜至最大吃水时，经自由液面修正后的初稳性高度不小于0.5 m；
（4）半潜船甲板上无承载物在下潜或上浮的任何阶段，经自由液面修正后的初稳性高度不小于0.15 m；
除了IMO和船级社对半潜船的稳性有相关规定，在航运业内还有一家名为DNV GL Noble Denton的技术支持和服务公司，专门为半潜船、重吊船提供重大件的货运技术方案，也制定了一系列的指导规范，在业界广为接受，非常具有权威性。该指南要求在任何时候，船舶初稳性不能低于0.15 m[4]。
5 结论
本文通过比较分析半潜船在下潜工况下的、IX、KB、KG和GM的变化趋势，得出以下初步结论：
（1）在半潜船的主甲板淹没之前，稳性的变化趋势与普通船型基本一致；
（2）在半潜船的主甲板开始淹没之后，KM值急剧下降，如果在下潜的过程中KG控制不好，或者具有较多的自由液面，极易出现负初稳性而造成险情；
（3）平吃水下潜会造成GM值从甲板入水前的12.2 m徒降到甲板入水后的0.4 m，但是通过纵倾下潜会有效缓解稳性陡降的趋势，极大提高下潜作业的安全性；
（4）对于三面开敞的半潜船，首倾下潜的稳性要好于尾倾下潜，主要是由于船首线型的外飘导致IX加速增大的结果；
（5）经过对比CCS和DNV GL Noble Denton关于半潜船下潜稳性的标准，得出GM值大于0.15 m是下潜稳性衡准的一个重要指标；
（6）半潜船带货下潜稳性变化较为复杂，与具体的货物重量、类型和配载位置有关，还需进一步的研究；
（7）通过分析半潜船下潜稳性以及标准，可以发现下潜稳性变化多样，不同的操作会导致下潜过程中不同的稳性变化趋势，情节严重还会导致下潜过程中出现险情和事故，这必须引起压排水操作员的足够重视。
参考文献
[1] 黄蓓蓓，于 洋. 半潜船发展历史与展望[J]. 中国水运 2010，10（1）.
[2] 莫瑞芳. 1.5万吨半船耐波性和浮态稳性研究[D].上海交通大学， 2011.
[3] 中国船级社，钢质海船入级规范（第2分册）[S].2012.
[4] Technical Standards Committee. Guidelines for Marine Transportations. 0030/ND 2015. GL Noble Denton ，
[5]张 泉， 田佰军. 半潜船空载半潜作业时初稳性研究[J]. 中国水运，2015，15（9）.
[6] 何雨嘉， 何运彭. 半潜船设计的挑战[J]. 中国水运， 2004.（6）.
[7] 张泉. 半潜船载运重大件货物完整稳性研究[D].大连海事大学， 2013.