半潛船改裝及起浮“世越號”穩性校核

唐繼蔚 陳世海 段明昕

半潛船改裝及起浮“世越號”穩性校核

唐繼蔚 陳世海 段明昕

“世越號”客船沉沒于韓國全羅南道珍島郡附近海域，當地天氣多變，水深達到45米，打撈作業環境惡劣，為安全把“世越號”從海底打撈出水，首創雙抬浮駁提升、半潛船起浮出水打撈方案。由于沉船側傾在起浮過程中無法提供足夠的穩性，根據半潛船靜水力曲線計算結果提出半潛船改裝方案。通過GHS專用軟件模擬半潛船起浮“世越號”完整過程，不僅對半潛船穩性進行校核，對實際起浮作業也可以起到指導作用。

半潛船；“世越號”；沉船打撈；穩性校核；船舶改裝

2014年4月16日，載有476人的韓國“世越號”客船在韓國全羅南道珍島郡屏風島以北海域意外進水并最終沉沒，事故造成295人遇難、9人失蹤、142人受傷[1]。2015年8月上海打撈局獲得“世越號”打撈合同，經過590天的日夜奮戰終于在2017年3月23日成功將“世越號”抬浮出水面，之后移船到半潛船上，由半潛船將其完全起浮出水運送至木浦新港，“世越號”打撈工程圓滿完成。半潛船起浮階段是打撈工程四大關鍵階段之一，由于沉船實際重量大小和重心位置不明確，要保證沉船以側傾狀態起浮出水，這些因素都增加了起浮階段的方案設計、模擬分析和施工作業的難度。

半潛船起浮過程的模擬計算，主要通過調整半潛船的壓載水，校核半潛船載貨狀態下的船舶穩性和總縱強度是否滿足規范與施工要求。本文利用半潛船靜水力曲線、GHS軟件等計算船舶起浮過程中的船體穩性。由吊船首階段測得的起吊重量，估算出“世越號”沉船出水重量超13 000噸，且由于“世越號”處于側傾狀態、主船體開孔受損，沉船自身的穩性無法計入起浮過程的模擬計算。為了滿足船體穩性的要求提出一套改裝方案，改善了半潛船出水時的穩性，提高了施工作業的安全性。

一、計算參數

1.半潛船

由于沉船估算重量已經達到萬噸級，再考慮到打撈工程的不確定因素，最終選擇了Dockwise公司的“White Marlin號”半潛船，該船長216.7米，船寬63米，型深13米，沉深吃水26米，甲板空間（L×B）177.6米×63米，載重量72 146噸，最大航速可達14.5節，如圖1為半潛船整體外觀。

圖1 “White Marlin號”半潛船

2.沉船

“世越號”沉船長145米，寬22米，型深14米，空船重量6 113噸，載重量3 794噸，排水量9 907噸，在韓國國內屬于大型滾裝客輪，沉沒于水深45米處，船體呈90°左傾橫躺于海底。根據打撈方案由33根提升鋼梁穿過沉船左舷海底面與兩艘抬浮駁船上安裝的提升系統連接，將沉船抬出水面約13米，移至半潛船上后起浮出水。表1為起浮過程中的沉船重量及重心距離隨水深變化估算表。

表1 沉船重量及重心距離隨水深變化估算表

3.穩性要求及規范

半潛船初穩性校核需要滿足如下要求：

（1）船上燃料、消耗品和備件按照10%載重計算；

（2）在風速不超過6級、有義波高不超過0.5米或者風速不超過4級、有義波高不超過1米時船舶初穩性高不小于0.15米；

（3）當半潛船下潛到最大沉深時，自由液面修正后的穩性高不能小于0.5米；

（4）半潛船在沒有裝載任何貨物的情況下，在下潛和起浮過程中穩性高都不能小于0.15米。

二、半潛船改裝方案

1.改裝前穩性計算

根據Dockwise公司SC9141-100-07 70 000噸半潛船靜水力數值表查表計算，表2為半潛船在沒有任何改裝的前提下裝載“世越號”起浮出水時刻的穩性計算結果。

根據表2的計算結果可知半潛船在沒有改裝前修正后初穩性高為0.09米，小于半潛船下潛起浮過程中穩性高最小要求0.15米，因此需要對半潛船進行改裝，提升半潛船起浮“世越號”出水時刻的穩性以達到施工及規范要求。

表2 半潛船起浮“世越號”穩性計算結果

2.半潛船改裝方案

半潛船在起浮過程中保持一定角度的首傾使首樓兩側的浮力艙室結構沒入水中，并在船尾安裝浮箱，可以增加半潛船在起浮過程中水線面面積，有效提高穩性。因此將招商重工一號（ZSZG1）和三號（ZSZG3）駁船的尾浮箱對稱安裝到半潛船船尾左右，具體布置如圖2所示（只顯示左舷半邊）。原招商重工駁船浮箱的錨機朝船中方向放置，可以輔助沉船裝載作業。

圖2 半潛船增加尾浮箱布置圖

表3為招商重工一號和三號駁船尾浮箱尺寸和 艙容參數：

表3 加裝浮箱參數

在半潛船下沉過程中招商重工三號尾浮箱內部保持空艙，而招商重工一號尾浮箱內部需要注入壓載水，表4為尾浮箱內部壓載艙艙容參數。

表4 加裝浮箱壓載艙艙容參數

三、半潛船起浮過程穩性分析

1.力學模型

圖3為半潛船裝載“世越號”受力分析圖，計算時需要考慮改裝后的半潛船重力、浮力以及貨物重力（包括沉船、支撐軌道和托底鋼梁），其中“世越號”作為貨物不考慮其穩性。

本文利用船舶專業計算軟件GHS進行穩性計算，在GHS軟件中建立半潛船模型、各壓載艙參數，通過加載“世越號”重量、調整壓載水，控制半潛船狀態，計算不同起浮步驟下的船舶穩性[2，3]，圖4為GHS軟件計算模型。半潛船在上浮過程中時刻保持一定的初穩性，即修正后的初穩性高GM大于規范要求值0.5米。

圖3 半潛船裝載“世越號”受力分析

2. 分析步驟

根據首尾吃水變化將半潛船起浮“世越號”過程分為20個分析步驟：0—1半潛船上浮與沉船接觸；2—3沉船重量轉移到半潛船上；4—10半潛船保持船首吃水不變、起浮船尾至甲板出水；11—19半潛船起浮船首至主甲板全部出水。表5為每個分析步驟對應的船體吃水情況。

圖4 GHS軟件計算模型

表5 每步船體吃水情況

3.坐標系

GHS軟件模型的坐標系原點定在0號肋位、船體中心線（C.L.）和基線（B.L.）交點：X坐標零點在0號肋位，朝船尾為正；Y坐標零點在中心線（C.L.），朝右舷為正；Z坐標零點在基線（B.L），朝上為正。橫傾原則：向船右舷橫傾角為正?？v傾原則：縱傾為尾柱吃水與首柱吃水之差，尾傾角為正、首傾角為負。

四、半潛船起浮過程穩性計算結果

通過GHS軟件模擬半潛船起浮過程，主要分為三個階段：第一階段（步驟0—4）抬浮駁將沉船放置到半潛船支撐軌道上，沉船重量轉移至半潛船上，抬浮駁離開；第二階段（步驟5—11）半潛船排出壓載水讓船尾先起浮出水；第三階段（步驟11—19）半潛船繼續排載讓船首起浮出水，最終主甲板全部出水。圖5為GHS軟件模擬起浮過程階段示意圖，在第二階段起浮時船首大部分沉入水下，船首的浮力艙室對保持船體穩性起到主要作用。

在半潛船排載起浮過程中，由于沉船的濕重隨著起浮高度和角度變化不斷增加，半潛船的載重也不斷增加，當沉船全部出水后半潛船最大載重量將達到約14 000噸，圖6為半潛船載重變化曲線。

由于半潛船首樓浮力艙室體積較大可以大幅提高船舶穩性，因此半潛船在起浮過程中基本保持在首傾狀態，最大縱傾吃水差達到11.91米。當船尾甲板出水時，船舶最大橫傾達到1.5°，在起浮階段基本保持右傾狀態不變。圖7、圖8為半潛船起浮過程中的縱傾、橫傾變化曲線。

圖5 GHS模擬半潛船起浮過程

圖6 半潛船載重變化曲線

圖7 半潛船縱傾變化曲線

圖8 半潛船橫傾變化曲線

圖9 為改裝后的半潛船在起浮“世越號”過程的初穩性高變化曲線，在第一階段和第二階段，半潛船的載重量逐步增加，船尾吃水減少，主甲板還未出水時初穩性高（GM）逐步下降直至0.57米，即船尾主甲板出水時刻。之后隨著船首不斷上浮，船體水線面面積不斷增大，穩性大幅提高，主甲板全部出水后GM值可達到27.44米。半潛船下沉到最大沉深26米時GM值為2.69米，大于0.5米，在整個起浮過程中，GM值都大于0.15米，能滿足規范及施工要求，并且留有足夠的設計余量。

五、結論

圖9 半潛船初穩性高變化曲線

本文通過初步穩性分析提出半潛船起浮“世越號”改裝方案，運用GHS專業船舶穩性計算軟件對整個起浮過程進行模擬分析得到如下結論：（1）對于沉船之類自身無法提供穩性的結構物，半潛船自身的裝載能力并不能完全保證船舶穩性及安全，必要時需要加裝浮箱等結構增加穩性。（2）半潛船首樓結構具有較大的浮力艙室，在起浮過程中保持首傾可以有效提高船舶的穩性。（3）半潛船船尾甲板出水時刻GM值達到最小即穩性最差，是整個分析過程的關鍵點，必須滿足設計要求，保證工程的安全性。半潛船起浮“世越號”穩性校核計算指導了半潛船“White Marlin號”的改裝工程和后續實際起浮作業，不僅為“世越號”的成功打撈奠定了基礎，還為以后類似大型沉船打撈提供了參考。

[1]王志堅.韓國“歲月”號客輪翻沉事故的教訓和思考[J].中國應急管理,2015(4):50-53.

[2]Creative Systems.GHS user’s manual[M].American, Greative Systems,Inc.2007.

[3]田拓,婁睿.GHS軟件在大件拖航穩性計算中的應用[J].航海技術,2017(1):48-49.

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.09.001

唐繼蔚（1988—），男，交通運輸部上海打撈局技術開發中心，工程師，碩士。

陳世海（1972—），男，交通運輸部上海打撈局技術開發中心，總經理/高級工程師，碩士。

段明昕（1987—），男，交通運輸部上海打撈局技術開發中心，工程師，碩士。