船舶壓載吃水估算方法探討

杜安民，陳志強

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

港口工程現行規(guī)范和相關標準的船型資料中，給出了基于一定保證率的船舶滿載吃水，但對船舶壓載吃水并未提及。而這一參數在壓載工況下的系泊船舶作用力計算、登船梯包絡線設計等工作中是非常必要的。筆者研究了幾種船舶壓載吃水計算方法的特點，并應用油船算例進行了計算結果間的對比分析。

1 計算方法

1.1 經驗公式

根據海運經驗，空載船舶壓載航行時，最小平均吃水應達到滿載吃水的50%以上；冬季航行時因為風浪較大，則應達到55%～60%[1]。這一經驗參考數據對船舶正常安全航行具有現實的指導意義，但未考慮不同類型船舶的區(qū)別，取值較粗糙。

1.2 國際海事組織（IMO）公式

船舶空載航行時最小平均吃水[1]為：

式中：Tmin為最小平均吃水，m；Lbp為船舶垂線間長，即柱間距，m。

該公式計算簡便，適用于遠洋大型船舶，但僅涉及船舶垂線間長這一個參數，也未對不同類型船舶進行區(qū)別計算，在港口工程設計中具有一定的局限性。

1.3 日本港口研究所（Port and Harbour Research Institute，PHRI）公式

船舶壓載吃水與最大吃水的關系式[2]為：

式中：TB為船舶壓載吃水，m；Tmax為船舶最大吃水，m，取滿載吃水[3-4]；α，β為系數，取值見表1。

表1 系數α、β取值表Table 1 Valuesof coefficientαandβ

該公式針對不同貨種和噸級的船舶，給出了壓載吃水與滿載吃水的密切相關性，對港口工程及相關研究具有重要的指導意義。

1.4 根據縱向受風面積計算

該公式適用于大型船舶，假定船舶壓載時設計水線寬BWL與船寬相等（取型寬），所采用的縱向受風面積[6]等參數可查閱船型資料取值。

1.5 根據排水量計算

一種方法是[5]，假定船舶滿載至壓載的吃水差ΔT之間水線面面積AM、設計水線尺度不變，根據

式中：CWP為水線面系數，取值見表2；LWL、BWL分別為船舶設計水線長與設計水線寬，m，取垂線間長[7]與型寬；ΔQ為船舶滿載排水量Q與壓載排水量QB之差，t。可得

表2 船舶水線面系數C WPTable2 Ship waterlinecoefficient C WP

類似地，根據船舶形狀特性，筆者總結出另一種方法：假定船舶滿載與壓載時的設計水線尺度LWL、BWL分別相等，由

式中：Cb為船舶方形系數，取值見表3[8]；ρ為船舶所排水體密度，t/m3。

表3 船舶方形系數C bTable3 Ship block coefficient C b

則船舶壓載吃水

不同載重狀態(tài)的油船和散貨船，Cb為常數；其他船舶在載重60%以下時，該系數減小、并最多減小10%[8]。因此，對于油船和散貨船，根據式（8）、（9）可得

制定統(tǒng)一的安全工器具編碼規(guī)則，確保編碼的唯一性和完整性，采用 UHF電子標簽取代老式的手寫文字標簽或條形碼標簽，為安全工器具設置一個身份證明。將 UHF標簽讀寫器等設備組成的系統(tǒng)安裝在安全工器具庫房門口，當有人攜帶安全工器具走過的時候系統(tǒng)就會自動偵測所攜帶的工器具的數量、編號及出入庫方向，并進行詳細的記錄，實現無人值守安全工器具庫房自動化管理，還可完成工器具統(tǒng)計及臺賬管理工作。

滿載排水量Q可查閱船型資料取值，或根據實船資料按式（8）計算。對于壓載排水量QB，可按下式[2]估算：

式中：α′，β′為系數，取值見表4。

表4 系數 α′、β′取值表Table4 Valuesof coefficientα′and β′

根據船舶排水量計算壓載吃水，能體現出不同貨種和噸級船舶之間的差異，但是由于資料數據不全時準確選取船型系數CWP，Cb存在一定困難，并且壓載排水量QB只能大致估算，因此，按式（7）、（9）、（10）計算船舶壓載吃水 TB的誤差較難控制。

2 計算結果對比

收集整理了8個含有壓載吃水參數的油船船型資料，按不同方法計算的船舶壓載吃水結果值進行對比，見表5。

表5 典型油船壓載吃水不同算法結果對比Table 5 Comparison for calculation resultson tankers′ballast draught

根據表5中船舶壓載吃水的計算結果，可以看出：

1） 壓載吃水取滿載吃水的50%時，對3～5號油船（10萬～20萬DWT）較為適宜、但部分數據稍大。

2） IMO公式計算值對1～3號油船（5萬～10萬DWT）是適宜的，在船舶安全航行的最小吃水要求方面起到有效的控制作用；同時，該式對大型油船（30萬DWT）的壓載吃水計算值也相對準確。

3） 日本PHRI公式計算值與50%滿載吃水十分接近、對3～5號油船（10萬～20萬DWT）是適宜的，并且部分數據與按船舶縱向受風面積Ayw計算的壓載吃水也大致相等。

4） 按船舶縱向受風面積Ayw計算時，1號（5萬DWT）、4～5號油船（20萬DWT）的壓載吃水較實際數據偏小；對于3～6號油船（10萬～20萬DWT），該式與IMO公式的計算值基本一致。

5） 根據排水量求得的船舶壓載吃水誤差較大，相關結果作為輔助計算參考。

3 結論與建議

1）對于20萬DWT以下油船，壓載吃水可按日本PHRI公式求解或按50%滿載吃水取值，并用IMO公式校核取較大值，以滿足空載船舶壓載航行的安全吃水要求；對于20萬DWT以上油船，壓載吃水可按IMO公式計算。

2）本文采用的油船數據樣本數量較少，將進一步搜集船型資料、增大樣本容量，對油船壓載吃水的計算取值作深入研究。

3） 根據船舶縱向受風面積Ayw計算壓載吃水，對于油船、集裝箱船等大型船舶理論性較強、且計算簡便，能體現出不同類型船舶之間的差異，具有一定的可行性。

4）根據排水量計算的船舶壓載吃水供參考，下一步需參考造船行業(yè)相關成果，研究不同載重狀態(tài)下的設計水線尺度和壓載排水量變化規(guī)律，以減小所作假定對計算結果的影響。