雜貨船壓載吃水的統計分析

馬曉波，戴冉，王漢弢，首智宇

(大連海事大學 航海學院，遼寧 大連 116026)

雜貨船壓載吃水的統計分析

馬曉波，戴冉，王漢弢，首智宇

(大連海事大學 航海學院，遼寧 大連 116026)

針對現行的港工船型資料及相關規范對于船舶壓載吃水的取值并未明確的問題，按照船舶噸級收集吃水參數，通過統計不同保證率累計頻率得到雜貨船壓載吃水取值，將統計結果與國內外幾種主流的壓載吃水計算方法進行對比分析，并結合船型特點對統計結果進行規律分析。

雜貨船；壓載吃水；AIS；累計頻率

現行的港工船型資料及相關規范中給出了船舶滿載吃水的參考取值[1]，以及部分船型的營運吃水取值[2]，但對于壓載吃水的取值并未明確。而這一參數對于壓載工況下的系泊船舶作用力計算、橋梁凈空高度設計有重要的意義[3]。船載自動識別系統(automatic identification system，AIS)是在甚高頻海上移動頻段，采用時分多址接入技術，可自動廣播和接收船舶航次相關信息的系統[4]。AIS應用廣泛，幾乎所有船舶配備AIS設備[5-6]。考慮到AIS在海事領域應用的廣泛性，本文采用船載AIS數據收集為主、船務公司數據收集和引航部門數據收集為輔的樣本數據收集方式，保證數據的真實性與有效性。通過對雜貨船船載AIS數據的統計分析，得到不同噸級不同累計頻率下的壓載吃水值。此外，對統計結果進行規律分析，為解決壓載吃水的取值問題提供借鑒與參考。

1 船舶壓載吃水取值研究現狀分析

通過對國內外研究現狀的調查分析，闡述國內外幾種主流的壓載吃水計算方法，并對這些方法進行了評價與分析，見表1。

表1 國內外研究現狀

2 船載AIS壓載吃水數據統計分析

英國勞氏船級社(LR)是世界上成立最早的一個船級社，在世界船舶界享有盛名，是國際公認的船舶界權威認證機構。它主要從事有關船舶標準的制定與出版，進行船舶檢驗，檢定船能，公布造船規則等。該社編印的《勞埃德船舶登記冊(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、船級社、制造地、船殼和船機類型等內容。本文以《勞埃德船舶登記冊》中提供的船型資料為索引，利用上文所述3種數據收集方式開展樣本數據收集，共取得包括673艘雜貨船在內的船舶壓載吃水樣本數據。

樣本數據處理方法主要應用了SPSS統計軟件的頻數分析功能。觀測數據的頻數分析主要是通過輸出頻數分析表及統計圖形來獲得變量的直觀特征，為進一步的復雜分析提供重要參考。本文利用SPSS對不同船型不同噸級的船舶樣本數據進行統計，統計出不同保證率累計頻率下(50%、80%、85%、90%、95%)的船舶壓載吃水值,見圖1。

如圖1所示，隨著船舶噸位的增加，在噸位相對較小時壓載吃水取值變化較快。 此外，對于噸位相鄰的同種船型來說，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，雖然船舶總長有差別，但壓載吃水取值仍比較接近。

3 與主流計算公式的對比分析

雜貨船屬于中小型船舶，通常是多層結構的甲板結構。主要運送成包、成箱、成捆、成扎和桶裝等件雜貨物，因為貨物雜、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%保證率曲線與海運經驗公式(以下簡稱“50%T公式”)、國際海事組織(IMO)公式(以下簡稱“IMO公式”)、日本港口研究所(PHRI)公式(以下簡稱“PHRI公式”)3種國內外主流的壓載吃水計算方法進行對比分析。在海運經驗公式的計算中取滿載吃水的50%作為壓載吃水計算值。在國際海事組織(IMO)公式的計算中，以總長近似代替垂線間長代入計算。在日本港口研究所(PHRI)公式的計算中，3種船型的α、β取值[9]見表2。

表2 系數α、 β取值表

將50%保證率曲線與海運經驗公式、國際海事組織(IMO)公式、日本港口研究所(PHRI)公式計算值曲線進行比較分析，得到如圖2所示的對比圖。

綜合分析上述圖表及船型特點，可以看出：

1)對于雜貨船來說，50%保證率取值基本涵蓋了PHRI公式、IMO公式、50%T公式計算值的取值范圍。但是當船舶噸位較小時，IMO公式計算值比PHRI公式計算值、50%T公式計算值及50%保證率取值都大。

2)PHRI公式、IMO公式及50%T公式對于不同噸級壓載吃水計算的準確度不同。總體來說PHRI公式與50%T公式曲線的變化規律基本一致。兩者對小噸位船舶的壓載吃水計算值相近，隨著船舶噸位增大，PHRI公式的計算值要大于50%T公式的計算值，而IMO公式計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。可以認為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算取值下限，在船舶的實際生產運營中，從保證船舶營運安全的角度考慮，船舶實際壓載吃水的取值比較保守。

4)在世界商船隊中，雜貨船的船齡結構老化嚴重，船齡在20年以上的的船舶占據了近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保證船舶安全，這也是50%保證率取值與其他公式計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算公式的制定適用于當時的船舶噸級水平。隨著國際貨運往來日趨緊密，船舶大型化趨勢已突破原有噸級水平，相關計算公式的適用性有待進一步驗證。此外，選取的船舶樣本不同也會造成統計結果的差異性。

4 結論

1)本文船舶壓載吃水統計方法為劃分船舶噸級、統計吃水參數，然后按照50%、80%、85%、90%、95%的保證率累計頻率得到壓載吃水取值。本文統計了雜貨船的壓載吃水取值，統計結果具有普遍性。

2)由于實船壓載吃水取值相對船舶壓載吃水計算公式所獲得的計算值略顯保守，即不同保證率累計頻率的統計結果整體來看相對較大，這意味著如果采用計算公式計算船舶壓載吃水，船舶的水線上建筑物的高度將更高，這對于橋梁建設等工程來說可能帶來更大的建設難度和投資代價。

3)雜貨船噸位不大，主要從事于沿海、內河的貨物貿易運輸。相關工程設計者在工程設計時，應當根據不同的設計需求，分析確定預測船型并參考不同的保證率數據。在設計前期或設計船型較多且不確定時，一般可以考慮采用高保證率的數據，以保證設計結果具有一定的可控性；而在一般設計或詳細設計階段，應確保保證率使用的準確性。

4)廣泛使用的日本港口研究所(PHRI)公式僅統計分析了雜貨船、散貨船、油船3種船型的壓載吃水，對于集裝箱船、滾裝船、化學品船、液化氣(LPG或LNG)船、郵輪(客船)以及工程船等船舶并未統計。考慮到船舶壓載吃水數據在工程設計中的重要性，我國宜廣泛開展船舶壓載吃水數據的收集和統計工作，制訂符合當代船舶噸級水平的船舶壓載吃水取值規范和標準。

5)在船舶數據庫的選擇上，應保證船舶數據資料全面，基礎資料真實可靠。宜重點參考如《勞埃德船舶登記冊(Lloyd's Register of ships)》等權威刊物。在樣本數據的收集方法上，應進一步擴大樣本數據收集范圍，利用船務公司數據收集和引航部門數據收集兩種方式為船載AIS數據收集方式提供校核。此外，考慮到夏季和冬季船舶壓載吃水的不同，應對當前營運船舶實際吃水情況在不同季節進行長期的統計觀測。

[1] 海港總體設計規范JTS165-2013[S].北京:人民交通出版社,2014.

[2] 海港集裝箱碼頭設計船型標準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數據的油船壓載吃水的確定[J].船海工程,2016,45(4)：64-66,82.

[4] 胡菠.船舶自動識別系統技術特性的新要求[J].航海技術,2010(6)：37-39.

[5] 蔡新梅.AIS應用與發展[J].機電設備,2011,28(2)：28-30,40.

[6] 劉志剛.船舶自動識別系統在船舶交通管理系統中的應用[J].船海工程,2007,36(2)：123-125.

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

[8] 杜安民,陳志強.船舶壓載吃水估算方法探討[J].中國港灣建設,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年世界船舶市場評述與未來展望[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

交通運輸部水運局海輪船舶水上高度調查分析專題研究([2012]404號)；中央高校基本科研業務費專項資金(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