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打印據(jù)國際海事組織(IMO)戰(zhàn)略計劃，目標(biāo)型船舶建造標(biāo)準(zhǔn)(GBS)應(yīng)用范圍將由油船和散貨船擴(kuò)展至所有船型。為此，中國船級社(CCS)未雨綢繆，對目標(biāo)型集裝箱船結(jié)構(gòu)規(guī)范開展研究，為CCS未來的目標(biāo)型規(guī)范研發(fā)工作打下基礎(chǔ)。
一、IMO提出將GBS要求擴(kuò)大至所有船型
目標(biāo)型船舶建造標(biāo)準(zhǔn)(GBS)的概念是IMO在2002年第89屆理事會上引入的。經(jīng)過數(shù)年的努力，GBS確定了五個層次的框架體系。IMO制定第一層船舶安全目標(biāo)、第二層功能目標(biāo)及第三層規(guī)范符合性驗證要求，第四和五層分別為船級社的規(guī)范和工業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)（見下圖）。GBS要求船舶規(guī)范在第一層和第二層的框架內(nèi)制定，并按第三層的符合性準(zhǔn)則予以驗證。2010年，IMO正式發(fā)布了油船和散貨船GBS前三層要求，并開始對各船級社油船和散貨船規(guī)范進(jìn)行GBS符合性審核。經(jīng)過IACS各成員的協(xié)同努力，油船和散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范(CSR)以及IACS各成員配套規(guī)范指南于2016年通過IMO的GBS初次審核。
鑒于GBS要求的科學(xué)性以及在油船和散貨船實(shí)施中獲得了海事界的好評，IMO在2015年和2017年發(fā)布的高層次行動綱要中，均提及繼續(xù)推進(jìn)GBS要求在海事安全和環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用，提出考慮將GBS要求擴(kuò)大到所有船型?？梢哉f，以GBS要求制定未來的船舶規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)已成為必然。最近幾年集裝箱船的大型化成為主流趨勢，系列萬箱甚至兩萬箱超大型集裝箱船陸續(xù)投入市場，但多起集裝箱船事故引起了包括IMO在內(nèi)的海事界各方的高度重視，促使三大主力運(yùn)輸船型之一的集裝箱船勢必成為GBS應(yīng)用推廣的首要目標(biāo)。
為此，IACS加快了GBS方法在集裝箱船規(guī)范制定中應(yīng)用的步伐，比如UR S34――有關(guān)集裝箱船載荷工況功能要求的出臺。各船級社也紛紛升級各自規(guī)范體系，以適用GBS要求。CCS也加快了對集裝箱船GBS規(guī)范的研發(fā)。
二、CCS研發(fā)方法和途徑
CCS通過這些年參與IACS CSR規(guī)范制定和GBS應(yīng)審工作，已掌握GBS方法論，為建立集裝箱船GBS規(guī)范打下了基礎(chǔ)，并提供了方法和途徑：
1、GBS規(guī)范體系的特點(diǎn)
(1) 全面性。GBS規(guī)范需涵蓋IMO對船舶設(shè)計、建造、檢驗、營運(yùn)及維護(hù)的規(guī)則和規(guī)定，甚至包括涂層標(biāo)準(zhǔn)、拆船公約、勞工公約的相關(guān)要求等。
(2) 等效性。GBS規(guī)范對船舶安全要求不再限定于采用“描述性規(guī)定”來明確具體的技術(shù)細(xì)節(jié)，而是鼓勵使用認(rèn)可的等效替代方法實(shí)現(xiàn)設(shè)定的目標(biāo)。
(3) 先進(jìn)性。GBS規(guī)范代表了技術(shù)發(fā)展的前沿和趨勢，如船舶設(shè)計壽命、環(huán)境條件、殘余強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)冗余度、設(shè)計透明度等要求。
2、集裝箱船的關(guān)鍵技術(shù)
(1) 集裝箱船的載荷特性分析，包括船型結(jié)構(gòu)、環(huán)境條件、設(shè)計壽命、載貨特征、營運(yùn)經(jīng)驗等確定運(yùn)動和載荷數(shù)據(jù)，建立船舶全生命周期內(nèi)載荷計算模型；
(2) 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方法研究，包括載荷模式、力學(xué)模型、凈尺寸方法、接受衡準(zhǔn)等；
(3) 基于結(jié)構(gòu)冗余、安全儲備和實(shí)船歷史營運(yùn)數(shù)據(jù)驗證的集裝箱船適用性研究。
3、CCS經(jīng)驗規(guī)范的繼承
梳理CCS現(xiàn)有海船結(jié)構(gòu)規(guī)范，提煉出滿足GBS要求的內(nèi)容，并遵循以下原則將其發(fā)展成GBS規(guī)范：
(1) 保留IACS的統(tǒng)一要求及油船、散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范的技術(shù)體系；
(2) 適用于業(yè)界需求，便于用戶使用和軟件開發(fā)；
(3) 符合規(guī)范的適用性和靈活性要求，利于新型結(jié)構(gòu)設(shè)計。
4、規(guī)范技術(shù)背景的構(gòu)建
GBS規(guī)范體系應(yīng)符合當(dāng)前及未來船舶設(shè)計的發(fā)展方向，具有力學(xué)、材料學(xué)、統(tǒng)計學(xué)等學(xué)科的完善技術(shù)背景：
(1) 分析出傳統(tǒng)經(jīng)驗型規(guī)范所具有的技術(shù)背景，將其升級為GBS規(guī)范技術(shù)背景；
(2) 采用高級分析、試驗或基于風(fēng)險方法等手段，編制科學(xué)的背景文件；
(3) 基于規(guī)范整體性和系統(tǒng)性要求，保證技術(shù)要求涵蓋船舶全生命周期和良好的銜接。
三、CCS集裝箱船GBS規(guī)范初步框架
CCS按IMO GBS方法論的要求，對集裝箱船GBS前三層要求開展了研究，并在此基礎(chǔ)上形成了CCS目標(biāo)型集裝箱船結(jié)構(gòu)規(guī)范體系的初步框架，詳見下圖。
1、環(huán)境載荷
基于25年一遇的北大西洋海況，采用等效設(shè)計波法和大量集裝箱船的實(shí)船比對，獲得對應(yīng)于數(shù)個規(guī)則波下的載荷計算公式，從而建立了規(guī)范的載荷計算體系，同時，結(jié)合集裝箱船結(jié)構(gòu)和裝載特點(diǎn)，對包括橫浪和斜浪在內(nèi)的動載荷工況進(jìn)行組合及應(yīng)用。對于全船有限元分析，基于動態(tài)載荷法，考慮垂向彎矩、水平彎矩和扭矩的長期預(yù)報。
2、描述性規(guī)范要求
IACS UR S11A規(guī)定了集裝箱船波浪載荷(垂向彎矩和剪力)和總縱強(qiáng)度校核要求(包括屈服強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度、船體梁剛度和極限強(qiáng)度)，CCS需按GBS要求補(bǔ)充水平波浪彎矩、扭矩等載荷，并考慮彎扭組合下的船體總強(qiáng)度要求。在此基礎(chǔ)上，建立基于載荷的集裝箱船局部強(qiáng)度要求，并對結(jié)構(gòu)布置作出規(guī)定。
3、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計算
IACS UR S34給出了集裝箱船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計算的功能性要求，CCS按GBS要求實(shí)施轉(zhuǎn)化，從靜水載荷、波浪載荷、集裝箱載荷、計算工況等方面，改進(jìn)了原有的集裝箱船規(guī)范要求。在此基礎(chǔ)上，艙段有限元評估范圍從船中貨艙段擴(kuò)展到整個貨艙區(qū)和燃油艙區(qū)域，同時考慮全船有限元分析，覆蓋了全船區(qū)域的主要構(gòu)件強(qiáng)度驗證要求。
4、其他特殊要求
針對超大型集裝箱船波激和顫振問題，CCS已研究制定了船體結(jié)構(gòu)波激振動和砰擊顫振評估指南，可分別進(jìn)行波激和顫振作用下的疲勞強(qiáng)度分析和顫振作用下的極限強(qiáng)度分析。針對集裝箱系固綁扎，CCS基于集裝箱船載荷體系，給出了集裝箱船系固加速度計算和系固強(qiáng)度評估要求，并可考慮特定航線和特定季節(jié)等特殊要求。
四、展望
GBS從提出、發(fā)展和真正實(shí)施不過10余年，卻對油船和散貨船的設(shè)計建造都帶來了一場技術(shù)革命。IMO最新的戰(zhàn)略計劃為未來的GBS的拓展提供了方向，GBS的逐步應(yīng)用已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，將對更多船型的設(shè)計、建造等產(chǎn)生重大影響，也將對世界船舶工業(yè)提出新的挑戰(zhàn)，考驗各國造船業(yè)的綜合技術(shù)實(shí)力。
對于CCS來說，應(yīng)在前期研究成果的基礎(chǔ)上，以集裝箱船GBS規(guī)范研發(fā)為契機(jī)，認(rèn)真總結(jié)和梳理，全面考慮目標(biāo)型規(guī)范轉(zhuǎn)型要求，拓展GBS規(guī)范體系的適用范圍，攻克規(guī)范體系的束縛，提升中國造船業(yè)的技術(shù)能力和核心競爭力。
(來源：中國船檢 )
