馬曉波，戴冉，王漢弢，首智宇

(大連海事大學(xué) 航海學(xué)院，遼寧 大連 116026)

雜貨船壓載吃水的統(tǒng)計(jì)分析

馬曉波，戴冉，王漢弢，首智宇

(大連海事大學(xué) 航海學(xué)院，遼寧 大連 116026)

針對(duì)現(xiàn)行的港工船型資料及相關(guān)規(guī)范對(duì)于船舶壓載吃水的取值并未明確的問(wèn)題，按照船舶噸級(jí)收集吃水參數(shù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)不同保證率累計(jì)頻率得到雜貨船壓載吃水取值，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果與國(guó)內(nèi)外幾種主流的壓載吃水計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比分析，并結(jié)合船型特點(diǎn)對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行規(guī)律分析。

雜貨船；壓載吃水；AIS；累計(jì)頻率

現(xiàn)行的港工船型資料及相關(guān)規(guī)范中給出了船舶滿載吃水的參考取值[1]，以及部分船型的營(yíng)運(yùn)吃水取值[2]，但對(duì)于壓載吃水的取值并未明確。而這一參數(shù)對(duì)于壓載工況下的系泊船舶作用力計(jì)算、橋梁凈空高度設(shè)計(jì)有重要的意義[3]。船載自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(automatic identification system，AIS)是在甚高頻海上移動(dòng)頻段，采用時(shí)分多址接入技術(shù)，可自動(dòng)廣播和接收船舶航次相關(guān)信息的系統(tǒng)[4]。AIS應(yīng)用廣泛，幾乎所有船舶配備AIS設(shè)備[5-6]。考慮到AIS在海事領(lǐng)域應(yīng)用的廣泛性，本文采用船載AIS數(shù)據(jù)收集為主、船務(wù)公司數(shù)據(jù)收集和引航部門(mén)數(shù)據(jù)收集為輔的樣本數(shù)據(jù)收集方式，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性與有效性。通過(guò)對(duì)雜貨船船載AIS數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，得到不同噸級(jí)不同累計(jì)頻率下的壓載吃水值。此外，對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行規(guī)律分析，為解決壓載吃水的取值問(wèn)題提供借鑒與參考。

1 船舶壓載吃水取值研究現(xiàn)狀分析

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的調(diào)查分析，闡述國(guó)內(nèi)外幾種主流的壓載吃水計(jì)算方法，并對(duì)這些方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)與分析，見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2 船載AIS壓載吃水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

英國(guó)勞氏船級(jí)社(LR)是世界上成立最早的一個(gè)船級(jí)社，在世界船舶界享有盛名，是國(guó)際公認(rèn)的船舶界權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)。它主要從事有關(guān)船舶標(biāo)準(zhǔn)的制定與出版，進(jìn)行船舶檢驗(yàn)，檢定船能，公布造船規(guī)則等。該社編印的《勞埃德船舶登記冊(cè)(Lloyd’s register of ships)》每年定期出版，包括世界100 t以上的商船，以及其船名、噸位、船舶尺度、制造年份、船級(jí)社、制造地、船殼和船機(jī)類型等內(nèi)容。本文以《勞埃德船舶登記冊(cè)》中提供的船型資料為索引，利用上文所述3種數(shù)據(jù)收集方式開(kāi)展樣本數(shù)據(jù)收集，共取得包括673艘雜貨船在內(nèi)的船舶壓載吃水樣本數(shù)據(jù)。

樣本數(shù)據(jù)處理方法主要應(yīng)用了SPSS統(tǒng)計(jì)軟件的頻數(shù)分析功能。觀測(cè)數(shù)據(jù)的頻數(shù)分析主要是通過(guò)輸出頻數(shù)分析表及統(tǒng)計(jì)圖形來(lái)獲得變量的直觀特征，為進(jìn)一步的復(fù)雜分析提供重要參考。本文利用SPSS對(duì)不同船型不同噸級(jí)的船舶樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)出不同保證率累計(jì)頻率下(50%、80%、85%、90%、95%)的船舶壓載吃水值,見(jiàn)圖1。

如圖1所示，隨著船舶噸位的增加，在噸位相對(duì)較小時(shí)壓載吃水取值變化較快。 此外，對(duì)于噸位相鄰的同種船型來(lái)說(shuō)，若兩者在船寬和型深方面比較接近，則兩者的壓載吃水取值也比較接近。如圖1雜貨船中20 000 DWT與30 000 DWT所示。這些船型相互之間在船寬和型深方面比較接近，雖然船舶總長(zhǎng)有差別，但壓載吃水取值仍比較接近。

3 與主流計(jì)算公式的對(duì)比分析

雜貨船屬于中小型船舶，通常是多層結(jié)構(gòu)的甲板結(jié)構(gòu)。主要運(yùn)送成包、成箱、成捆、成扎和桶裝等件雜貨物，因?yàn)樨浳镫s、批量小，所以船舶的載重量不大。本次選取樣本主要集中在2 000～40 000 DWT。

將各船型50%保證率曲線與海運(yùn)經(jīng)驗(yàn)公式(以下簡(jiǎn)稱“50%T公式”)、國(guó)際海事組織(IMO)公式(以下簡(jiǎn)稱“IMO公式”)、日本港口研究所(PHRI)公式(以下簡(jiǎn)稱“PHRI公式”)3種國(guó)內(nèi)外主流的壓載吃水計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比分析。在海運(yùn)經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算中取滿載吃水的50%作為壓載吃水計(jì)算值。在國(guó)際海事組織(IMO)公式的計(jì)算中，以總長(zhǎng)近似代替垂線間長(zhǎng)代入計(jì)算。在日本港口研究所(PHRI)公式的計(jì)算中，3種船型的α、β取值[9]見(jiàn)表2。

表2 系數(shù)α、 β取值表

將50%保證率曲線與海運(yùn)經(jīng)驗(yàn)公式、國(guó)際海事組織(IMO)公式、日本港口研究所(PHRI)公式計(jì)算值曲線進(jìn)行比較分析，得到如圖2所示的對(duì)比圖。

綜合分析上述圖表及船型特點(diǎn)，可以看出：

1)對(duì)于雜貨船來(lái)說(shuō)，50%保證率取值基本涵蓋了PHRI公式、IMO公式、50%T公式計(jì)算值的取值范圍。但是當(dāng)船舶噸位較小時(shí)，IMO公式計(jì)算值比PHRI公式計(jì)算值、50%T公式計(jì)算值及50%保證率取值都大。

2)PHRI公式、IMO公式及50%T公式對(duì)于不同噸級(jí)壓載吃水計(jì)算的準(zhǔn)確度不同?？傮w來(lái)說(shuō)PHRI公式與50%T公式曲線的變化規(guī)律基本一致。兩者對(duì)小噸位船舶的壓載吃水計(jì)算值相近，隨著船舶噸位增大，PHRI公式的計(jì)算值要大于50%T公式的計(jì)算值，而IMO公式計(jì)算值的變化比較平緩。

3)80%、85%、90%、95%的保證率曲線均位于50%T公式、IMO公式、PHRI公式曲線上方?？梢哉J(rèn)為50%T公式、IMO公式、PHRI公式曲線給出了船舶壓載吃水的理論計(jì)算取值下限，在船舶的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中，從保證船舶營(yíng)運(yùn)安全的角度考慮，船舶實(shí)際壓載吃水的取值比較保守。

4)在世界商船隊(duì)中，雜貨船的船齡結(jié)構(gòu)老化嚴(yán)重，船齡在20年以上的的船舶占據(jù)了近1/3[10]。與普通船舶相比，船齡老化的船舶需要更多的壓載水來(lái)保證船舶安全，這也是50%保證率取值與其他公式計(jì)算值存在差別的重要原因。

5)IMO公式、PHRI公式等船舶壓載吃水計(jì)算公式的制定適用于當(dāng)時(shí)的船舶噸級(jí)水平。隨著國(guó)際貨運(yùn)往來(lái)日趨緊密，船舶大型化趨勢(shì)已突破原有噸級(jí)水平，相關(guān)計(jì)算公式的適用性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。此外，選取的船舶樣本不同也會(huì)造成統(tǒng)計(jì)結(jié)果的差異性。

4 結(jié)論

1)本文船舶壓載吃水統(tǒng)計(jì)方法為劃分船舶噸級(jí)、統(tǒng)計(jì)吃水參數(shù)，然后按照50%、80%、85%、90%、95%的保證率累計(jì)頻率得到壓載吃水取值。本文統(tǒng)計(jì)了雜貨船的壓載吃水取值，統(tǒng)計(jì)結(jié)果具有普遍性。

2)由于實(shí)船壓載吃水取值相對(duì)船舶壓載吃水計(jì)算公式所獲得的計(jì)算值略顯保守，即不同保證率累計(jì)頻率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果整體來(lái)看相對(duì)較大，這意味著如果采用計(jì)算公式計(jì)算船舶壓載吃水，船舶的水線上建筑物的高度將更高，這對(duì)于橋梁建設(shè)等工程來(lái)說(shuō)可能帶來(lái)更大的建設(shè)難度和投資代價(jià)。

3)雜貨船噸位不大，主要從事于沿海、內(nèi)河的貨物貿(mào)易運(yùn)輸。相關(guān)工程設(shè)計(jì)者在工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需求，分析確定預(yù)測(cè)船型并參考不同的保證率數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)前期或設(shè)計(jì)船型較多且不確定時(shí)，一般可以考慮采用高保證率的數(shù)據(jù)，以保證設(shè)計(jì)結(jié)果具有一定的可控性；而在一般設(shè)計(jì)或詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)確保保證率使用的準(zhǔn)確性。

4)廣泛使用的日本港口研究所(PHRI)公式僅統(tǒng)計(jì)分析了雜貨船、散貨船、油船3種船型的壓載吃水，對(duì)于集裝箱船、滾裝船、化學(xué)品船、液化氣(LPG或LNG)船、郵輪(客船)以及工程船等船舶并未統(tǒng)計(jì)?？紤]到船舶壓載吃水?dāng)?shù)據(jù)在工程設(shè)計(jì)中的重要性，我國(guó)宜廣泛開(kāi)展船舶壓載吃水?dāng)?shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計(jì)工作，制訂符合當(dāng)代船舶噸級(jí)水平的船舶壓載吃水取值規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

5)在船舶數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇上，應(yīng)保證船舶數(shù)據(jù)資料全面，基礎(chǔ)資料真實(shí)可靠。宜重點(diǎn)參考如《勞埃德船舶登記冊(cè)(Lloyd's Register of ships)》等權(quán)威刊物。在樣本數(shù)據(jù)的收集方法上，應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大樣本數(shù)據(jù)收集范圍，利用船務(wù)公司數(shù)據(jù)收集和引航部門(mén)數(shù)據(jù)收集兩種方式為船載AIS數(shù)據(jù)收集方式提供校核。此外，考慮到夏季和冬季船舶壓載吃水的不同，應(yīng)對(duì)當(dāng)前營(yíng)運(yùn)船舶實(shí)際吃水情況在不同季節(jié)進(jìn)行長(zhǎng)期的統(tǒng)計(jì)觀測(cè)。

[1] 海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范JTS165-2013[S].北京:人民交通出版社,2014.

[2] 海港集裝箱碼頭設(shè)計(jì)船型標(biāo)準(zhǔn)JTS165-2-2009[S].北京:人民交通出版社,2009.

[3] 馬曉波,張杰,戴冉.基于AIS數(shù)據(jù)的油船壓載吃水的確定[J].船海工程,2016,45(4)：64-66,82.

[4] 胡菠.船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)技術(shù)特性的新要求[J].航海技術(shù),2010(6)：37-39.

[5] 蔡新梅.AIS應(yīng)用與發(fā)展[J].機(jī)電設(shè)備,2011,28(2)：28-30,40.

[6] 劉志剛.船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)在船舶交通管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].船海工程,2007,36(2)：123-125.

[7] 杜嘉立,姜華.船舶原理[M].大連：大連海事大學(xué)出版社,2011：75-76.

[8] 杜安民,陳志強(qiáng).船舶壓載吃水估算方法探討[J].中國(guó)港灣建設(shè),2015,35(6)：38-40.

[9] THORESEN Carl A. Port designer's handbook[M]. 3d ed. London：Thomas Telford Limited, 2014.

[10] 李源,秦琦,祁斌,等.2013年世界船舶市場(chǎng)評(píng)述與未來(lái)展望[J].船舶,2014(1)：1-12.

Statistical Analysis of Ship Ballast Draft of General Cargo Ship

MA Xiao-bo, DAI Ran, WANG Han-tao, SHOU Zhi-yu

(Navigation College, Dalian Maritime University, Dalian Liaoning 116026, China)

There is no perfect calculation method in current specifications and relevant standards. The draft parameters were collected according to the tonnage of ships. Through statistics of the cumulative frequency of different guaranteed rate, the ballast draft of general cargo ship could be gotten. The statistical results were compared with the calculated results of several domestic and foreign methods. Based on the characteristics of ship type, the statistical results were analyzed to provide a reference for the study of ballast draft and modification of codes.

general cargo ship; ballast draft; AIS; cumulative frequency

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.02.015

2016-09-10

交通運(yùn)輸部水運(yùn)局海輪船舶水上高度調(diào)查分析專題研究([2012]404號(hào))；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(3132013016)

馬曉波(1990—)，男，碩士生

U691

A

1671-7953(2017)02-0066-03

修回日期：2016-09-27

研究方向:船舶智能化