76000 吨散货船气囊下水可行性报告
气囊下水的安全性船舶气囊下水的安全， 包括下水时船体的安全， 始终是大家关注
的一个问题。三个要素涉及气囊下水安全： 气囊品质保障， 船台和下水坡道的
几何参数和建造质量，下水方案的制订和下水过程的规范操作。
气囊品质包括气囊承载力大小和制造质量。
船台和下水坡道是气囊下水安全的重要要素。从过去的“沙滩造船”到如今建造专门的混凝土船台和下水坡道， 船舶气囊下水逐步走向科学化、规范化。需要指出的是， 适合较小吨 位船舶气囊下水的船台和下水坡道的几何参数并不一定适合较大吨
位船舶气囊下水，须对其进行必要的改造。
规范的操作过程是船舶气囊下水安全的保障。
在我国目前的有关标准中， 对船舶气囊下水操作规程和人员培训
提出了要求，严格执行标准规定，可以杜绝事故的发生。在船舶气囊下水发展过程中，每一次创造下水重量新纪录的试 验， 均是一举成功， 说明只要做好周密准备， 严格操作规范， 船舶气
囊下水安全是有保证的。
3、气囊下水的船体有限元计算
船舶气囊下水，特别是大型船舶的气囊下水，特别需要注意在整 个下水过程中， 不允许船体受到任何损害， 因此， 船舶下水操作的安 全保障措施除了常规的保证牵引安全、气囊安全、下水环境人员安全
等措施外，还应该校核船板在下水过程的受力情况。
为了评估气囊下水时船体的安全性，由哈尔滨工程大学及上海船
舶研究设计院，采用全船结构有限元分析方法，分别对 45,000 吨油 船和 70,000 吨散货船气囊下水时的船体结构强度进行计算，考核船
舶结构在气囊下水过程中的受力。
（1）计算原理
船舶下水作业开始时，船体的重量分布在全部气囊上。随着滑程 增大， 部分在滑道范围内的气囊与船体脱离， 船体后部浮力增大， 船 体重量由浮力和前部的部分气囊支反力平衡， 船底反力逐渐向艏部集
中，直到船体全部起浮。
对船体进行有限元分析， 必须首先建立有限元模型， 除了需要遵 循一些基本建模准则， 还需要考虑计算的目的主要是船舶底部结构在 下水过程中的强度， 因此底部应该采用较细网格， 舷侧和甲板在保证 总纵强度的情况下尽量采用较粗网格。对于仍不满足分析要求需要进 一步细化的局部结构， 采用独立的局部有限元模型其边界条件很难确
定，因此选择内嵌式局部细化模型。
图2-1给出了全船有限元模型和局部结构模型。
图 2-1 全船有限元模型
（2）45,000 吨油船气囊下水应力计算
45,000 吨油船采用气囊下水方法时船体及底板有限元计算的应
力云图见图 2-2～图 2-5。
图 2-245,000 油船船底板应力云图
图 2-3 底板应力云图（局部）
图 2-4 底板纵桁应力云图
图 2-5 甲板应力云图
计算还对 45,000 吨油船的气囊下水与滑道下水时的船板应力计
算结果进行比较（见表 2-1）。
表 2-1 气囊下水与滑道下水的船板应力比较 MPa
校核
部位
下水方式
滑道下水（艏下水）
气囊下水（艉下水）
未加强
局部加强
位置
最大应力
位置
最大应力
位置
最大应力
外底
Fr.220
219
Fr.223
186
Fr.108-109 右舷纵骨 9
97.76
纵向
构件
Fr.220
208
Fr.223
105
Fr.114
左舷纵骨 1
91.79
计算结果显示， 采用气囊下水的船舶其结构应力响应值更小， 因 此， 在保证气囊安全性的前提下， 只要坡道倾角选择合理， 采用气囊
下水能保证船舶更安全的下水。
（3）70,000 吨散货船气囊下水应力计算
70,000 吨散货船采用气囊下水时船体及船底板有限元计算的应
力云图见图 2-6～图 2-10。
图 2-6 70,000 吨散货船肋板应力云图
图 2-7 纵桁应力云图
图 2-8 外板应力云图 1（局部）
图 2-9 外板应力云图 2（局部）
图 2-10 船底外板合成应力云图
计算结果显示， 该船在气囊下水的整个过程， 船板应力没有超过
钢材的最小屈服应力。
（4）计算结论
通过计算，可以得到以下结论：只要正确选择气囊的数量、合理地进行气囊布置， 有合适的下水 坡道及准确进行气囊下水工艺操作， 船舶气囊下水时船板受力是安全
的。
4、70,000 吨散货船气囊下水应力测量
为了验证船体在船舶下水过程中的安全状况，对 70,000 吨船舶 在气囊下水全过程中船舶底板和甲板的应力进行了测量。应力测量原 理是， 通过理论计算， 确定局部应力测量点， 布置应变片。船舶应力 变化时， 应变片的应变经过电桥转换接入应变仪进行放大， 再通过数
模转换变成数字信号后存入计算机。
根据本船的情况，本次测量根据不同位置的布点采用一路测点， 应变片布置为：3 号舱 8 个点，肋板边和纵骨边纵向各 4 个；四号舱 42 个点，板格中间纵横各 6 个，纵骨边纵 12 个，横 6 个，肋板边纵
向 12 个；五号舱 16 个点， 肋板边和纵骨边纵向各 8 个；甲板 8 个点。
（1）应变片布置
应变片布置如图 2-11 所示。
（2）测量结果
该 70,000 吨散货船气囊下水过程比较平稳，底板最大局部应力 出现在 110 号肋位的外底板横向，为 224 Mpa，甲板应力较小，最大
为 80MPa。
应力测量结果汇总见表 2-2。
表 2-2应力测量结果汇总
底板纵向应力(MPa)
底板横向应力(MPa)
甲板纵向应力(MPa)
肋 位
最大值
肋 位
最大值
肋 位
最大值
最小值
5 号仓
97
-95
98
-86
100
-96
101
-87
103
-120
104
-164
106
-114
107
-164
4 号仓
109
-173
110
-224
109
80
-26
112
-174
113
-209
112
26
-30
115
-180
116
-190
115
42
-27
118
-180
119
-185
118
38
-30
121
-190
122
-196
121
40
-32
127
-160
125
-165
123
27
-20
130
-173
128
-174
130
42
-34
133
-118
134
-144
136
-165
137
-186
139
-144
140
-176
142
-130
143
-180
3 号仓
145
-103
146
-146
148
-104
149
-164
151
-130
152
-154
154
-119
155
-119
典型的船底板应力曲线见图 2-12。
图 2-12 船底板应力曲线图
（3）应力测量结论
该船舶在气囊下水时船底板局部最大应力为 224MPa， 甲板局部最 大应力 80MPa，均在船板许用应力范围内。该船舶在整个气囊下水过
程中船板受力是安全的。
三、龙和 76，000 吨散货船气囊下水实船计算
基于气囊的承载力等作用在船体上的所有外力， 在起墩下水过 程中的每个阶段均达到动态平衡，根据某一具体的船舶下水重量、 重心位置、船底线型， 综合考虑下水坡道坡度， 水位高低等一系列 参数变化对下水过程的影响， 对下水过程的主要阶段进行计算， 得
出每只气囊在船舶下水过程中各个位置的内压和承载力数值。
1、船舶主要参数
总 长 LOA 224.90m
两柱间长 LBP 217.00m
型 宽 B 32.25m
型 深 D
19.70m
空船重量 W
13000.00t
空船重心 LCG 99.06m
2、船 台
A : 此 20 m 范围内，船台承载力不小于 0.5 Mpa;船台其
余部分，承载力不小于 0.3 Mpa 。
最高水位 4.8m,最低水位 1.68m,艉封板距闸门口 20m。
3、牵引力
依据船舶行业标准 CB/T3837-1998《船舶上排、下水用气囊》
关于牵引力计算：
FC=Wsinα-μWcosα,取μ=0.006
FC= 13000×0.0167-0.006×13000=139.1t
4、起墩计算
表 3-1: 起墩姿态气囊承载力计算表
气囊
编号
工作位置 肋骨号
工作长度 L m
距重心位置 G m
工作高度 H m
工作压力 P MPa
承载力 R t
力矩 M
t*m
1
16.0
2.95
-87.46
0.85
0.03
9.20
-804.98
2
19.5
4.20
-84.66
0.85
0.03
13.10
-1109.38
3
23.0
5.00
-81.86
0.85
0.04
20.80
-1702.69
4
26.5
5.84
-79.06
0.85
0.04
24.29
-1920.72
5
30.0
6.83
-76.26
0.85
0.05
35.52
-2708.45
6
33.5
8.08
-73.46
0.85
0.05
42.02
-3086.50
7
37.0
9.39
-70.66
0.85
0.07
68.36
-4830.26
8
40.5
11.06
-67.77
0.85
0.08
92.02
-6235.96
9
43.5
12.85
-65.19
0.85
0.08
106.91
-6969.38
10
46.5
14.86
-62.61
0.85
0.09
139.09
-8708.12
11
49.5
16.52
-60.03
0.85
0.09
154.63
-9281.96
12
52.5
18.50
-57.45
0.85
0.10
192.40
-11053.00
13
55.5
20.05
-54.87
0.85
0.10
208.52
-11441.08
14
58.5
22.01
-52.29
0.85
0.10
228.90
-11968.93
15
61.5
23.37
-49.71
0.85
0.10
243.05
-12081.43
16
64.5
25.50
-47.13
0.85
0.10
265.20
-12498.35
17
67.5
25.50
-44.55
0.85
0.10
265.20
-11814.13
18
70.5
25.50
-41.97
0.85
0.13
344.76
-14468.89
19
73.5
25.50
-39.39
0.85
0.13
344.76
-13579.41
20
76.5
25.50
-36.81
0.85
0.13
344.76
-12689.93
21
79.5
25.50
-34.23
0.85
0.13
344.76
-11800.45
22
82.5
27.00
-31.65
0.85
0.13
365.04
-11552.79
23
85.5
27.00
-29.07
0.85
0.13
365.04
-10610.98
24
88.5
27.00
-26.49
0.85
0.13
365.04
-9669.18
25
91.5
27.00
-23.91
0.85
0.13
365.04
-8727.38
26
94.5
27.00
-21.33
0.85
0.13
365.04
-7785.57
27
97.5
27.00
-18.75
0.85
0.13
365.04
-6843.77
28
100.5
27.00
-16.17
0.85
0.13
365.04
-5901.97
29
103.5
27.00
-13.59
0.85
0.13
365.04
-4960.16
30
106.5
27.00
-11.01
0.85
0.13
365.04
-4018.36
31
109.5
27.00
-8.43
0.85
0.13
365.04
-3076.56
32
112.5
27.00
-5.85
0.85
0.13
365.04
-2134.75
33
115.5
27.00
-3.27
0.85
0.13
365.04
-1192.95
34
119.0
27.00
-0.26
0.85
0.13
365.04
-94.18
35
122.5
25.50
2.75
0.85
0.13
344.76
948.78
36
126.0
25.50
5.76
0.85
0.13
344.76
1986.51
37
130.0
25.50
9.20
0.85
0.13
344.76
3172.48
38
134.0
25.50
12.64
0.85
0.13
344.76
4358.46
39
138.0
25.50
16.08
0.85
0.13
344.76
5544.43
40
142.0
25.50
19.52
0.85
0.13
344.76
6730.40
41
146.0
25.50
22.96
0.85
0.13
344.76
7916.38
42
150.0
25.50
26.40
0.85
0.13
344.76
9102.35
43
154.0
25.50
29.84
0.85
0.13
344.76
10288.33
44
158.0
25.50
33.28
0.85
0.10
265.20
8826.39
45
162.0
25.50
36.72
0.85
0.10
265.20
9738.67
46
166.0
25.50
40.16
0.85
0.10
265.20
10650.96
47
170.0
25.50
43.60
0.85
0.10
265.20
11563.25
48
174.0
25.50
47.04
0.85
0.10
265.20
12475.54
49
178.0
25.50
50.48
0.85
0.10
265.20
13387.83
50
182.0
25.50
53.92
0.85
0.10
265.20
14300.11
51
186.0
25.50
57.36
0.85
0.08
212.16
12169.92
52
190.0
25.50
60.80
0.85
0.08
212.16
12899.75
53
194.0
25.50
64.24
0.85
0.08
212.16
13629.58
54
198.0
25.50
67.68
0.85
0.06
159.12
10769.56
55
202.0
25.50
71.12
0.85
0.06
159.12
11316.93
56
206.0
18.50
74.56
0.85
0.05
96.20
7172.86
57
210.0
18.50
78.00
0.85
0.05
96.20
7503.79
58
215.0
18.50
82.30
0.85
0.05
96.20
7917.45
59
220.0
18.50
86.60
0.85
0.05
96.20
8331.11
60
225.0
18.50
90.90
0.85
0.03
57.72
5246.86
61
230.0
18.50
95.20
0.85
0.03
57.72
5495.06
62
235.0
18.50
99.50
0.85
0.03
57.72
5743.26
63
240.0
17.00
103.80
0.85
0.03
53.04
5505.66
64
245.0
12.80
108.10
0.85
0.03
39.94
4317.16
65
250.0
9.50
112.40
0.85
0.02
19.76
2221.06
66
255.0
5.50
116.70
0.85
0.02
11.44
1335.07
∑
14829.87
5243.41
气囊共 66 排，计算总承载达到 14829t，起墩高度达到 0.85m
时，艏、艉平衡。
5、重心到达船台末端时计算
按造船公司提供水位资料，最高水位为 4.8m，最低水位
1.68m。本计算对最低水位以上多个水位作了计算。最后认定当水位到
达 2.6m 时，可以安全入水。计算如下：
船台末端处实际水位高：2.6-1.78=0.82m。
船舶重心在坡道上移动情况见图 3-1。
图 3-1船舶重心在坡道上移动示意图
船舶重心到船台末端时气囊承载力计算见表 3-2。船体入水浮
力计算见表 3-3。综合计算见表 3-4。
表 3-2船舶重心到船台末端时气囊承载力计算表
α=0.030
气囊
编号
工作位置 肋骨号
工作长度 L m
距重心位置 G m
工作高度 H m
工作压力 P Mpa
承载力 R t
力矩 M
t*m
7
97.5
18.50
-18.75
0.820
0.07
146.06
-2738.25
8
100.5
18.50
-16.17
0.768
0.09
191.95
-3103.43
9
103.5
18.50
-13.59
0.717
0.10
221.42
-3008.62
10
106.5
18.50
-11.01
0.665
0.12
288.72
-3178.18
11
109.5
18.50
-8.43
0.613
0.13
336.86
-2839.06
12
112.5
18.50
-5.85
0.562
0.16
440.53
-2576.21
13
115.5
25.00
-3.27
0.510
0.18
708.59
-2315.66
14
119.0
25.00
-0.26
0.450
0.21
884.47
-228.19
15
122.5
25.00
2.75
0.490
0.19
761.15
2094.67
16
126.0
25.50
5.76
0.530
0.17
674.70
3887.62
17
130.0
25.50
9.20
0.576
0.15
580.22
5339.17
18
134.0
25.50
12.64
0.622
0.18
654.03
8268.27
19
138.0
25.50
16.08
0.667
0.17
570.84
9180.25
20
142.0
25.50
19.52
0.713
0.16
500.79
9776.47
21
146.0
25.50
22.96
0.759
0.15
441.04
10127.10
22
150.0
27.00
26.40
0.805
0.14
412.36
10887.17
23
154.0
27.00
29.84
0.850
0.13
364.69
10883.13
24
158.0
27.00
33.28
0.896
0.12
322.66
10738.73
25
162.0
27.00
36.72
0.942
0.12
285.24
10474.41
26
166.0
27.00
40.16
0.988
0.11
251.61
10104.98
27
170.0
27.00
43.60
1.033
0.11
221.11
9640.93
28
174.0
27.00
47.04
1.079
0.11
193.22
9089.41
29
178.0
27.00
50.48
1.125
0.10
167.48
8454.84
30
182.0
27.00
53.92
1.171
0.10
143.53
7739.44
31
186.0
27.00
57.36
1.216
0.10
121.05
6943.50
32
190.0
27.00
60.80
1.262
0.10
99.76
6065.59
33
194.0
27.00
64.24
1.308
0.10
79.43
5102.70
34
198.0
27.00
67.68
1.354
0.09
59.84
4050.28
35
202.0
25.50
71.12
1.399
0.09
38.54
2740.96
36
206.0
25.50
74.56
1.445
0.09
20.91
1559.00
37
210.0
25.50
78.00
1.491
0.09
3.47
270.39
10186.24
143431.41
此时， 14#气囊工作高度为 0.45m ,船体倾角 0.03， 1# —6#全部滚
出副坡道，7# —13#气囊在副坡道上起承载作用，艏部 38#之前的气
囊已从艏柱滚出或工作高度超出 1.5m 而失去承载力。
表 3-3船体入水浮力计算表
A
B
C
D
E
F
G
H
站号
距 Z 之长度OZ-A× ΔL .
吃水
B×tg a
邦氏表读 数
面积系 数
面积
D×E
乘 数
对舯之矩
F×G
0
111.390
3.340
0.00
0.5
0.00
-10.0
0.00
1
100.540
3.020
10.72
1.0
10.72
-9.0
-96.48
2
89.690
2.690
22.86
1.0
22.86
-8.0
-182.88
3
78.840
2.370
32.82
1.0
32.82
-7.0
-229.74
4
67.990
2.040
42.81
1.0
42.81
-6.0
-256.86
5
57.140
1.710
45.99
1.0
45.99
-5.0
-229.95
6
46.290
1.390
41.08
1.0
41.08
-4.0
-164.32
7
35.440
1.060
31.12
1.0
31.12
-3.0
-93.36
8
24.590
0.740
23.40
1.0
23.40
-2.0
-46.80
9
13.740
0.410
13.02
1.0
13.02
-1.0
-13.02
10
2.890
0.090
0.00
0.5
0.00
0.0
0.00
ΣF 263.82
ΣH -1313.41
船舶行程 X=99.06+4.2=103.26m
垂线间长 Lp.p.: 217 m
tg a = 0.03
ΔL == 10.85m
OZ=111.39m
浮力：ΣF× ΔL×1.025=2934.01t
浮心中心距舯位置 XG=-= -54.02m
浮心距重心=-56.27+9.44=-44.58m
浮力对重心之矩=-54.02×2934.01=-130798.17t ·m
表 3-4 :综合计算表
承载力(t)
对重心之矩(t·m)
计算表
气囊承载力总和
10186.24
143431.41
表 3-2
1#—6#气囊浮力
198
-198×（20+4.5）=-4851
船舶入水部分浮力
2934.01
-130798.17
表 3-3
总 计
13318.25
7782.24
6、全浮要素
序 号
项目
符号及公式
单位
计算值
1
排水量
△
t
13000
2
型排水体积
▽ = Δ
1.0251.006
m3
12607.28
3
平均吃水
T
m
2.34
4
重心纵坐标
LCG
m
99.06
5
浮心纵坐标
LCA
m
118.6
6
每厘米纵倾力矩
MCT
t ·m/cm
755
7
纵倾值
△T=（LCG-LCA ） Δ 100MCT
m
-3.3645
8
漂心纵坐标
LCB
m
119.5
9
艏吃水增量
δTf=(L- LCB)ΔT
L
m
-1.7844
10
艉吃水增量
δTa= - LCB ×
m
1.5651
11
艏吃水
Tf=T+δTf
m
0.5556
12
艉吃水
Ta=T+δTa
m
3.9051
13
船舶倾度
α=Ta Tf
L . .
0.0154
7、结论
（1）本船自重较大，同时艉柱距闸门较远，而且要求计算最 低水位时用气囊下水的可能性， 所以从起墩操作时就应注意加密重 心后气囊的排列。所有气囊按规定压力充气， 能将船体抬升完成起
墩任务，起墩过程是安全的。
（2） 根据计算， 当水位高程在 2.60m（船台主坡道水位实际高 度 0.82m），船舶下水过程中船体入水阶段船舶重心到达船台末端 时，所有气囊的瞬时增值都在允许范围内。此时船体倾角 0.03， 14# 气囊工作高度为 0.45m、最大压力 0.21MPa，船舶下水过程是安全
的。
（3）本船在 1:60 的坡道上下水，计算结果显示下滑力较大，
为增加安全系数，应使用两台 25t 绞车牵引。
四、 操作方法与安全预案
1、下水操作
（1）铺气囊前清理船底和坡道。
（2）按照图 4-1 布置气囊。编号为 14 号及其前后的气囊，选择
昌林公司特制的 CLⅦ型加长 气囊进行布置。（3） 所有气囊必须符合行业标准要求。气囊中心线必须垂直船体
中心线。
（4）检查地牛，稳定卷扬机，牢固牵引住船舶。（5）气囊先充气到按表 3-1 工作压力的 80%左右，检查船舶及牵 引系统、气囊等情况， 如无异常， 然后再从船尾向船首方向对气囊充 气到工作压力。充气时要注意船体平衡， 当达到高度后， 抽出全部硬
墩，打扫硬墩前的地面，以保证不影响气囊滚动。
（6） 在等待高潮位时， 为了保证船体入水过程的稳定性， 船舶下 水前应检查气囊充气情况， 适当调整部分气囊（主要是14号及前后气
囊）的内压。
（7）经常检查气囊内压，必要时及时进行补充充气。
（8）设警戒区，下水现场禁止非工作人员入内。
（9） 当水位到预定高度时， 封锁下水水域， 通知港内拖轮做接船
准备，切断缆绳送船入水。
（10）回收气囊。
图 4-1 气囊布置示意图
2、安全预案
（1）布墩要求
船舶在船台上，硬墩布置位置应适合气囊下水的要求。
（2）气囊
气囊应按规定布置。
对用于主要部位的气囊要按标准严格检查，符合要求的气囊方允 许使用。如发现有断线、疲劳等现象的气囊应替换， 修理后的气囊只
能放置于艏端受力较小的部位使用。
（3）船台和下水坡道
船台和下水坡道的承载能力应达到规定要求。
船舶下水前，清除船底下方以及移船经过的所有场地上阻碍气囊
滚动的障碍物。
地面如有洼、坑处须填平。
（4）船舶牵引从气囊下水安全角度出发，船舶在起墩及入水的全过程都必须是
可控的。因此，牵引系统的设计应留有充分的安全储备。为了确保牵引安全，必须以两台卷扬机同时牵引，每台卷扬机、滑轮组、钢丝绳、脱钩器等组成的牵引系统牵引力须达到 140 吨以上，
所有零部件都必须用合格产品。
地牛的负荷能力应达到牵引力的要求。
牵引耳钣所处位置必须在船内有纵横强力骨架交叉处，内部焊接
要加强。
在气囊充气前，检查整个牵引系统包括地牛、卷扬机、钢丝绳、 滑轮组及其附件是否满足牵引力要求。如发现有缺陷的部位必须更换
后再对气囊充气。
（5）气象条件
预报船舶下水时的气象条件，如能见度小于 1,000 米或风力超过
5 级时，则不安排下水操作。
（6）人员
下水操作现场设总指挥。操作人员必须具备船舶气囊下水操作的基本技能， 熟知操作要求。
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