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礦砂船是全國科學技術名詞審定委員會審定、公布的科技術語。

隨着社會制度的不斷發展與進步，中國的漢字也在不斷演化着，從最初的甲骨文漸漸發展到了小篆，後來文化進一步發展後，才出現了」漢字」這種說法。

名詞解釋

礦砂船是專門用於載運散裝礦砂的船舶，是屬於散裝貨船一類，它是一種單向運輸船。由於礦砂是重貨，比重大、容積小，易損壞船體。為此，礦砂船構造堅固，貨艙的艙底多半是呈斜面的，貨艙內還裝有縱向檔板，它既能防止礦砂縱向滾動，又能增強船體強度。礦砂船貨艙為單層甲板，艙口較寬大，且一般由兩道縱艙壁將整個裝貨區域分隔成中間艙和兩側邊艙，在中間艙下部設置雙層底，中間艙裝載礦貨，兩側邊艙作壓載艙。由於礦石的密度大，積載因素小，故所占艙容小，這樣會使船舶的重心過低，在航行中產生劇烈搖擺。為提高重心高度，礦砂船的雙層底設計得特別高，有的礦砂船貨艙的橫剖面設計成漏斗形，這樣既可提高船舶的重心高度又便於清艙。同時，礦砂船貨艙兩側的壓載邊艙也比散裝貨船大得多。礦砂船均為尾機型船，航速較低。為適應所載貨物的特點，一般採用高強度鋼，且內底板等構們：均採取加厚的措施，有的則直接對貨艙採取重貨加強措施。

需求

隨着我國經濟的快速發展，對鐵礦石的需求迅速增長，市場對運輸鐵礦石專用礦砂船的需求也日益旺盛，加之船舶大型化規模效應的推動、航道條件的改善和港口建設的發展為礦砂船大型化奠定了基礎,大型礦砂船市場逐步升溫,訂單和新造船的數量明顯增多。僅在2007年，國內23萬噸和30萬噸礦砂船的訂造總數就達16艘。與此同時，作為全球最大鐵礦石生產商和出口商的巴西淡水河谷礦業集團公司，正在計劃建造35艘40萬噸超大型礦砂船，使其總運力超過1 000萬噸，以便降低鐵礦石運輸成本、掌控鐵礦石議價主動權和實現對整條產業鏈的控制。因此，為了參與國際競爭，掌握鐵礦石的海上運輸權，我國研究和開發大型礦砂船具有重要意義。

大型礦砂船（Very Large Ore Carrier，簡稱VLOC）是運輸鐵礦石的專用船舶。由於SOLAS和國際船級社協會(IACS)對散貨船的定義角度不同,礦砂船不列在IACS制定的結構共同規範（CSR）的使用範圍之內，因此礦砂船的設計無需滿足結構共同規範。但其尺度大、載重量大、經濟性高的自身特點決定了該船型設計的特殊性。本文將以30萬噸礦砂船的開發設計為例闡述VLOC的主要船型特點。

主尺度及要素

VLOC 運載貨品單一，停泊港口及碼頭設施對船舶主尺度有一定的限制，又由於主要航行於巴西、澳大利亞至中國、日本、遠東、地中海地區和部分歐洲國家的航線上，因此，大型礦砂船為特定用途、特定航線和特定設計船型。30萬噸VLOC 的主尺度選擇除考慮經濟性外，還要重點關注相關港口/碼頭的相關資料：

（1）允許靠泊的船舶最大載重量；

（2）允許靠泊的船舶總長；

（3）航道和碼頭所允許的船舶最大吃水；

（4）碼頭裝貨設備對船舶air draft（船舶貨艙口至水線的高度）的限制；

（5）碼頭裝/卸貨設備的數量及抓鬥能力；

（6）裝載機的裝載速率；

（7）碼頭裝/卸貨設備對船寬的限制。

該船主尺度選取參照了國外建造的30 萬噸級VLOC 的相關參數。根據船東要求，考慮到可以停靠大多數裝/卸貨港，將目標船的總長限制在330.0m 以內。為了提高船舶營運經濟性，在型深不變的基礎上，儘量增加吃水，採用B-100 干舷，並通過合理的分艙滿足破艙要求。最終，將結構吃水增大到22.1m，載重量達到315 000 噸。通過主尺度的對比分析，確定該船的主尺度要素。

線型設計

該船在主尺度限制的前提下，為達到載重量指標，就儘量增大方形係數，這給線型設計帶來一定的困難。採用低速肥大型船常規的球鼻、球尾線型設計，以達到最佳的阻力和推進性能，其平行舯體的長度接近兩柱間長的1/3。由於受到總長的限制，最大限度地縮短球鼻長度，並優化其形狀，使前端呈豎直狀。考慮該船滿載工況下合理的縱傾範圍（~1% Lpp）和改善尾部伴流場，參考一般肥大型船設計吃水下的縱向浮心位置LCB，並根據空船重量及重心位置和浮態情況，選擇最佳的LCB（舯前2~4%Lpp）。

該船在既定方形係數和縱向浮心位置前提下，通過改變前後體的浮力分布，藉助CFD 計算工具優化線型，降低阻力並提高推進性能，在確保快速性的同時，兼顧良好的操縱性能。優化後的型線，在瑞典SSPA 水池進行了船模試驗，預估實船在考核條件下的航速為15.04kn。首制船的試航結果證實了這一結論。該型船首制船交付後實際營運情況表明，與同類船相比，該型船航速較高，油耗較低，經濟性良好。

總布置

該船主甲板以下由水密橫艙壁劃分為：首尖艙（空）、貨艙區、機艙區和尾尖艙（空）。機艙區上部設8 層甲板室（含駕駛室），首部設1 層首樓。共設兩對雙殼結構的燃油深艙，其中一對布置在機艙，另一對設在貨艙區後部邊空艙內。

3.1 貨艙

VLOC 在滿載工況時出現最大靜水中垂彎矩。該船在船長確定的前提下，力求貨艙長度儘可能大，以達到分散貨物重量降低中垂彎矩的目的。一般而言，30 萬噸級VLOC 的貨艙數為5~7 個，艙口數為6~10 個，貨艙數/艙口數的不同組合有5 / 8、5 / 10、6 / 6、7 / 7 等。針對貨艙劃分，該船採用7 貨艙/7 艙口和5 貨艙/8 艙口兩個方案比較選優的方法來確定最終方案。通過比較發現，5 貨艙/8 艙口有如下優點：其一，從營運角度來講，貨艙數量少，有利於縮短卸貨後的清艙時間。其二，裝/卸貨步驟、時間和裝運2 票貨的靈活性與7 貨艙方案相似。其三，從建造成本來講，槽形橫艙壁數量少，簡化了建造工藝。最終，該船通過4 道貨艙槽形橫艙壁，將貨艙區劃分為5 個貨艙，中部3 個貨艙長度相同，首尾貨艙稍短。共設8 個艙口，中間3 個貨艙各設2 個艙口，首尾貨艙各設1 個艙口。每艙口各設1 個艙口蓋，且尺度相同，艙口蓋為單邊開啟，開啟方式為電動液壓。

3.2 壓載水艙

由於鐵礦石密度大，與載重量相當的VLCC 相比，VLOC 的貨艙容積約為前者的50%，而可以用作壓載水艙的邊艙要富餘許多。VLOC 船型壓載水艙的合理規劃，要考慮以下幾個方面：

（1）在滿足各種裝載要求情況下，壓載水艙容積儘量小；

（2）滿足IACS UR S11 對壓載工況的縱傾值和壓載水艙不滿艙的相關要求；

（3）滿足碼頭裝載機對壓載到港工況船舶的air draft 要求；

（4）儘量降低壓載工況和壓載水置換工況的中拱彎矩。

該船通過大量的組合計算，並適當調整邊艙橫艙壁的位置，確定了合適的壓載水艙的數量及分布。貨艙區的邊艙共分為10 對，其中8 對為壓載水艙，總容積約182 000m，其餘2 對為空艙。壓載水艙的分布確保所有壓載工況最多出現1 對不滿艙。該船設置了3 種壓載工況供船東實際應用：輕壓載工況（light ballast）、正常壓載工況(normal ballast) 和風暴壓載工況(heavy ballast)。可根據海況及航行情況，只需注入或排空1 對或2 對艙就可實現不同壓載工況之間的轉換：即由輕壓載工況改變到正常壓載工況時，只需在輕壓載工況下將No.2 後壓載艙（左和右）打滿即可實現；同樣，由正常壓載工況轉換為風暴壓載工況時，只需在正常壓載工況下將 No.3 後壓載艙（左和右）打滿即可實現；反之，只要排空相應壓載艙即可。三種壓載到港工況均滿足裝貨港的浮態和air draft 要求。另外，壓載水艙優選過程中，通過大量試算，合理選用不同壓載工況的壓載水艙的數量及分布，儘量降低總縱彎矩。最終規劃的壓載水艙方案與最初的方案相比，使該船最大中拱彎矩的設計值約降低5%。

3.3 燃油深艙

根據續航力要求，該船攜帶的燃油總量約8 600m。如果全部放在機艙區，會給機艙布置帶來一定困難，同時對船舶浮態和彎矩的影響也較大。為此，將2 對燃油深艙中的1 對設在機艙，另1 對深艙布置在貨艙區後部的邊空艙內。燃油艙設雙底雙殼保護。

裝卸貨

VLOC裝/卸貨效率是船東關注的重點之一，甚至有些船東提出Single Pass Loading（每個貨艙或艙口一次性完成裝載）要求，這在7貨艙/7艙口的VLOC上較容易實現，如果貨艙數量為5個或6個則較難做到。為了提高裝卸貨效率，VLOC的裝卸貨程序需優化設計，儘量一次裝完一個貨艙或艙口，減少裝載機的移動次數和時間。這主要從以下幾個方面入手考慮：

（1）在滿足總縱強度基礎上進行局部結構加強；

（2）控制整個裝載過程中的船舶浮態，避免大縱傾的產生，重點關注裝載過程中的碼頭air draft 的限制；

（3）滿足cargo mass curve（裝載量曲線）對貨艙裝貨量與吃水的限制條件；

（4）確保壓載水的排空速率與裝載速率相匹配，避免出現裝貨須等待壓載水排空的情況，造成延遲裝載。

通過多種組合計算與分析，對該船裝/卸貨程序進行了優化，並總結出5貨艙/8艙口大型礦砂船裝卸貨的規律。在總縱強度不變的條件下，適當加強結構局部強度，可大大簡化裝卸貨步驟，提高裝貨效率。通過對比選優，使該船裝/卸貨時壓載水自首向尾依次排空，沒有前後壓載水艙穿插排放或單艙多次排放的情況，並且將整個過程的縱傾控制在1% Lpp之內，這不僅方便了實際操作，而且有效降低了裝料臂的移動次數，提高了營運效率。

空船重量

空船重量是船舶設計者、船廠和船東共同關注的指標，是船舶設計水平的重要體現，直接涉及船廠和船東的經濟效益。本船在設計之初，就從貨艙及艙口數量的選取、壓載水艙合理分布、總縱強度控制和高強度鋼應用比例等方面入手進行綜合考慮，儘量降低空船重量。為了控制結構重量，本船對包括所有結構在內的分區域艙段進行有限元分析，通過結構拓撲優化、形狀優化和尺度優化等對結構構件進行優化設計。該型船的首制船傾斜試驗結果表明，與國內同等噸位的礦砂船相比，該船結構重量約輕15%；日本建造的30 萬噸級VLOC 每噸結構重量所對應的載重量約為9.7 噸，與其相比，本船的相應指標略高於該值。該船的空船重量指標達到了國際領先水平

船型特點

通過30 萬噸礦砂船的開發，並參考相關資料，將大型礦砂船的主要船型特點總結如下：

（1）艏樓長度和高度的設置值得關注。艏樓長度只要滿足載重線公約對艏樓有效長度的要求即可，如果進一步加大，可能會影響艏部貨艙艙口蓋的布置。而高度的設置要充分考慮對視線的影響，由此可能導致生活樓層高度加大或層數增多。

（2）壓載水艙優化布置是需要重點解決的難題。大型礦砂船的邊艙寬、容積大，合理確定邊壓載水艙的數量和分布，不僅要考慮船舶浮態、破艙要求、壓載到港工況下碼頭裝貨設備對船舶air draf 的限制，還需要關注壓載水置換或壓載水處理的能量消耗以及總縱強度。尤其需要重點關注壓載工況出現的某1 對或2 對壓載水艙不滿的情況，需要增加全空和全滿狀態的結構強度校核計算，而非常繁瑣。因此，VLOC 壓載水艙的確定要經過大量計算比較才能優選出合理方案。

（3）要求裝/卸貨程序簡便、易操作。提高VLOC 裝/卸貨效率是大型礦砂船設計需要突破的難題之一，尤其是達到Single Pass Loading 要求。除了對貨艙數量和艙口數量進行論證優選外，還要考慮艙口面積和艙底面積以及縱艙壁傾斜角度等方面的設計，儘量減小卸貨死角。通過採取局部結構加強、控制船舶浮態、實現壓載水排空速率與裝載速率的匹配、減少裝載機移動次數和時間等措施，優化裝/卸貨程序，提高船舶營運經濟性。