部队海上投送滚装船配积载模型与算法

吴晓东，苏　鹏

(军事交通学院 联合投送系，天津 300161)



部队海上投送滚装船配积载模型与算法

吴晓东，苏鹏

(军事交通学院 联合投送系，天津 300161)

船舶配积载方案是部队海上投送方案的重点内容，也是部队装备装载的主要依据。为提高船舶配积载方案的编制效率、提升运输安全保障，通过阐述滚装船部队装备配积载的基本要求，提出滚装船配积载的2种模型，并结合工作实际给出相应算法。

滚装船；装备配积载；部队海上投送

部队海上投送是我军实施战略投送的重要方式之一，海上投送能力建设是应对海上威胁、开展海上军事斗争准备的重要内容。滚装船是部队海上投送的最适宜船型，能够实施部队轮式、履带式装备快速滚装滚卸，大大提高装卸载效率，提升部队的投送能力。船舶配积载方案是部队海上投送方案的重点内容，是部队装备装载的主要依据，关系到船舶装载顺利实施与船舶航行的安全。长期以来，船舶配积载方案主要依赖于经验与原则，急需开展较为系统的研究，为提高方案编制效率、提升运输安全保障提供技术参考。当前，国内外学者对集装箱船和散货船配载优化进行了比较深入的研究，而对滚装船舶配载优化的定量研究还很少，对于针对部队输送需求的滚装船配载相关研究更少。文献[1]针对滚装船配载优化算法及其软件化实现进行研究，为定量化研究滚装船配载问题提供了借鉴。文献[2]采用动态规划方法，从保证船舶稳定性出发，通过最小化船舶平衡力矩来选择装船车辆，为滚装船配载实现提供了算法参考。本文从滚装船部队装备配积载的特定要求出发，提出定量化模型与实用化算法。

1　滚装船部队装备配积载基本要求

在水路运输中，船舶配载指为每艘船舶的具体航次确定货载任务，即确定每个航次船舶所装货物的品名、数量及所要运达港口的名称，然后汇总成一张装货清单。积载指根据装货清单上所列的货单、本船舱室结构性能和该航次挂港情况，研究和确定货物在各货舱、各层舱所应配置的货物名称和数量及在舱内的堆积位置，并提供一张按一定规范化要求绘制的船舶积载图。在军事运输中，配载也指装载指挥所根据运输工具和被输送部队的人员、装备及物资等情况，组织调配装载位置和重量的工作。不难看出，对于水路运输而言，军事运输中的配载概念其实包含了船舶配载和积载两项工作内容。因此，部队海上输送时，船舶配载、积载也统称为配积载，或者简称为配载。

滚装船是能在水平方向装卸货物的船舶[3]，有一层或多层封闭或开敞甲板，一般不分舱且贯穿船舶全长。由于滚装船货物装卸方式为水平方向作业，车辆装备可直接登上陆岸或船舶，省去许多装卸、起重设备，简化装卸程序；而且滚装船可以在一般码头停靠，不需要对港口码头进行大规模改造，是建制部队海上输送的首选船型。因为滚装船的自身特点和部队军事要求，部队滚装船配积载有着以下基本要求。

1.1保持建制完整

船舶配载应尽量保持部队的建制完整，以便于整个输送过程中的组织指挥和管理。一方面，尽量按建制划分配载区域。同战斗单位、执行同一战斗任务的，能同舱的尽量同舱，装备尽量配置在同一层甲板。另一方面，装备配载时应尽量考虑装备的摩托化开进序列。一般来说，水路输送是联合投送的一个环节，离不开前后两段公路衔接倒运。如果装备水路装卸载顺序与按照摩托化开进顺序一致，先装先卸，后装后卸，不打乱车辆装备的开进序列，可减少装载前以及卸载后的车辆集结整备时间，有利于联合投送整体行动的快速实施。

1.2便于快速装卸

配载方案要充分考虑到装备装卸的具体实施。配载时要考虑装备装卸时的车头方向、行进通道、回转空间等因素，车辆装备要能够顺利、快速的装的上、卸的下，而不是简单的运用面积利用率最大化原则进行配载。配载方案要确保车辆装卸时通道畅通、转弯半径充足，制订配载方案时就需考虑到车辆装载的顺序与方法。有的滚装船分为两层或两层以上甲板，多层甲板将货舱上下分隔成若干装载区域，各甲板间设置斜坡道或升降平台，各层甲板间装备如何上下也要充分考虑，甚至正向驶入或者尾部倒入都需要提前考虑。

1.3确保航行安全

科学合理的船舶配载方案是确保船舶航行安全的重要因素，船舶的装载状态直接影响到航行安全。主要体现在以下方面：一是载质量要求。配载质量不得超过船舶的净载质量，即船舶净载质量要大于装备质量。二是船舶稳性要求。重型装备配在下层舱，轻型装备配在上层舱，以达到上轻下重，保持船舶适当的稳心高度；后舱多配，前舱少配，以达到前轻后重，保持船舶良好的吃水差，实践证明，万吨轮适度吃水差为满载时尾倾0.3～0.5 m，半载时尾倾0.6～0.8 m[3]。配载尽量左右平衡，纵向配载均匀分布，配载后进行船舶稳性及强度校核，以保证船舶稳性和航行安全。一般情况下，装备在船上应纵向装载，采用其他方向装载时，应充分考虑装备系固的有效性。三是甲板强度要求。在装运重装备时，应当充分考虑甲板强度问题，确保甲板的承受能力满足要求。一般小车甲板的平均荷载为0.2～0.3 t/m3,重车甲板的平均载荷为2～3 t/m3[4]。要严格管理重型车辆的超载，因为超载将导致强度接近或超过了甲板的局部安全强度，使船体的某一部分发生变形，也影响到开口的水密性；严重时还将造成船舶稳性急剧恶化，以致发生倾覆。

1.4充分利用运力

滚装船运输时，车辆装备运输水平装卸并分布于甲板上，甲板面积是船舶配积载的制约因素。配载时应最大限度地利用船舶有效面积、轻重搭配，以节约运力，缩短装卸作业时间。船舶的可用面积必须大于装备的占用面积，装备之间保持一定的间距，还必须预留足够的人员、车辆通道面积，以方便车辆装卸和途中安全检查。重装备海上运输已有相关装载技术标准，装备的前后左右间距有明确的要求。轮式装备前后间距不小于1 200 mm，左右间距不小于500 mm。履带式装备、火炮前后间距不小于1 500 mm，左右间距不小于500 mm。装备间保持一定的间距，一方面是防止船舶航行过程中装备位移导致相互碰撞，另一方面足够的间距可以保证装备系固空间。

2　滚装船配积载模型

2.1基本思路

面积是船舶装备配积载的主要制约因素。对于滚装船而言，有其特殊性。一般的大型滚装船，为了便于装卸载组织，在车辆舱内会布设若干条载车线，车辆装备可依据载车线装载。同时，载车线两侧预设有象脚底座、地铃等加固点便于绑扎系固器材进行加固。在配载时，可根据滚装船的这一特点，将载车线长度作为主要制约因素，装备配载可变为求解装备位于那条载车线及在该载车线的位置。

2.2模型描述

2.2.1船舶所装载的装备不确定

既定船舶情况下，所装载的装备不明确，本模型即要求解装载尽量多的装备。设船上共有m条载车线，将载车线排序，第i载车线的长度为li，距船舶纵中心线的横向距离为si，距船舶基线的高度距离为hj。船舶的载质量为w，最低初稳心高度GM，稳心基线高度为KM，最大横倾力矩为Tmax，空船质量(含船舶常数、船舶补给质量等)为G，空船质心高为S，船舶排水量为Δ,空船质心距船中纵向距离为D。共有n台装备供配载，第j装备的长度为cj，质量为pj，装载前后最小间距为dj，配载方案中，第j装备是否配载于第i载车线用xi,j表示(0表示未，1表示有)，yj表示j装备质心距离船横中心线的距离。模型如下：

∑pj·Xj(vj-KM+GM)<(KM-GM-S)G

约束(6)、(7)是考虑船舶的吃水差要求，对船上载荷重量沿纵向分布进行控制。吃水差公式经验表述为[2]

综上，满足上述条件的配载方案既能充分利用船舶的载运能力，又能够保证船舶的稳性。

2.2.2明确船舶所装载的装备

3　滚装船配积载算法

3.1模型一算法思路

一般说来，根据船舶结构设计，在合理配载情况，满载的船舶必然是满足船舶性能要求。 由此可分两步求解该模型，首先求解船舶装载的装备，再进行装备在船舶上具体位置的求解并进行性能的校核，也即先配载、再积载。

(2)问题已转化为明确船舶所装载的装备的配积载问题，也即模型二问题，参见算法求解。

3.2模型二算法思路

本模型是一个复杂的二次整数规划，直接求解难度较大。考虑本问题是具体实际问题，本文提出以下解题思路，在考虑部队装备开进序列的要求下，采取分载车线依次配载的方式，配载过程中加以性能校核，逐步求解本问题。

(1)考察船上的载车线，依据船舶均衡配载、车辆顺利装卸原则，确定每一载车线的配载顺序。一是梯次装载，即一条装载线装载完成后，开始第二条。适用于船舶吨位较大、部队车辆顺序要求高的情况。一般左右两舷依次选择，考虑车辆在舱内的行进方向和路径，要确保车辆在舱内有足够的空间回转。尤其是多层甲板和单舱门船舶，为提高甲板利用率，车辆在舱内的回转不可避免。二是穿插装载。即船舶左右两舷两条装载线依次装载车辆。适用于船舶吨位较小或者部队车辆顺序要求不高的情况。

(2)确定装备装载顺序。一是梯次装载，严格按照部队要求排序，为每一装备确定其装载顺序，一般是摩托化行军的顺序；二是穿插装载，对序列要求不高，可将装备依据重量分成几类，每一类装备重量位于一个区间。配载时，各类装备依据由重到轻的顺序排序，同一类装备依据由长到短顺序排序。在装备配装时，要考虑甲板强度要求。如超出强度要求，则换装下一装备。

(3)计算总载车线长度及车辆占用长度，得到总的载车线占用比R，多层甲板情况下，小甲板由于空间较小，用于车辆回转空间占比相对较大，载车线利用率相对较低，计算时可酌情扣减载车线长度。

(4)依据载车线顺序与装备装载顺序进行配载。在载车线上依据放置装备，装备前后间距满足装载标准要求。每一载车线占用比Ri≥R，即认为该线配载完成，进行下一载车线配载。直至所有载车线配载完成。梯次装载，依据装备既定顺序配载即可；穿插装载时，左右两舷尽量对称依次配载同类装备，最大程度保证船舶左右均衡。配载前，考察装备荷载与甲板强度关系，如果考察装备荷载大于甲板强度关系，则选取下一装备配载。

(5)左右对称的两条载车线配载完成后即进行船舶性能校核，如果合格则回到第(4)步继续配载，直至所有载车线配载完毕；如果出现校核不通过，则对这两条载上的车辆进行相应调整，直至通过后回到第(4)步继续配载。

4　结　语

部队海上投送滚装船配积载涉及到船舶载运能力、稳性和军事需求等诸多因素，对船舶运力的高效合理利用是配载最求的目标。基于载车线建立数学模型能够较好地进行问题描述，在此基础上，采用载车线分步式配载方法可较为高效地解决该问题。

[1]靳志宏,金燕燕. 滚装船配载优化算法及其软件化实现[J].中国航海，2010(6)：84-88.

[2]宋振洪.客滚船舶车辆的动态装载算法[J].计算机工程，2004(30)：522-523.

[3]王捷.海上货物运输[M].大连：大连海事大学出版社，2015:92.

[4]中国人民解放军总后勤部军事交通运输部.武器装备海上运输主要船型装载标准：GJB 5312-2004[S].北京：总装备部军标出版发行部，2005.

(编辑：闫晓枫)

Stowage Model and Algorithm of Ro-Ro Ships for Sea Projection

WU Xiaodong，SU Peng

(Joint Projection Department，Military Transportation University，Tianjin 300161, China)

Ship stowage plan is an important part of military sea projection and it also lays the primary foundation for the equipment loading. By elaborating the basic requirement of Ro-Ro ship equipment stowage of our army, this paper presents two Ro-Ro ship stowage models and the relevant algorithms, which are of technical value for the improvement of stowage planning efficiency and the ensurance of the transportation safety.

Ro-Ro ship; equipment stowage; sea projection of our army

2015- 11-17；

2015-12- 21.

吴晓东(1976—)，男，博士，副教授，硕士研究生导师.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.04.004

E234

A

1674-2192(2016)04- 00013- 05