Excel VBA 在拋錨穩性計算中的應用

摘要：拋錨穩性軟件建立在Excel平臺上，應用VBA編寫的拋錨穩性計算的軟件。其有輸入界面、數據文件、計算函數和輸出報告組成。輸入界面可輸入船舶的裝載情況、最火的錨纜張力等信息;數據文件包含計算需要的數據表單，為計算提供數據支撐;計算函數是根據規范計算方法編寫而成，其可實現數據查詢、數據插值、格式控制、圖表繪制等功能;輸出報告展示計算的關鍵結果，可作為報告直接打印。該軟件可實現一鍵點擊生成報告功能，其操作簡單，方便決捷，準確可靠，可極大地提高船舶操作人員汁算船舶拋錨穩性的效率。

關鍵詞：VBA，拋錨;船舶穩性

關于船舶穩性計算的商業軟件很多，如GHS和NAPA等都能夠提供非常可靠和高效的穩性計算。但這些軟件操作復雜，專業性較強，適合具有專業背景的船舶設計人員使用。隨著船舶自動化的發展，相繼出現了各種船舶裝載軟件，通過人工或者傳感器輸入裝載信息，軟件可自動汁算船舶穩性、強度、吃水差等信息。然而，該裝載軟件通用性較強，靈活度不夠，無法針對船舶的特殊穩性要求進行修改。因此，在面臨新問題新需求時，尋求一種新的靈活的解決方案顯得十分必要。

2007年3月13日，挪威拋起錨船Bourbon Dolphin在起拋錨作業中發生側翻后。國際海事組織（lMO）于2007年6月6日發布了MSC 83iiNF.9，要求具有起拋錨能力的近海供應船和拖船必須滿足起拋錨穩性要求。針對拖輪這一穩性汁算需求，本人基于EXCEL VBA編程，整合常規的穩性汁算方法和拋錨穩性衡準，編制了穩性拋錨軟件。該軟件可實現一鍵點擊完成拖輪特定錨纜張力條件下拋錨穩性衡準計算和報告生成，為拖船進行快速準確地拋錨穩性評估提供了有效的手段。

1 平臺介紹

Microsoft Office中的Excel是一款普遍使用的表格工具，其具有數據計算和圖表繪制等功能。VBA是Visual Basic for Application的縮寫，其是內嵌于office軟件中的一個開發模塊，這個模塊提供程序自主開發，語言基礎與VB（ Visual Basic）相似。使用VBA進行編程可以自由的調用Excel中的數據、函數，控制Excel表格的各項功能，該應用極大地提高了Excel使用的靈活性和高效性。Excel的很多功能和常規不能實現的功能，大多可通過VBA程序進行實現，因此Excel VBA為實現圖表自動編輯和計算提供了基礎。另外，使用VBA軟件時，不用特別安裝程序，可直接在Excel表格中操作。

2 軟件組成

該拋錨穩性計算軟件分為輸入界面、數據表單、計算函數和輸出報告四部分組成。

2.1 輸入界面

如圖l所示，輸入界面包含所有計算所需數據及軟件初始化設置，輸入數據可分為固有數據和變化數據。

固有數據有：船長、型寬、型深、參考排水量、入水點橫向坐標、入水點縱向坐標、舭龍骨總面積、方形系數、空船重量及其坐標位置（縱向、橫向、垂向坐標）。

可變數據有：甲板貨物投影面積、甲板貨物面積中心距基線距離、船舶固定重量（包括空船重、人員、甲板載貨及相關重量）、液艙的液貨（淡水、壓載水、燃油等）重量及位置（縱向、橫向、垂向坐標）和拋錨纜張力。

軟件初始化設置包括模式設置、數據表單的生成、數據導入等功能，這些功能可擴展軟件的可使用范圍和初始化的便利性。例如：針對不同的船舶，原點的參考位置可能為船中，可能為船尾;另外在靜水力表查表的基準變量可能為排水量，可能為吃水。這些設置在模式設置中均可進行，當前設置的狀態也會在輸入頁面上顯示。

2.2數據表單

數據表單為計算提供了數據查詢支持，其包括靜水力表、艙容表、穩性交叉曲線表和船體受風信息表。

如表l所示，靜水力表格可提供船舶在一定吃水情況下的靜水力曲線值，包括排水量、浮心縱向坐標（LCB）、浮心垂向坐標（VCB）、漂心縱向坐標（LCF）、每厘米吃水噸數（TPC）、穩心縱向坐標（KML）、穩心橫向坐標（KMT）、縱傾一厘米力矩（MTC）。

如表2所示，艙容表包含船舶所有液艙在不同的液位對應的相關信息，其中每個液艙的艙容表包括在不同的測深情況下的如下信息：液位測深、體積、液體縱向坐標、液體橫向坐標、自由液面力矩。

如圖3交叉曲線反應形狀力臂在不同排水量、不同橫傾角下的形狀力臂值。通過形狀力臂值可通過公式計算靜穩性力臂。

船舶受風面積數據反應在不同吃水下，水上面積和對應的力臂的數值，見圖2。

2.3計算函數

其中主函數負責主體計算流程控制，當點擊輸入頁面的“計算”按鈕后，主程序即被調用。

主程序控制整個計算流程，通過調用輔助函數實現軟件的所有功能。

對于計算過程中的大型汁算模塊、重復計算、格式化、錯誤排查、控制參數確定對等需求，編制了大量的輔助函數庫。新功能的實現，均可通過主程序調用輔助函數進行實現。

2.4輸出報告

經過計算，軟件將結果輸出到輸出頁面，并進行格式優化顯示。輸出的結果有總重量、位置信息（重心縱向、橫向和垂向坐標）、自由液面力矩、靜水力參數信息（ LCB、VCB、LCF、TPC、KML、KMT和MTC）、浮態（首吃水、尾吃水和縱傾值）、靜穩性圖表、完整穩性衡準等傳統穩性報告內容。針對拋錨穩性的衡準，添加了衡準結果顯示。通過Excel輸出生成PDF格式文件可直接作為報告進行提交。圖3所示為輸出報告中的重要部分，包括靜穩性圖、完整穩性衡準和拋錨穩性衡準結果。如衡準結果滿足要求，軟件輸出為綠色的“OK”，否則輸出為紅色的“NO”。

3.計算原理

圖4所示為拋錨穩性計算軟件的計算流程。主計算程序啟動以后，輸入數據賦值到函數變量。測深數值通過艙容表查詢液艙載貨信息。液艙載貨信息與船舶自重、甲板貨物信息進行匯總得到總重量信息從而計算出總排水量。總排水量通過靜水力參數表查詢可得對應的吃水及靜水力參數，可計算船舶浮態信息。進一步查詢穩性交叉曲線可計算靜穩性數值，繪制靜穩性曲線，進行完整穩性衡準校核和拋錨穩性校核。

其中，完整穩性衡準校核參考完整穩性手冊，拋錨穩性衡準為MSC 83iINF.9中新增加的內容，即最大的錨纜張力下的橫傾角必須小于如下三個角度：l.50%最大GZ值的對應橫傾角度;2進水角;3.15°。橫傾力矩的計算包括水平力矩和垂直力矩。如圖5所示，水平力臂的計算為推進器中心到主甲板的垂直距離。如圖6所示，垂直力臂的計算為尾滾筒中心的外緣值至拖纜在滾筒出舷點的水平距離。由于拋錨是個動態的過程，不可能也無必要精確確定錨纜的出舷點，從安全的角度考慮，垂直力臂取半船寬。因此，錨纜的縱橫力矩的計算可以簡化為如圖7所示的模型進行計算。將錨纜張力在水平和垂直兩個方向進行分解，與相應的力臂相乘計算出水平力矩和垂直力矩，進而獲得綜合力矩。

拋錨穩性衡準，即給定錨纜最大張力。在考慮錨纜垂直分量對吃水的影響，修正靜穩性曲線和入水角的條件下，計算出從O度到90度每隔10。出舷角下的綜合力矩，分別代入靜穩性曲線求出50%最大GZ值，再按拋錨衡準規定進行衡準。

4 展望

基于Excel VBA的軟件的最大好處之一是可以根據所需進行定制化設計更改，利用Excel自身強大的功能進行計算和報告的輸出。若數據量巨大，還可調用Access進行數據庫操作以進一步提高計算速度。在穩性衡準計算的基礎上，還可以進行多方向的拓展，例如海上運輸綁扎設計、船舶調載優化等程序功能開發工作。限于基于的數據量和方法的限制，很多數據是基于固定假設條件下獲取的數值，計算精度還有提高的空間。總之，基于Excel VBA平臺的計算軟件開發有非常多的應用場景、尚有大量的研究開發工作可以嘗試。

參考文獻

[1]路遠發.GeoKit： 一個用VBA構建的地球化學工具軟件包[J]地球化學.2004（9）.

[2]Internotional Code on Intact Stability [S]. 2008.

[3]MSC 83/INF.9 [S].2007.

[4]沈威拋起錨穩性計算分析[J]船舶與海洋工程.2014（2）.

作者簡介：

楊鵬，碩士，工程師，交通運輸部上海打撈局技術中心，負責打撈技術方案設計、現場施工，（E-mail）yongpeng@coes.cn.17301850653