第二代完整稳性衡准

IMO第二代完整稳性衡准研究及其影响CCS上海规范研究所2012年11月背景目前生效的国际第一代完整稳性规则即《2008年国际完整稳性规则》（2008ISCode）。该衡准是根据20世纪中期收集的船舶营运统计和气象衡准制定的规定性规则。长期以来，国际海事组织（IMO）和学术界均倾向于采用水动力学理论研究船舶稳性衡准，并改进现有完整稳性衡准规则体系。目的覆盖新的稳性失效模式；对现行船舶船舶提供基于水动力学的稳性评估方法；作为现行完整稳性衡准的补充和替代方法；同时也是为具体船舶提供操作指南。现有衡准的基础目前生效的《2008年完整稳性规则》是根据20世纪中期收集的船舶营运统计和气象衡准制定的规则，主要是基于经验背景。现有衡准的基础基于船舶静力学理论以船舶在静水中静止时在横风、横浪作用下的复原力臂曲线的参数来描述的。现有衡准的不足主要缺陷：无法体现现代船舶水动力学研究的新成果；无法体现船舶类型及其操作和环境条件的多样化；仅仅是船舶稳性失效模式之一（瘫船），未涉及其它的稳性失效模式。进展2007年，将“以性能为标准的衡准”改名为“新一代完整稳性衡准”，并正式启动了制定工作，明确4种稳性失效模式作为考虑内容2008年，在国际海事组织稳性分委会（SLF）第51次会议上，专门成立完整稳性工作组，重点讨论新一代完整稳性衡准的制定2010年，SLF第52次会议上，重点讨论了新一代完整稳性的框架形式2011年，SLF第53次会上，将新一代完整稳性的名称更改为“第二代完整稳性”，增加了过度加速度失效模式，明确了需要研究的5种失效模式2012年，SLF第54次会上，对已经提出的有关5种失效模式的level1和2层衡准草案进行了讨论，拟将各草案合并，发展为协调统一的衡准将来计划2013年，完成薄弱性衡准（Level1和Level2），并提出初步标准建议2014年，完成第二代完整稳性衡准的应用指南等第二代稳性衡准的失效模式经过IMO多年的工作，第二代完整稳性衡准主要关注五种稳性失效模式。(1)参数横摇(2)横甩/骑浪(3)瘫船(4)纯稳性丧失(5)过度加速度适用船型•集装箱船•LNG船•滚装船•油船•散货船•其他需要满足《2008ISCode》船型发生过事故的潜在敏感船型：集装箱船（参数横摇、过度加速度）滚装船（参数横摇）失效模式(1)参数横摇：参数横摇是指阻尼较小的船,遭遇到一定频率的波浪时,伴随着显著的纵摇、升沉运动在短时间内产生很大横摇角的非线性现象。参数横摇的横摇周期等于两倍遭遇周期，且迎浪或随浪中会有参数横摇发生。失效模式失效模式1998年，巴拿马型C11集装箱船APLChina号在北太平洋海域遭遇严重的迎浪参数横摇，横摇角达到40度。失效模式(2)横甩/骑浪：船舶在波浪中横甩指船舶使用最大操舵能力仍不能维持定常航向并出现无法控制的明显艏摇运动的现象。横甩被认为通常发生在随浪或尾斜浪中。失效模式(3)瘫船：船舶由于推进系统或操舵系统问题，处于无法推进或操舵的状态，此时船舶可能在自由漂移时在波浪作用下发生共振横摇。失效模式(4)纯稳性丧失：当船舶以较高航速在随浪中航行时，大的波浪以接近船速超越船体，波峰在船中保持足够的时间，发生稳性损失，导致船体倾斜或倾覆。失效模式(5)过度加速度：主要表现在集装箱船在航行中由于加速度过大引起的甩箱现象。失效模式稳性失效模式依据其危害程度可分为两种：完全稳性失效和部分稳性失效。完全稳性失效模式:即有可能引起船舶倾覆的失效模式。部分失效模式:是指出现诸如非常大的横摇角或加速度现象，这种现象虽然不会导致船舶损失，但仍然会危害人员和货物安全。衡准方法第二代国际完整稳性衡准采用分层次衡准的思路，共分为Level1、Level2和直接评估三个层次。对于需要评估的船舶，分别针对瘫船、参数横摇、横甩、纯稳性丧失和过度加速度共五种稳性失效模式进行逐层次的衡准评估。三个层次的衡准方法实现难度由易到难，由最保守方法直至最精确方法。如果船舶设计无法满足最低层次的衡准，则采用高一层次的衡准评估。如果无法满足直接评估衡准的要求，则说明设计无法满足稳性安全需要，需要修改设计方案或进行操作限制。衡准方法结构说明复杂性安全裕度目的薄弱稳性第一层建立在几何/水动力数值、装载工况和基本营运参数基础上的公式或简单的程序低需要较高的安全裕度对某种稳性失效模式而言确定是否属于非常规船舶薄弱稳性第二层采用简单的计算手段即可完成的以及与应用适当的指南直接相关的简化物理计算中中确认对某种稳性失效模式的薄弱性稳性直接评估这些衡准应建立在目前最先进和最佳的观念上，应对考虑的每种稳性失效适当地采用综合多种方法的时域数字模拟和概率理论，这些综合方法包括势流理论+实验粘性模型，尤其是非扰动波下的非线性刚体动力模型（Froude-Krylov假定）。应列出合适的指南和程序（例如：波谱图，船舶营运条件等），希望能用概率法来评估船舶的安全水平。高可取较低的安全裕度评估安全水平并为具体船舶的操作指南提供信息操作指南在稳性直接评估的结果和稳性失效的分析基础上制定具体的船舶操作指南帮助薄弱船舶安全营运衡准方法两代衡准特征对比2008年完整稳性规则第二代完整稳性衡准基础理论静力学+准动态水动力学衡准基础静水GZ曲线特征波浪中运动计算+GZ/GM特征或其他船型特征稳性失效模式瘫船参数横摇、纯稳性丧失、瘫船、横甩/冲浪、过度加速度计算方法确定性确定性+概率性船舶运动自由度单自由度多自由度对波浪作用的考虑经验公式直接计算衡准方法截止2012年，国际海事组织各成员国对制定稳性新衡准的研究情况可汇总如下：22第二代完整稳性衡准的制定和未来的实施将对船舶设计产生重大影响。将提供数字模拟计算和直接评估的方法，对新颖船舶提供个性化的稳性评估，为船舶设计和船舶营运操纵提供更好的帮助，同时也对船舶设计提出了更高的要求，对现有的完整稳性衡准将是一场新的重大变革。直接影响：•推动船舶流体力学研究新成果的应用；•频域势流理论计算软件的应用•时域运动预报软件的应用•CFD软件的应用•模型试验•增加了船型开发的技术门槛；•船舶设计成本增加。影响23对集装箱船影响：•影响相对较大；•集装箱船是参数横摇、过度加速度的重点校核船型；•压载工况有可能对于过度加速度模式敏感；•载货工况有可能对于参数横摇模式敏感；•船型设计、配载情况（横摇惯性矩、GM）、海况、航速、浪向角是影响衡准结果的重要因素；•有可能基于Level1、2衡准开发装载仪或岸基服务；•需向船长提供操作指南（可能影响船舶运营）。对油船、散货影响：直接影响较小，侧重于Level1衡准的校核。影响