GBS

IMO的GBS要求 , 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是 “ 船級(jí)社結(jié)構(gòu)規(guī)范的規(guī)范 ” 。 它規(guī)定了各船級(jí)社150米及以上船長(zhǎng)的油船、散貨船（不包括礦砂船及兼裝船）結(jié)構(gòu)規(guī)范必須符合IMO的GBS的要求 , 并通過(guò)IMO的審核。

長(zhǎng)久以來(lái)，IMO的更多的是關(guān)注海上人命安全以及環(huán)境污染等方面的問(wèn)題，其法規(guī)更多體現(xiàn)在“描述性要求”上。例如要求船上有多少件救生衣，有多少滅火器，使用什么成分的油品，具體排放數(shù)值是多少等等。而相對(duì)的，還有一種叫做“目標(biāo)性要求”，也就是說(shuō)，只給出需要達(dá)到的目標(biāo)，但并沒(méi)有具體通過(guò)什么手段達(dá)到目標(biāo)的表達(dá)。舉例來(lái)說(shuō)，我只要求你的船這里要避免火災(zāi)，發(fā)生火災(zāi)要有有效的滅火設(shè)備，具體怎么做，并沒(méi)有具體說(shuō)明。

考慮到新船建造標(biāo)準(zhǔn)已由各船級(jí)社規(guī)范做了規(guī)定，IMO通常采用承認(rèn)各國(guó)海事主管機(jī)關(guān)認(rèn)可的船級(jí)社規(guī)范的做法，而不直接介入制定。但因?yàn)榇敖Y(jié)構(gòu)缺陷而導(dǎo)致的海難事故頻繁發(fā)生，IMO開(kāi)始逐步介入到與船舶結(jié)構(gòu)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求的制定當(dāng)中。

IMO的GBS要求的推出也是這一趨勢(shì)的進(jìn)一步發(fā)展，在它的背后有復(fù)雜的政治、經(jīng)濟(jì)因素及技術(shù)需求，首先，在政治、經(jīng)濟(jì)層面，船舶結(jié)構(gòu)問(wèn)題引發(fā)的散貨船事故，造成船舶保險(xiǎn)業(yè)的虧損 ；Erika和“威望”號(hào)污染事故對(duì)歐洲沿岸國(guó)造成的環(huán)境損害，以及油輪污染導(dǎo)致索賠大幅度增加；傳統(tǒng)西方航運(yùn)大國(guó)逐漸淡出航運(yùn)市場(chǎng)并轉(zhuǎn)化為國(guó)土利益、國(guó)際航運(yùn)資本利益，將壓力向造船國(guó)轉(zhuǎn)移等因素，直接導(dǎo)致西方各利益國(guó)推動(dòng) IMO介入船體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)制定；另外，在技術(shù)層面，各家船級(jí)社各自制定自己的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，各自執(zhí)行，如果按最低要求執(zhí)行，易造成船舶安全水平的高低差異，最后導(dǎo)致低安全水平船的出現(xiàn)。同時(shí)，基于經(jīng)驗(yàn)的船級(jí)社傳統(tǒng)規(guī)范體系已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)建造的要求，隨著現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和船舶大型化，基于分析計(jì)算、符合第一力學(xué)原理、確保風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的理論型規(guī)范更符合現(xiàn)代船級(jí)社規(guī)范的發(fā)展。

在上述背景下，經(jīng)過(guò)各方多輪激烈的磋商討論，在進(jìn)一步考慮了IACS的HCSR的研發(fā)時(shí)間表后，最終在2009年的MSC第87次會(huì)議上明確了IMO的GBS的要求和執(zhí)行時(shí)間，即2016年7月1日及以后簽訂建造合同，或2017年7月1日及以后安放龍骨，或2020年7月1日及以后交船的所有150米及以上船長(zhǎng)的油船和貨艙區(qū)域單甲板、有頂邊艙和底邊艙的散貨船 ( 不包括礦砂船及兼裝船 ) ，必須符合目標(biāo)型船舶建造標(biāo)準(zhǔn)。

IMO的GBS對(duì)目標(biāo)型船舶建造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了自上而下的五層要求。第一層（Tier I）目標(biāo)，提出了符合船舶建造和航運(yùn)安全、環(huán)保的整體目標(biāo)；第二層（Tier II）功能要求，提出了為實(shí)現(xiàn)第一層目標(biāo)，船舶結(jié)構(gòu)必須符合的15項(xiàng)功能要求；第三層（Tier III）符合驗(yàn)證，提供必要的程序及規(guī)定以驗(yàn)證船舶設(shè)計(jì)和建造規(guī)范及規(guī)定符合第一層和第二層的要求；第四層 （Tier IV）船舶設(shè)計(jì)和建造規(guī)范及規(guī)定，為了滿(mǎn)足Tier I目標(biāo)和Tier II功能性要求，由IMO主管機(jī)關(guān)和\或船級(jí)社開(kāi)發(fā)，并被主管機(jī)關(guān)和\或代表主管機(jī)關(guān)的船級(jí)社所采納的關(guān)于船舶設(shè)計(jì)和建造的細(xì)節(jié)要求；第五層（Tier V）工業(yè)應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)，即涉及船舶建造、營(yíng)運(yùn)、維護(hù)、培訓(xùn)、配備等的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用規(guī)則和安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，它們一般被船舶設(shè)計(jì)和建造規(guī)范及規(guī)定納入或引用。

所謂“IMO的GBS要求”，其核心內(nèi)容就是第二層功能要求和第三層的符合驗(yàn)證。第二層的15個(gè)功能要求按船舶生命周期——設(shè)計(jì)、建造、營(yíng)運(yùn)、拆解四個(gè)階段進(jìn)行分解，在設(shè)計(jì)階段涉及設(shè)計(jì)壽命、環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、疲勞壽命、剩余強(qiáng)度、腐蝕保護(hù)、結(jié)構(gòu)冗余度、水密與風(fēng)雨密完整性、人員因素考慮，以及設(shè)計(jì)透明度等10個(gè)功能 ；在建造階段涉及建造質(zhì)量程序、建造中檢驗(yàn)等2個(gè)功能 ；在營(yíng)運(yùn)階段涉及檢驗(yàn)與維護(hù)、結(jié)構(gòu)可靠性等2個(gè)功能 ；在拆解階段涉及拆解1個(gè)功能。

第三層符合驗(yàn)證就是如何圍繞著15個(gè)功能要求對(duì)規(guī)范進(jìn)行審核，把每個(gè)功能要求展開(kāi)為目標(biāo)、文件和資料要求、評(píng)價(jià)衡準(zhǔn)等三個(gè)方面，進(jìn)而分解細(xì)化為215項(xiàng)審核要求。這215項(xiàng)規(guī)范進(jìn)行的審核，概括起來(lái)有四個(gè)方面 ：一是規(guī)范內(nèi)容是否涵蓋15個(gè)功能要求，二是規(guī)范是否有效考慮了或如何考慮所有對(duì)船舶及人命安全構(gòu)成危險(xiǎn)的因素，三是規(guī)范能否提供足夠的文件和資料證明規(guī)范建立的方法論是正確的，四是規(guī)范能否提供足夠的文件和資料證明規(guī)范的安全水平是足夠的。

隨著IMO的GBS第三層要求的明確，針對(duì)船級(jí)社層面的第四層，即船舶設(shè)計(jì)和建造規(guī)范及規(guī)定，成為當(dāng)前IACS以及所有船級(jí)社所要共同面對(duì)的課題。為此，IACS專(zhuān)門(mén)工作組根據(jù)IMOGBS的215項(xiàng)審核要求，對(duì)共同結(jié)構(gòu)規(guī)范進(jìn)行了初步分析，根據(jù)與GBS要求存在的技術(shù)差距，區(qū)別為 a、b、c、d、e五種情況。a類(lèi)為全部涵蓋，不需要進(jìn)行改進(jìn)，b類(lèi)為全部涵蓋，但需要改進(jìn)技術(shù)背景，c類(lèi)為部分涵蓋， 需要發(fā)展新的要求和技術(shù)背景，d類(lèi)為沒(méi)有涵蓋，需要IACS進(jìn)一步改進(jìn)，e類(lèi)為沒(méi)有涵蓋，但I(xiàn)ACS無(wú)需行動(dòng)。

根據(jù)IACS的研究分析，在215項(xiàng)分解要求中，大概有三分之一屬于a類(lèi)內(nèi)容。b類(lèi)也大概占三分之一，就是說(shuō)，這三分之一在CSR中的要求沒(méi)有問(wèn)題，但為什么需要這樣要求卻沒(méi)有說(shuō)明白。因?yàn)镚BS要求，一個(gè)是要求科學(xué)合理，同時(shí)還要透明，你得告訴 IMO官員為什么，要把原理給他說(shuō)清楚，這就要求船級(jí)社要在技術(shù)背景方面進(jìn)一步改進(jìn)。

最后的三分之一是c類(lèi)和d類(lèi)內(nèi)容。即原規(guī)范沒(méi)有這一部分內(nèi)容，比如船舶發(fā)生碰撞以后的殘存強(qiáng)度、船舶擱淺以后的殘存強(qiáng)度，這是任何一家船級(jí)社在規(guī)范要求里都沒(méi)有的，但是GBS提出了要求，船級(jí)社就要補(bǔ)充完整。 這三分之一需要分成兩部分來(lái)解決，一部分要通過(guò)對(duì)原規(guī)范進(jìn)行補(bǔ)充完善，另一部分則要另外建立項(xiàng)目組來(lái)完成。 如 IMO的GBS中有9.3,.2的要求和9.3.4的要求， 是關(guān)于人為因素的要求，就由統(tǒng)一要求工作組（UR）來(lái)解決，GBS要求船舶建造的時(shí)候，就要為船員居室處所創(chuàng)造一 個(gè)比較好的環(huán)境，以減少后期的人為因素事故。為此， 需要在船舶設(shè)計(jì)建造之初，能夠在通風(fēng)、照明、減少震動(dòng)等方面滿(mǎn)足GBS的要求。目前，IACS聯(lián)合工業(yè)界組成 的共同項(xiàng)目組負(fù)責(zé)程序要求（PR）、統(tǒng)一要求（UR）等方面的修改補(bǔ)充工作，這方面不是船級(jí)社的傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng)，需要 與工業(yè)界聯(lián)合攻關(guān)。

總的來(lái)說(shuō)，在215項(xiàng)要求中，需要目前IACS協(xié)調(diào)后的共同結(jié)構(gòu)規(guī)范（HCSR）來(lái)完成的占 80％～ 90%。而在2013年12月31日IACS所上交給IMO審核的HCSR已經(jīng)順利通過(guò)認(rèn)證，這就意味著船級(jí)社就已經(jīng)通過(guò)了GBS的80%~90%的要求，而剩下10%多的文件就相對(duì)容易很多。


CSR和HCSR

為了抑制各船級(jí)社間因市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)而引發(fā)的規(guī)范應(yīng)用不統(tǒng)一導(dǎo)致低標(biāo)準(zhǔn)船出現(xiàn)，消除船級(jí)社在規(guī)范應(yīng)用中技術(shù)上的”黑箱操作“，同時(shí)為了順應(yīng)發(fā)展中的IMOGBS要求。IACS于2006年4月推出了共同結(jié)構(gòu)規(guī)范（CSR）。該規(guī)范與以前的傳統(tǒng)規(guī)范相比具有更高的安全性、合理性和先進(jìn)性，即在規(guī)范體系上具有先進(jìn)性（以第一力學(xué)原理為基礎(chǔ)，理論分析和經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用相結(jié)合等）在規(guī)范應(yīng)用上更加統(tǒng)一和透明（如規(guī)范技術(shù)背景透明、IACS各船級(jí)社統(tǒng)一執(zhí)行等），安全水平更高（北大西洋波浪環(huán)境、25年設(shè)計(jì)壽命等），對(duì)提高船舶的安全性起了巨大的推動(dòng)作用 , 符合IMO提出的船舶設(shè)計(jì)和建造應(yīng) “ 更堅(jiān)固 ” 的發(fā)展潮流 。

但是，由于共同結(jié)構(gòu)規(guī)范的開(kāi)發(fā)時(shí)間短、開(kāi)發(fā)過(guò)程錯(cuò)綜復(fù)雜，推出后在某些技術(shù)方面一直飽受工業(yè)界的爭(zhēng)議和討論，例如普遍增加的船重，BC和OT兩份獨(dú)立的規(guī)范在載荷、有限元直接計(jì)算、疲勞強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度等方面存在一定的差異。同時(shí) , 在共同結(jié)構(gòu)規(guī)范的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中 , 工業(yè)界也提出了規(guī)范需要進(jìn)一步完善和更新的建議和要求 , 并呼吁要進(jìn)一步確保如此復(fù)雜、完全依賴(lài)計(jì)算軟件的規(guī)范統(tǒng)一執(zhí)行和應(yīng)用 。 

IACS從2008年開(kāi)始陸續(xù)成立專(zhuān)項(xiàng)工作組，按國(guó)際海事組織（IMO）的目標(biāo)型船舶建造標(biāo)準(zhǔn)（GBS）要求，對(duì)共同結(jié)構(gòu)規(guī)范進(jìn)行研究，著手編寫(xiě)協(xié)調(diào)共同結(jié)構(gòu)規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱(chēng) HCSR），完成了對(duì)載荷、屈曲強(qiáng)度要求、有限元分析、疲勞強(qiáng)度要求、腐蝕與焊接要求、規(guī)定性規(guī)范要求等若干方面內(nèi)容的協(xié)調(diào)。

HCSR在凈尺寸要求、載荷、最小板厚要求、 屈服強(qiáng)度評(píng)估、屈曲強(qiáng)度評(píng)估及疲勞強(qiáng)度評(píng)估等方面進(jìn)行了協(xié)調(diào)，同時(shí)還增加了對(duì)散貨船和油船的部分特殊要求。

在載荷工況方面，HCSR采用了類(lèi)似CSR-BC的等效設(shè)計(jì)波方法，相比CSR增加考慮了迎浪狀態(tài)下首垂線(xiàn)處的垂向加速度為最大值的等效設(shè) 計(jì)波和扭轉(zhuǎn)載荷工況，并對(duì)橫浪、斜浪等效設(shè)計(jì)波分別考慮了左舷、右舷狀態(tài)，HCSR更加詳細(xì)地分析了波浪對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和強(qiáng)度的影響。

關(guān)于強(qiáng)度評(píng)估衡準(zhǔn)，HCSR采用了類(lèi)似CSR-OT的“屈服利用因子”形式對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估，但在具體內(nèi)容上存在一定差異。

關(guān)于有限元分析，HCSR要求模型范圍覆蓋的更多。HCSR計(jì)算方法只采用了CSR-BC的公式法，取消了CSR-OT的高級(jí)屈曲方法。邊界條件上，HCSR不但新采用了用中心線(xiàn)和內(nèi)底板的交點(diǎn)來(lái)約束X方向的線(xiàn)位移的方法，減少了獨(dú)立點(diǎn)的影響，還新增了“端面梁”約束，即在有限元模型的最前端和最后端的兩個(gè)端面建立一圈梁?jiǎn)卧獊?lái)模型前后結(jié)構(gòu)帶來(lái)的剛度，進(jìn)一步完善了CSR-BC的邊界條件。

關(guān)于疲勞強(qiáng)度評(píng)估，HCSR規(guī)定了更多的熱點(diǎn)類(lèi)型，評(píng)估細(xì)節(jié)上，HCSR同CSR-BC選取形狀參數(shù) ξ 恒為1，疲勞概率水平由CSR的10的-4次方調(diào)整為10的-2次方，這種做法可以從一定程度上消除形狀參數(shù)的選取帶來(lái)的誤差。在S-N曲線(xiàn)的選取、累積損傷及疲勞壽命的計(jì)算方面，HCSR新增考慮了腐蝕環(huán)境的影響。