（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）长江大型商品汽车滚装船节能技术研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 为建设两型社会，交通业的节能减排工作不容忽视，而水运业年消费的能 源总量大约占交通业的1 4 左右。船舶是水路交通运输的主体，因此，加强船舶 节能降耗工作，既是转变水路交通增长方式的基本要求和有效途径，也是水路 交通企业降低营运成本，提高经济效益的重要途径。 船舶节能是一项由人、船、环境综合因素决定的系统工程。目前船舶节能 技术主要体现在节能船型、附体节能装置、结构轻型化技术、船机桨最佳匹配、 高效桨、舵等方面。 近几年，长江汽车物流市场持续高速增长，长江商品汽车滚装船大型化趋 势明显。如何针对该类船的技术特点，采用有效的技术措施，达到节能降耗的 目的至关重要。长江大型商品汽车滚装船，由于受到内河吃水的限制，b t 大， 常规型线难以满足性能要求；此外由于稚置的要求，其结构布置形式也与其他 船不同，为此本文主要从船型和结构设计两方面进行分析，以达到节能效果。 本篇论文共分为五章：第l 章为绪论部分，明确了研究的目的、意义、主 要内容；第2 章为长江商品汽车滚装船市场与船型特点分析部分，通过长江商 品汽车滚装船市场分析，指出滚装船大型化趋势，通过船型主尺度论证及航线 配船确定未来长江大型商品汽车滚装船的主力船型是1 3 0 0 车；第3 章以长江 1 3 0 0 车大型商品汽车滚装船为研究对象，总结分析现有优秀船型研究成果，针 对该类船特点设计型线，并通过模型试验验证所设计的型线具有良好的快速性 能，具有一定的节能效果；第4 章采用规范设计结合有限元直接计算的方法， 优化长江1 3 0 0 车大型商品汽车滚装船结构布置形式和结构尺寸，以减轻结构重 量，实现节能降耗；第5 章对全文进行总结。 关键词：大型商品汽车滚装船：长江；节能；船型；结构优化 a b s t r a c t t ob u i l dt w o - o r i e n t e ds o c i e t y , i tc a nn o tb ei g n o r e df o rt r a n s p o r t a t i o nt os a v e e n e r g ya n dr c d u e ee m i s s i o n a n dt h ee n e r g yc o n s u m p t i o no fw a t e rt r a n s p o r t a t i o n a c c o u n t sf o ra b o u taq u a r t e ro ft h et o t a lc o n s u m p t i o no ft h et r a n s p o r t a t i o n s h i pi st h e m a i nb o d yo fw a t e rt r a n s p o r t a t i o n , s os t r e n g t h e n i n gt h ew o r ko fe n e r g yc o n s e r v a t i o n a n dr e d u c i n gc o n s u m p t i o no fs h i pa l en o to n l yt h eb a s i cr e q u i r e m e n ta n de f f i c i e n t p a t ht oc h a n g i n gt h eg r o w t hm o d eo fw a t e rt r a n s p o r t a t i o n , b u ta l s ot h ei m p o r t a n tw a y t or e d u c i n go p e r a t i o n a lc o s t sa n di m p r o v i n gt h ee c o n o m i ce f f i c i e n c yf o rt r a n s p o r t e n t e r p r i s e s s h i pe n e r g yc o n s e r v a t i o ni sas y s t e me n g i n e e r i n gd e c i d e db yp e o p l e , s h i pa n d e n v i r o n m e n t a lc o m p o s i t ef a c t o r s a tp r e s e n t ，t h ee n e r g y - s a v i n gt e c h n o l o g i e so fs h i p i s m a i n l yr e f l e c t e d i n e n e r g y - s a v i n gs h i pt y p e ，pe n e r g ys a v i n gd e v i c eo fs h i p a p p e n d a g e ，t h et e c h n o l o g yo fl i g h ts t r u c t u r e ，t h eb e s tm a t c h i n go fs h i p ，e n g i n ea n d s c l r c w ，h i g he f f i c i e n c yo fp r o p e l l e ra n dr u d d e r , a n ds oo i l i nr e c e n ty e a r s ，t h el o g i s t i c sm a r k e to fc a r si sr a p i d l yg r o w i n gi nt h ey a n g t z e r i v e r , a n dt h et r e n di sv e r ye v i d e n tf o rt h em a x i m i z a t i o no ft h er o - - r om e r c h a n d i s e c a 塔s h i p b a s e do nt h et e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c so ft h i ss h i pt y p e ，h o wt ol l s et h e e f f e c t i v et e c h n i c a ll l l e f l t s u l e 8t oa c h i e v et h ep u r p o s eo fs a v i n ge n e r g yi sc r u c i a l b e c a u s eo ft h er e s t r i c t i o no fi n l a n ds h i pd r a t t ，s h i pb r e a d t ht od r a f ti sl a r g e , s ot h e g e n e r a ll i n e st y p e 啪n o tm a t c ht h ep e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t s i na d d i t i o n , t h ef o r m o fs t r u c t u r a la r r a n g e m e n ti sd i f f e r e n tw i t ho t h e rs h i p sd u et ot h er e q u i r e m e n t so f a r r a n g e m e n t f o rt h e s el e a s o r l s ，t h i sp a p e rm a k e sad i s c u s s i o nm a i n l yf r o m h u l lf o r m a n ds t r u c t u r a ld e s i g nt oa c h i e v ee n e r g y - s a v i n ge f f e c t t h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e sf i v ec h a p t e r s t h e1s tc h a p t e r ：t op o i n to u tt h e o b j e c t i v e , m e a n i n ga n dm a i nc o n t e n t t h e2 r i dc h a p t e r ：t oa n a l y z et h em a r k e t s i t u a t i o na n dt h et y p ec h a r a c t e r i s t i co fc o m m e r c i a la u t om o b i l er o - r os h i pi n y a n g t z er i v e r , t h em a r k e to fr o - r os h i pw a sa n a l y z e d ，p o i n t i n go u t t h et e n d e n c yt h a t r o - r os h i pw i l lg r o w i n gl a r g e r t h r o u g ht h ea s s c s s n l e n to f m a i nd i m e n s i o n sa n d l l 武汉理工大学硕士学位论文 s e a w a ys h i pa s s i g n m e n tt od e t e r m i n em a i ns h i pt y p eo f t h er o r om e r c h a n d i s ec a 瑙 s h i pi nt h ef u t u r e ，w h i c hc a r r y13 0 0c a 玛t h e3 r c lc h a p t e r ：b a s eo i lt h ea n a l y s i so f f e a t u r eo fc o m m e r c i a la u t om o b i l er o r os h i pi ny a n g t z e ，ar e c o m m e n d a t i o nw a s g i v e n t h ed e s i g n so fl i n e s ，w h i c ha r ep r o v e db yt r i a lo fs h i pm o d e lt oh a v eg o o d r a p i d i t ya n de n e r g y - s a v i n ge f f e c t , a l eb a s e do nt h ef e a t u r eo ft h i ss h i p t h e4 t h c h a p t e r ：a c c o r d i n gt ot h em e t h o do fc r i t e r i o nn u m e r a t i o nc o m b i n e 、i t i it h ed i r e c t n u m e r a t i o no ff i n i t ee l e m e n t , o p t i m i z i n gt h es t r u c t u r a la r r a n g e m e n ta n ds i z eo fl a r g e c o m m e r c i a la u t om o b i l er o - r os h i pc a r r y i n g13 0 0 r i no r d e rt or e d u c i n gt h e s t r u c t m a lw e i 出a n da c h i e v i n ge n e r g y - s a v i n ga n dc o n s u m p t i o n - r e d u c i n g t h e5 t h c h a p t e r ：s l i mu pt ot h ep a p e r k e yw o r d s ：l a r g ec o m m e r c i a la u t o m o b i l er o - r os h i p ；y a n g t z er i v e r ；e n e r g y c o n s e r v a t i o n ：s h i pt y p e ；s t r u c t u r a lo p t i m i z a t i o m 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生( 签名) ： 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印和其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时 授权经武汉理工大学认可的有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并 向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：导师( 签名) ： 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 为建设两型社会，交通业的节能减排工作不容忽视，而水运业年消费的能 源总量大约占交通业的1 4 左右。船舶是水路交通运输的主体，因此，加强船舶 节能降耗工作，既是转变水路交通增长方式的基本要求和有效途径，也是水路 交通企业降低营运成本，提高经济效益的重要途径。 船舶节能是一项由人、船、环境综合因素决定的系统工程。目前船舶节能 技术主要体现在节能船型、附体节能装置、结构轻型化技术、船机桨最佳匹配、 高效桨、舵等方面。 近年来，受益于我国汽车产业的高速发展，国内汽车滚装物流发展很快。 汽车滚装物流以水路运输为基础和依托，与传统的铁路、公路运输方式相比， 具有运能大、运费低、装卸效率高、安全性好、节能环保等许多优点。在汽车 产销规模进一步扩大、汽车厂家降低物流成本的要求日趋强烈、公路和铁路汽 车物流出现瓶颈等背景下，未来我国汽车滚装物流充满发展机遇。 长江沿岸的汽车工业发展迅猛，近几年来产量增长已超过2 0 ，集中了全 国4 7 左右的汽车产量，带给长江整车物流业前所未有的发展机遇。滚装船队 是汽车滚装物流系统的主体和核心，是整个汽车滚装物流活动的组织者和实施 人。三峡大坝建成后，长江通航条件大为改善，为适应汽车厂不断降低运费的 需求和同益扩大的滚装物流市场，滚装船大型化将是滚装物流行业船型发展的 必然趋势【z j 。 面对长江商品汽车滚装运输发展的大好机遇，如何针对该类船的技术特点， 开展长江大型商品汽车滚装船节能技术研究至关重要。长江干线航道条件特殊， 不同于海上，船舶吃水受到限制，滚装船的大型化必将会使b t 较大，此外由 于布置的要求，其结构形式也与其他船不同，为此本文主要针对船舶设计阶段， 从长江大型商品汽车滚装船的船型和结构设计两方面进行分析，以达到节能降 耗的目的。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 研究的目的和意义 经济的可持续发展已变成全球所有国家的共识，联合国为此也呼吁全世界 每个国家都要重视发展节能型经济。近些年，我国的造船业和国家整体经济形 势一样，发展很快，形势喜人，产品有很强的竞争力，但要获得长期的竞争力， 必须从战略上重视节能技术的研究和开发。节能是缓解能源约束，减轻环境压 力，保障经济安全，实现全面建设小康社会目标和可持续发展的必然选择，体 现了科学发展观的本质要求，是我国国民经济发展中的长期战略任务，必须摆 在更加突出的战略位置i l j 。 油价的连续大幅上扬，导致了航运企业运输成本大幅增加，油价持续飚升 已越来越成为各家航运企业难以承受的成本之痛。船舶是能源消耗大的运输工 具，加强船舶节能降耗工作，有利于“两型社会”建设，既是转变水路交通增长方 式的基本要求和有效途径，也是水路交通企业降低营运成本，提高经济效益的 重要途径。 近几年，长江汽车物流市场持续高速增长，过坝运量迅速增长，船舶大型 化趋势明显。国家汽车产业发展政策的发布，对于中国汽车产业的发展是 长期利好，有利于改善汽车消费环境，扩大汽车消费。未来3 5 年是汽车进入家 庭的高峰期。长江沿江的商品车的主要生产厂家有上海大众汽车有限公司、上 海通用汽车有限公司、上海奇瑞汽车有限公司( 芜湖) 、神龙汽车有限公司、东 风日产汽车有限公司、东风本田汽车有限公司、长安一铃木汽车有限公司、南京 依维柯汽车有限公司等多家汽车生产厂家。随着商品汽车滚装船在长江运输市 场份额的不断增长，节能降耗工作刻不容缓。在船舶设计阶段，基于航运条件 和船型特点，开展长江大型商品汽车滚装船节能技术研究很有意义。 目前船舶设计阶段的节能技术主要有节能船型、附体节能装置、结构轻型 化技术、船机桨最佳匹配、高效桨、舵等。长江大型商品汽车滚装船，由于受 到内河吃水的限制，b t 大，常规型线难以满足快速性要求，此外由于布置的要 求，其结构设计有其特殊性。为此本论文以长江大型商品汽车滚装船为研究对 象，总结分析现有优秀船型研究成果，针对该类船船型特点，在型线和结构方 面开展研究，以达到节能降耗的目的。 2 武汉理t 大学硕士学位论文 1 3 船舶节能技术概述 船舶节能是一项由人、船、环境综合因素决定的系统工程，已成为世界各 国造船界和航运界研究的重要课题，它关系到节约燃料资源和费用、环境保护 以及船舶营运经济效益等问题。随着造船业的发展，船舶燃料费呈显著增高趋 势，占船舶营运总费用开支成本的比例颇大。据统计，油船约占6 0 ，散货船 约占5 0 ，定期客货船约占3 5 ，小型运输船也占2 5 , - - - , 3 0 。因此，船舶节 能极为重要，是关系到国民经济发展的问题。目前船舶节能技术主要体现在节 能船型、附体节能装置、结构轻型化技术、船机桨最佳匹配、高效桨、舵等方 面。 1 3 1 节能船型 船舶节能技术之一是节能船型的优化设计。在满足船舶使用条件下，优化 船体型线，使船舶阻力最小，选配耗油量小的船主机，使总体协调匹配，以达 到船、机、桨、舵的最佳配置，从而提高船舶的推进效率，减少营运费用。 近年来各国致力于节能船型的研究收到了明显的效果。开发了诸如球鼻首 船型、纵流船型、双体船及小水线面双体船、浅吃水肥大船型等。另一方面， 造船工作者们对船舶尾部型线的研究倾注了更多的精力，以求改善船一桨配合， 出现了不对称尾船型、双尾鳍船型、涡尾船型、球尾船型等，均收到了较为显 著的节能效果【3 】。 1 3 2 结构优化设计 一个良好的结构设计，要考虑到整体性、工艺性，而经济性则是评价任何 设计的重要方面。在设计过程中，既要保持结构的足够强度，又要尽量减少船 体的自重，以体现其结构设计的经济性和合理性，而最终达到结构优化和节能 的目的。 随着船舶事业的发展、计算理论及计算手段的更新，船舶结构设计的理论 和方法也在不断地更新发展，结构优化设计已在大型船舶设计中实现。不论是 规范法设计还是计算法设计，半概率的直接计算法还是概率设计计算法，都是 在安全适用的前提下寻求最大的经济效益，即船舶结构优化设计问题。船舶结 构优化设计在于寻求既安全又经济的结构形式，而结构形式包括了尺寸、形式 武汉理工大学硕士学位论文 和拓扑等信息。其目标是求解具有最小重量的结构，同时必须满足一定的约束 条件，以获得最佳的静力或动力形态特性。寻求合理的结构形式和适当的结构 尺寸，使船体结构在满足强度、刚度、稳性及频率等条件下具有较好的力学性 能、工艺性能、经济性能及使用性能。 结构优化根据变量的性质可以分为连续、离散、混合变量模型。船舶是一 个复杂的空间结构物，结构设计因含有骨材间距等连续变量和钢板厚度、型材 面积等离散变量，故船舶结构优化属于混合优化。船舶结构设计具有很强的综 合性、经验性、模糊性、多目标性和创造性等【4 1 。 1 3 3 船机桨最佳匹配 船机桨最佳匹配可以使推进装置的整体性能达到最佳状态，实现以最高的 推进效率做功，从而使燃料损耗率达到最低限度，获得最高的推进装置运转经 济性，所以，在能源短缺的形势下，以节能的观点研究推进装置的最佳能量转 换，即船机桨工况的最佳匹配型式是非常重要的课题，是船舶发展的方向之一。 船、机、桨是一个能量的转换系统。即主发动机输出能量，传动设备将能 量传递给螺旋桨，螺旋桨把旋转形式的能量转化成推力，以此推力克服船舶航 行时所受到的阻力，从而使船舶在相应的航速下航行。船、机、桨工况与配合 的研究就是要研究船舶在各种航行条件下能量转换过程的特性变化规律，从而 找出最佳参数和最佳转换过程，得到一个具有最好营运经济性和投资效果的方 案。要得到较高的运行经济性，一方面取决于船、机、桨本身的性能，另一方 面与合理地选择推进装置的型式，充分利用船、机、桨的配合特性有密切的关 系。众所周知：一般船舶由于主发动机、传动设备及推进器的性能参数都存在 局限性，通常情况下各部件的性能参数只有在某一负荷范围内才是优良的，离 开此范围，性能均会下降，即船舶只有在设计工况下运行时其经济性才最好。 但许多船舶的工作条件是不断变化的，如船舶负荷的变化，风浪、污底等变化。 在设计螺旋桨时，选择不同的工况点直接影响船舶的经济性及可靠性。从节能 的角度出发，选主机额定( 标定) 转速下，负荷特性曲线上油耗最低区所对应 的某功率作为实际设计功率可取得较好的经济效益【5 】。 4 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 4 其他节能技术 1 3 4 1 节能附体 一种附体是否适用、是否有效与母体密切相关，牵涉到船型尤其是尾型特 征、船型参数、螺旋桨负荷、设计条件等因素，条件不同，选用附体的着眼点 也不同。各种水动力节能附加装置的作用主要有：( 1 ) 改善螺旋桨进流，使之 更加均匀；( 2 ) 减少船尾的水流分离现象；( 3 ) 使桨前流预旋，把原来尾流中 损失的旋转能转化为推力功：( 4 ) 产生附加推力。这些装置中取得较显著节能 效果的有：补偿导管、前置导管和c o s t a 整流舵组合式节能装置、桨前整流鳍、 舵附推力鳍装置、桨后固定叶轮、c n i m 自由旋转叶轮等。 1 3 4 2 新型高效螺旋桨 近年来，丹麦、西班牙、荷兰等几个西欧国家的科研人员在一些新概念、 新思路指引下，开发出几款新型螺旋桨。与目前商船上广泛使用的常规螺旋桨 相比，这几款新型螺旋桨具有下列两个明显优点： 首先，新型螺旋桨推进效率高，在保持船舶航速不变的前提下，可节约主 机功率少则3 - 4 ，多则8 1 0 。 其次，新型螺旋桨可明显减少激振力，从而可明显消减船尾振动，因而延 长了船体结构和设备的使用寿命，对客船、旅游船和客渡船而言，还明显改善 了旅客和船员的居住舒适性。 1 3 4 3 高效舵 著名的船用设备制造商一l i p s ，于2 0 0 1 年推出了一种新型节能装置一高效 舵( e f f i c i e n c yr u d d e r ) ，也可称为桨舵一体化装置( p r o pa n df i nc o m b i n a t i o n ) 。在 舵叶中间部位，沿螺旋桨轴轴线延伸方向，焊有一只呈流线型纺锤体状的舵球， 与常规船舶螺旋桨与舵各自独立不同，此舵球使螺旋桨与舵成为一整体，舵球 最大直径要超过螺旋桨桨毂直径，看上去宛如一枚鱼雷。 推进功率的节省是由于“伴流增益”效应所致。光顺的鱼雷体消除了原先在螺 旋桨桨毂后方发生的旋涡，使桨后尾流变得非常顺畅，尾流速度降低，螺旋桨 盘面面积增加，从而提高了螺旋桨推进效掣6 】。 5 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 研究的主要工作内容 本篇论文共分为五章：第l 章为绪论部分，明确了研究的目的、意义、主 要内容；第2 章为长江商品汽车滚装船市场与船型特点分析部分，第3 章以长 江1 3 0 0 车大型商品汽车滚装船为研究对象，总结分析现有优秀船型研究成果， 针对该类船特点设计型线，并通过模型试验验证所设计的型线具有良好的快速 性能，具有一定的节能效果；第4 章采用规范设计结合有限元直接计算的方法， 优化长江1 3 0 0 车大型商品汽车滚装船结构布置形式和结构尺寸，以减轻结构重 量，实现节能降耗；第5 章对全文进行总结。 本论文主要完成以下工作： ( 1 ) 长江商品汽车滚装船市场与船型特点分析 首先通过长江商品汽车滚装船市场分析，展望船舶发展趋势；其次通过船 型主尺度论证及航线配船确定未来大型商品汽车滚装船的主力船型，为后续研 究打下基础。 ( 2 ) 长江大型商品汽车滚装船节能船型的研究 以长江大型商品汽车滚装船的主力船型为对象，总结分析现有优秀船型研 究成果，针对该类船特点设计节能型线，并通过模型试验加以验证。 ( 3 ) 长江大型商品汽车滚装船结构设计及优化 以长江大型商品汽车滚装船的主力船型为对象，采用规范设计结合有限元 直接计算的方法，优化1 3 0 0 车大型商品汽车滚装船结构布置形式和结构尺寸， 以减轻结构重量，实现节能降耗。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章长江商品汽车滚装船市场与船型特点 2 1 引言 汽车工业是关系到技术进步、国民经济发展与社会生活现代化的支柱性产 业。它将资金密集、技术密集、劳动力密集集于一身，具有附加值高、技术含 量高、产业链条长、资金回收快、利税率高等特点。随着国家“九五”产业政策的 实施，以及消费重心由集团消费向家庭、个人消费的转移，汽车工业的前景被 普遍看好蝉j 。 随着经济的快速发展，从2 0 0 0 年开始，中国汽车产销进入高速增长阶段。 2 0 0 8 年，我国汽车销售增速在1 8 左右，即使市场增速下降为1 5 ，汽车销售 也可以达n t 2 , j 纪录的1 0 0 0 万辆，其中适合滚装运输的车型比例在6 5 左右，即 6 5 0 万辆。按照年均1 0 的增幅，到2 0 1 0 年，我国汽车产销规模预计达到或超 过1 2 0 0 万辆，其中适合滚装运输的车型8 0 0 力辆左右。 “十五”以来，长江滚装业务发展很快，船运量从2 0 0 1 年的2 万余辆发展到 2 0 0 8 年的3 3 万辆。为适应汽车厂不断降低运费的需求和同益扩大的滚装物流市 场，船舶大型化将是长江滚装物流业船型发展的必然趋势。 2 2 商品汽车滚装运输的优势分析 随着汽车物流的发展，水路运输的优点已被普遍认可。商品汽车滚装运输， 作为一种先进的水路运输方式，具有其更为突出的优势。 与公路、铁路相比，水路运输最大的优势是成本低、污染小，劣势是速度 低、时效差。虽然运输时间加长，但汽车用户对时间并不是很敏感，用户更关 注的是成本。由于近年来燃油价格上涨迅速，节能已经成为关乎运输企业命脉 的重要因素，随着汽车价格的降低，运输费用在整车价格中所占比例有所提高， 水路滚装运输更能体现出它的优势。另外，采用水运，所利用的江、海都是自 然资源，不会造成对资源的浪费，有利于环保。 商品汽车滚装运输作为一种高效率的商品汽车专业化运输方式，己被世界 7 武汉理工大学硕士学位论文 大多数国家特别是经济发达国家所采用。在国际上，商品汽车滚装运输一般占 汽车销售的3 0 多。据有关专家介绍，滚装运输在汽车工业发达国家如日本、 欧洲地区已得到广泛应用。 商品汽车滚装船有其突出的优势：第一，商品汽车滚装船一次可运大批小 汽车，它设有多层汽车甲板，使其舱位利用率大大提高，装车量大，载货能力 强。第二，商品汽车滚装船由于其所载货物单一，装卸方式也就相对单一，对 装卸工艺要求不高。船和码头不需设置起重设备，汽车由汽车码头通过跳板直 接开上船，障碍物较少的宽敞的汽车甲板以及坡道、升降机等设施使舱内交通 更加方便快捷，大大提高了装卸效率。第三，商品汽车滚装船的积载方式以及 系固工艺更适合运输汽车，在提高积载利用率和装卸效率的同时，对汽车的安 全保护也非常好，使货损货差比较小。 汽车产量的不断增加以及航道条件的不断改善，有效地促进了长江整车物 流业的繁荣。近年来长江整车物流量持续高速增长，平均增长率己达3 0 4 6 。 考虑到水运的经济性方面的突出优势，汽车厂商纷纷要求水路运输来降低运输 成本，长江水路整车物流货源潜力巨大，具有较大发展空间。需求量及运输批 量的不断增加，使得商品汽车滚装运输在商品汽车水路运输中运量大、效率高 的优势将越来越明显，所占市场份额将会逐渐加大【2 1 。 2 3 长江商品汽车运输市场分析 2 3 1 运量 近几年，长江汽车物流市场持续高速增长，过坝运量迅速增长，船舶大型 化趋势明显。国家汽车产业发展政策的发布，对于中国汽车产业的发展是 长期利好，有利于改善汽车消费环境，扩大汽车消费。未来3 5 年是汽车进入家 庭的高峰期。长江沿江商品车的主要生产厂家有上海大众汽车有限公司、上海 通用汽车有限公司、上海奇瑞汽车有限公司、神龙汽车有限公司、东风日产汽 车有限公司、东风本田汽车有限公司、长安铃木汽车有限公司、南京依维柯汽 车有限公司等多家汽车生产厂家。商品汽车的主要航线有武汉一重庆、上海一 重庆、南京一重庆。长江汽车工业走廊形成及主要汽车集群地产能见表2 1 。 据调研，预计2 0 1 0 年长江滚装市场需求量达到5 2 万辆。三峡大坝建成后， 8 武汉理工大学硕士学位论文 长江通航条件大为好转，大车位船舶运行成为可能。要满足船运需求，按照目 前比例较重的3 5 0 车位的滚装船进行运输，届时需要投入6 0 艘左右；而按照6 0 0 车位滚装船进行配置，需投入2 5 艘左右。目前长江滚装船共计5 5 0 0 车位左右， 折合3 5 0 车位船舶1 6 艘，折合6 0 0 车位船舶9 艘，运力发展还有一定空间【9 1 。 表2 1长江汽车工业走廊形成及主要汽车集群地产能( 万辆) 基地汽车生产厂 2 0 0 6 年2 0 0 7 年2 0 1 0 年 重庆长安汽车、长安福特、长安铃木、长安跨越、5 41 0 01 5 0 武汉神龙、尔风本田、东风日产、吕河、江铃 4 67 61 2 0 南京 奇瑞、江淮、南汽、南京k 安、仪征、东风悦5 l9 02 0 0 上海上海通用、上海大众、华普、吉利 9 81 3 42 3 0 合计 2 4 9 4 0 0 7 0 0 2 3 2 商品车港口 商品车主要港口为重庆、武汉、南京、上海。 重庆主要的商品车码头有：江北码头、九龙坡码头、东风船厂码头、长石 尾码头、唐家沱滚装船专用码头等，重庆港拂耳岩码头一期工程将于2 0 0 7 年1 1 月投入使用。 目前重庆港务集团九龙坡港区有一定的滚装汽车通过能力，但是九龙坡港 区距汽车生产基地远，基础设施简陋，因此，规划实施中的寸滩港区将成为重 庆市集装箱和商品汽车水运滚装运输的重要基地，建设工程分三期完成，一期 工程包括2 个集装箱泊位和1 个汽车滚装泊位：二期工程包括2 个集装箱泊位； 三期工程包括3 个集装箱泊位和1 个汽车滚装泊位。全部工程完工后，仅寸滩 港区滚装车辆装卸能力将达到3 0 万辆年。 武汉主要的商品车码头有：3 3 0 码头、沌口码头、军山码头( 民生公司) 。 南京主要的商品车码头有：新生圩码头( 南京港新生圩汽车滚装码头，位 于南京港新生圩外贸港区内，上游距南京长江二桥3 k m ，下游离长江出海口 3 4 0 k i n 。这里江面宽敞，深水近岸，河势稳定，深水航道宽度达8 0 0 多米，枯水 期码头前沿水深保持在负l l m 以上，可常年停靠万吨级海轮作业。滚装码头于 2 0 0 1 年开工建设，工程总投资约8 0 0 0 万元人民币，建有万吨级滚装泊位和千吨 级滚装泊位各一个，设计年通过能力3 6 万辆。) 、南京港四公司码头。 上海主要的商品车码头有：炮台湾码头、海通码头( 海上) 。 9 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 3 航道、船闸 重庆至三峡大坝河段分为常年库区航道、变动回水区航道。三峡水库正式 运行期丰都至三峡大坝为常年库区航道，航道条件明显改善；丰都至重庆为 变动回水区航道，非汛期航道条件较天然状态有所改善，但汛期呈现天然航道 特征，水流条件依然复杂；长江中下游主航道通过长江航道部门的维护与疏浚 工作，航道的维护水深稳定且有逐步加深的趋势。长江干线重庆浏河口航道现 状与规划见附录一。 目前三峡和葛洲坝船舶集泊尺度见表2 2 。 表2 2目前三峡和葛洲坝船舶集泊尺度表 船闸集泊长度集泊宽度槛上最小水深 葛洲坝一号船闸 2 6 63 2 85 0 葛洲坝二号船闸2 6 63 2 85 0 三峡人坝永久船闸 2 6 63 2 8 5 0 ( 当坝前水位不低r1 4 4 m 时) 葛洲坝三号船闸1 1 8 1 7 2 3 5 三峡人坝升船机( 规划) 1 1 01 7 23 5 2 3 4 船型现状 长江商品汽车水运市场，主要由重庆“民生”，上海“安顺”以及武汉“长航”三 家航运公司承担。民生公司主要以载“长安”下水西出，安顺、长航则装上海“桑 塔纳”、武汉“神龙”上水西进为主。 目前，长航武汉物流有限公司所属的商品汽车滚装船多为旧客轮改造而成。 船舶载量不同，主尺度各异，载车量从1 5 0 - - 3 5 0 辆不等，技术性能参差不齐。 民生公司商品汽车滚装船均为新造船，拥有5 8 8 车商品汽车系列滚装船，是现 有长江干线最大车位的商品汽车滚装船。 从现有商品汽车滚装船过坝运量、对流系数以及长江沿岸汽车工业产能来 看，商品汽车运输将迎来一个高速发展期，船舶大型化是未来运输公司的必然 选择，随着葛洲坝大江船闸下江心堤河势调整工程的完工，超大型商品汽车滚 装船的快速通道已经打通，必将大大提升商品汽车滚装船的经济效益。 由于商品汽车滚装船的货物价值高，货主为了加快资金周转，满足高端客 户心理需求，要求船舶具有较高的航速。结合船型特点、船舶尺度和排水量分 析，船舶的方型系数均在o 6 5 以下，2 2 - - - 2 4 k m h 的航速是货主和船东均能接受 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 速范围。 尽管市场前景良好，但目前长江商品汽车滚装运输还存在很多问题。大多 入营运的滚装船都是由旧客船改造而成。主尺度各异，技术性能参差不齐， 较少，车位偏小，且由于船型很旧，维修费用较高，适用性较差，油耗较 虽然近年来不少新的商品汽车滚装船开始投入营运，大大提高了运输能力， 的来说，现有的长江商品汽车滚装船运力依然不足，还无法满足汽车工业 的需要。造出更多更大的商品汽车滚装船，已成为经济发展的必然选择。 2 0 0 4 年交通部发布了“川江及三峡库区运输船舶标准船型主尺度系列”( 中 民共和国交通部3 0 号公告) ，规定自2 0 0 4 年1 2 月1 日川江及三峡库区标 型建造必须符合该主尺度系列要求。该尺度系列没有涵盖长江商品汽车滚 。为进一步推进川江及三峡库区船型标准化工作，新修订的尺度系列已涉 江商品汽车滚装船，即将发布。 2 4 长江大型商品汽车滚装船船型特点分析 长江商品汽车滚装船作为一种内河船型，一般具有以下特点【2 】： ( 1 ) 船型在尺度上受到航道、桥梁高度、港口、船闸等客观条件制约，汽 ：扳层数、载车量相对较少；吃水、型深较小，致使l r d 、b d 、b t 较大。 ( 2 ) 由于内河j x l 浪相对较小，实施救助也较海上有优势，因此船型对稳性 ：沉性、操纵性方面要求较海船相对低一些。目前现有船型的布置、结构和 的设置使得它在这些性能上较海船有一定差距。 ( 3 ) 主甲板及以上载车甲板设置为开敞式载车区。 ( 4 ) 为提高载车量，此类船型多采用双层底载车。 ( 5 ) 为降低阻力，提高推进效率，达到较高航速的同时更好地节约能源， ：用双机、双桨的内河高效推进方式和型线。 ( 6 ) 在滚装设备方面，此类船型设置的较为简单。 随着船舶的大型化，除具备以上基本特点外，长江大型商品汽车滚装船还 以下特点： ( 1 ) 考虑航线上桥梁通航净高应不大于1 8 m 的限制，长江大型商品汽车滚 的主甲板以上汽车甲板总层数最多为6 层( 不含主甲板) 。在布置条件满足 提下，考虑到建造成本及船舶重心高度，应尽量减少甲板层数。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 考虑航线上过闸限制总宽尽量不超过2 3 m 的要求，船宽方向最多布置 1 0 列车。考虑到规范中l vs2 5 ，口ds4 的要求，估算长江大型商品汽车滚 装船长应在1 2 0 m 左右，因此船长方向约可以布置1 8 至1 9 行车。 ( 3 ) 为了提高经济性，现代商品汽车滚装船大都在舱底( 即内底板) 也布置 车位，但由于机舱、压载舱、油舱、淡水舱等舱室的布置己占据了大量空间， 加之本身底部型线较瘦且变化也相对较大，因此舱底所能布置的车位有限。 基于运输市场和船东的需求，长江1 3 0 0 车大型商品汽车滚装船将成为未来 的发展船型。根据以上分析，长江1 3 0 0 车大型商品汽车滚装船采用的布置可见 总布置图2 - 1 。按车宽1 8 m ，车长4 8 m ，车间隙0 1 m 计算，在母型船( 5 0 0 车 商品汽车滚装船) 布置的基础上，船宽增加3 9 m ，船长增加1 9 8 m 。 经主尺度论证，长江1 3 0 0 车大型商品汽车滚装船主要参数为： 总长：1 1 9 5m水线长：1 1 4 9 3 m 垂线间长： 1 1 2 8 m型 宽： 2 1 7 0m 船 宽： 2 2 5 0 m型 深： 5 2 0m 设计吃水：2 8 0 m方形系数c b ：0 6 8 2 本船水线下首尾型线较尖瘦，b 厂r = 7 7 5 较大，吃水受限制，应根据船型特 点，采用内河优秀型线，以达到节能的目的。 此外为提高载车量，此类船型大多采用双层底载车。其载车甲板较多，在 满足结构强度要求的前提下，尽量减少结构重量是保证长江商品汽车滚装船最 大限度地满载通过中游浅吃水航道的关键，因此对长江大型商品