海洋石油支持船評價指標(biāo)體系標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法

王文凱 吳瓊 張亞東 鄭輝 侯佐新 潘鵬

摘 要：本文探討了海洋石油支持船評價指標(biāo)體系、權(quán)重設(shè)置的原則、指標(biāo)篩選的思路和方法，建立了一種主客觀判斷相結(jié)合的指標(biāo)權(quán)重分析方法，分析了船舶特征和作業(yè)指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)；在此基礎(chǔ)上建立了海洋石油支持船評價指標(biāo)體系標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法，滿足了指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置的各項原則，同時就依據(jù)該方法編制的兩部有關(guān)OSV細(xì)分船型的評價標(biāo)準(zhǔn)做了實用案例解析。

關(guān)鍵詞：海洋石油支持船，指標(biāo)體系，指標(biāo)權(quán)重，評價方法

0 引 言

本文基于海洋石油支持船具體作業(yè)方式，統(tǒng)計各類作業(yè)的工作量，深度挖掘船舶性能評估規(guī)律，基于QSPA（Quantitarive Ship PerformanceAssessment）方法在OSV上的應(yīng)用，通過設(shè)置側(cè)重性的權(quán)重比例，建立起適用于OSV性能量化評價指標(biāo)，同時給出SPA（Ship Performance Assessment）標(biāo)準(zhǔn)化計算方法，這對海洋石油支持船設(shè)計、建造、運營和行業(yè)整體發(fā)展至關(guān)重要。

1 海洋石油支持船裝備和作業(yè)特點

海洋石油支持船（Offshore Support Vessel，OSV），是海洋石油工業(yè)后勤保障的關(guān)鍵大型船舶裝備。目前全球為海洋石油勘探開發(fā)服務(wù)的船舶約5500余艘，目前國內(nèi)大約320艘左右，未來在海洋油氣開發(fā)進(jìn)程中，規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。與傳統(tǒng)海運相比，OSV主要在海上從事包括酸化壓裂作業(yè)、精就位、提油限位、水下機(jī)器人釋放和對外消防等13種大型海上特殊作業(yè)。因此，對應(yīng)的設(shè)備需要重點考慮散料輸送系統(tǒng)、大型拖曳設(shè)備、溢油回收和對外消防等10種特殊裝備。

2 海洋石油支持船特種作業(yè)及對應(yīng)專業(yè)裝備設(shè)施

2.1 專業(yè)設(shè)備與設(shè)施

拖曳系統(tǒng)、DP系統(tǒng)、泥漿散料系統(tǒng)、載貨甲板、救助區(qū)、ROV收放系統(tǒng)、對外消防系統(tǒng)、特種船體（冰區(qū)）等。

2.2 對應(yīng)的作業(yè)

探井支持、精就位、限位、拖航、貨物運輸、人員救助、ROV收放（飽和潛水）、拋起錨（涵蓋預(yù)拋錨）、人員轉(zhuǎn)運、對外消防、破冰作業(yè)等。

2.3 專業(yè)設(shè)備實施與作業(yè)對應(yīng)關(guān)系

專業(yè)設(shè)備實施與作業(yè)對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

3 海洋石油支持船特種作業(yè)統(tǒng)計

海洋石油作業(yè)以拖攬機(jī)為技術(shù)分割嶺，為此，與船舶靜態(tài)指標(biāo)展開對應(yīng)，年度作業(yè)量統(tǒng)計有助于科學(xué)進(jìn)行權(quán)重值的設(shè)計與規(guī)劃，以船舶靜態(tài)指標(biāo)為要素、以動態(tài)作業(yè)量關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行實施。

3.1 載貨量統(tǒng)計

載貨量統(tǒng)計如圖2所示。

3.2 救助作業(yè)統(tǒng)計

救助作業(yè)統(tǒng)計如圖3所示。

3.3 拖帶與精就位作業(yè)拖帶與精就位作業(yè)如圖4所示。

3.4 年度平均特種作業(yè)量比（見表1）

4 海洋石油支持船評價指標(biāo)的構(gòu)建

海洋石油支持船評價指標(biāo)的構(gòu)建，主要圍繞標(biāo)準(zhǔn)化評估的指標(biāo)設(shè)計進(jìn)行船舶綜合性能的評估，以作業(yè)中的工作量為參照對應(yīng)具體設(shè)備，全面科學(xué)確定船舶靜態(tài)指標(biāo)權(quán)重，形成海洋石油支持船舶評價體系。

4.1 海洋石油支持船性能

船舶性能（ship characteristics） 廣義上指船舶各種性能的總和；狹義上指船舶靜力性能和動力性能的概括。狹義的船舶性能與船舶的主要尺寸、形狀及載裝情況等有密切關(guān)系。在理論研究中，以流體靜力學(xué)為基礎(chǔ)研究船舶在不同條件下的浮性、穩(wěn)性及抗沉性等，以流體動力學(xué)為基礎(chǔ)研究船舶的快速性、適航性及操縱性等，這些都是船舶最基本的性能。對于任意船舶，其性能要綜合考慮如下性能。

（1）浮性：正浮狀態(tài)；縱傾狀態(tài)；橫傾狀態(tài)；任意狀態(tài)。

（2）穩(wěn)性：船舶穩(wěn)性是指船舶在外力矩作用下偏離其初始平衡位置而傾斜，船舶具有抵抗外力并當(dāng)外力矩消除后船舶還具有恢復(fù)原來平衡狀態(tài)的能力。

1）橫穩(wěn)性：系指船舶在橫傾力矩的作用下，饒縱向X軸的橫向傾斜稱為橫傾，船舶在橫傾時的穩(wěn)性稱為橫穩(wěn)性。

2）縱穩(wěn)性：指船舶在縱傾力作用下，繞橫向Y軸的縱向傾斜稱為縱傾，船舶在縱傾時的穩(wěn)性稱為縱穩(wěn)性。

3）靜穩(wěn)性：指船舶在傾斜過程中，不計角加速和慣性矩時的穩(wěn)性。用于研究傾斜力矩和穩(wěn)性力矩之間的靜平衡問題。

4）動穩(wěn)性：指船舶在動力作用下傾斜時，計角加速或角速度的傾斜稱為動力傾斜。船舶在動力傾斜時的穩(wěn)性稱為動穩(wěn)性。用于研究傾斜力矩所作功和穩(wěn)性力矩所作功之間的動平衡問題。

（3）操縱性：船舶按照駕駛者的意圖保持或改變其運動狀態(tài)的性能，即船舶能保持或改變航速、航向和位置的性能。主要有4方面：航向穩(wěn)定性；回轉(zhuǎn)性；轉(zhuǎn)首性和跟從性；停船性能。

（4）抗沉性：船舶艙室進(jìn)水后，船舶保持漂浮狀態(tài)的能力，既不沉沒和輕浮的能力。

相比常規(guī)以航行和靠離碼頭為主要工作方式的船舶，海洋石油支持船更多用于礦區(qū)石油開采輔助作業(yè)，靠離的不僅僅是碼頭，還有海洋中的結(jié)構(gòu)物或者船舶，同船運輸?shù)呢浳锛扔幸簯B(tài)也有固態(tài)，其他工作狀態(tài)也是非單一船舶狀態(tài)，這既要充分考慮船舶浮性、穩(wěn)性、操縱性和抗沉性的基本工作性能，同時更要考慮其作業(yè)性能、作業(yè)適用、經(jīng)濟(jì)性能和安全性能，而安全性能和船舶浮性、穩(wěn)性和抗沉性雖有共同之處，但還需要考慮其救助作業(yè)時更惡劣的海況環(huán)境。

4.2 海洋石油支持船評價體系整體構(gòu)思

船舶評價具體落實最重要的是確定其性能指標(biāo)，需要建立評價體系的原則，具有科學(xué)的可操作性，同時又不能完全偏離業(yè)界對船舶性能的普適度，但鑒于其有別于普通的海船，指標(biāo)體系側(cè)重獨立性的同時要考慮船舶整體設(shè)備設(shè)施的完備性，且要具有可操作性與易于掌握和流通性。另，船舶評價的整體框架基于船舶靜態(tài)性能指標(biāo)建設(shè)與上述原則相統(tǒng)一，評價的準(zhǔn)確性的方向是一致的，其數(shù)值變化符合其綜合性能的表述。

4.3 評價體系建立原則

（1）完備性原則；

（2）獨立性原則；

（3）簡潔性原則；

（4）科學(xué)性原則；

（5）可操作性原則；

（6）通俗性原則。

4.4 評價指標(biāo)頂層架構(gòu)

評價指標(biāo)頂層架構(gòu)如圖5所示。

4.5 確定指標(biāo)模型的邊界條件

（1）船舶的主動力裝置和船舶操控系統(tǒng)（動力定位系統(tǒng)）對船舶作業(yè)安全影響最大，也是本文選擇靜態(tài)指標(biāo)評價的重要依據(jù)。

（2）在海洋石油支持船體系中，船舶的專用設(shè)備設(shè)施（艙室和專用設(shè)備）是船舶作業(yè)的核心，是本文確立權(quán)重的關(guān)鍵所在。

（3）船舶能耗是船舶低碳發(fā)展的衡量指標(biāo)，也是船舶經(jīng)濟(jì)性的重要體現(xiàn)[2]。

（4）船舶的新舊程度決定船舶當(dāng)前整體狀態(tài)。

4.6 確定模型的要素集和評語集

本文采用模糊綜合評判的思路對海洋石油支持船性能評價模型進(jìn)行構(gòu)建，具體指標(biāo)要素見表2。

確定出相關(guān)要素與單位后，制定海洋石油支持船靜態(tài)評價指標(biāo)：1）載重噸與主尺度比值RDW；2）載重噸、航速與功率比值CDSC；3）噸海里能耗g/t·n mile RFD；4）艙容利用率CHC；5）甲板面積率RDA；6）甲板貨力矩DCM；7）動力定位能力DPC；8）船體動力比HPC；9）船齡系數(shù)N。各類評價和權(quán)重值見表3。

5 評價過程

依據(jù)表3所示的指標(biāo)及權(quán)重，假定需要評價的船舶Y，獲取每艘船對應(yīng)表3指標(biāo)值，設(shè)為Xi， i是表3對應(yīng)的指標(biāo)序號，如：X1表示該船的RDW， X2表示該船的CDSC，以此類推[3]。

ωi表示表3所示評價指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重，如：ωi表示RDW指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重14，ω2表示CDSC指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重10，以此類推。最終形成船舶評價指標(biāo)統(tǒng)計表，見表4。

6 實用案例分析

依照國際常規(guī)分類，海洋石油支持船可以進(jìn)一步細(xì)分為三用工作船（AHTS）和供應(yīng)船（PSV）兩種船型，三用工作船是為海上石油勘探開發(fā)提供多種特殊作業(yè)服務(wù)的海洋工程輔助船舶。主要功能為拖帶、拋啟錨、供應(yīng)和守護(hù)。三用工作船具有船的本質(zhì)但又有別于其他商船（散貨船、油輪、集裝箱船、港作拖輪等），具有體積小、功率大、特種設(shè)備多、主甲板和艙室裝載貨品種類多、主甲板作業(yè)、回轉(zhuǎn)靈活等特點。供應(yīng)船主要用于為海上石油勘探開發(fā)運輸多種物資和材料，如：鉆井物資和器材、鉆井鋼管、散裝水泥、鉆井水、鉆井泥漿、淡水、鹽水、燃油及生活用品等。其兩者主要差別在于三用工作船具有拖曳系統(tǒng)，而供應(yīng)船無。為驗證文中提出的標(biāo)準(zhǔn)化評價方法，中國海油分別于2020年啟動了《三用工作船性能評價規(guī)范》和2021年啟動了《海洋石油供應(yīng)船性能評估規(guī)范》兩部標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，其中《三用工作船性能評價規(guī)范》2021年底發(fā)布，《海洋石油供應(yīng)船性能評估規(guī)范》2022年底發(fā)布?！度霉ぷ鞔阅茉u價規(guī)范》自發(fā)布實施以來，該標(biāo)準(zhǔn)已在中國海油內(nèi)部5家單位使用，具體使用600余人次，為海事局、地方協(xié)會、船廠、設(shè)計公司、船級社、船東公司等外部企事業(yè)單位借鑒使用300余次，總計900余次，直接指導(dǎo)船舶科研、設(shè)計、建造以及船舶租用，根據(jù)不同人員的直接反饋來看，標(biāo)準(zhǔn)評價結(jié)果客觀，權(quán)重設(shè)計科學(xué)合理。使支持船評價由主觀模糊評價轉(zhuǎn)變?yōu)榭陀^數(shù)字化評價。

7 結(jié) 語

本文系統(tǒng)結(jié)合海洋石油支持船特點，運用科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重設(shè)計，同時結(jié)合具體標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范）案例，給出了科學(xué)清晰的海洋石油支持船評價方法。該方法對海洋石油支持船科研、建造以及應(yīng)用的評價指標(biāo)做出數(shù)字量化，其評價指標(biāo)體系為支持船以及為海洋石油服務(wù)的其他船舶的評價提供了科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)條件，對建構(gòu)統(tǒng)一的船舶評價體系提供思路和操作路徑，能同時兼顧各海區(qū)和南北方的操作方式衡量船舶的綜合性能技術(shù)指標(biāo)，因此該評價方法對船舶性能的評價更加全面、客觀，評價結(jié)果有相當(dāng)可信程度的互比性和可追溯性，在海洋石油支持船領(lǐng)域具有推廣應(yīng)用價值，也將對我國海工船舶設(shè)計方案論證、船型優(yōu)化、船舶科研成果評價等具有一定的理論意義及工程實際應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

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