杂货船压载吃水的统计分析

马晓波，戴冉，王汉弢，首智宇

(大连海事大学 航海学院，辽宁 大连 116026)

杂货船压载吃水的统计分析

马晓波，戴冉，王汉弢，首智宇

(大连海事大学 航海学院，辽宁 大连 116026)

针对现行的港工船型资料及相关规范对于船舶压载吃水的取值并未明确的问题，按照船舶吨级收集吃水参数，通过统计不同保证率累计频率得到杂货船压载吃水取值，将统计结果与国内外几种主流的压载吃水计算方法进行对比分析，并结合船型特点对统计结果进行规律分析。

杂货船；压载吃水；AIS；累计频率

现行的港工船型资料及相关规范中给出了船舶满载吃水的参考取值[1]，以及部分船型的营运吃水取值[2]，但对于压载吃水的取值并未明确。而这一参数对于压载工况下的系泊船舶作用力计算、桥梁净空高度设计有重要的意义[3]。船载自动识别系统(automatic identification system，AIS)是在甚高频海上移动频段，采用时分多址接入技术，可自动广播和接收船舶航次相关信息的系统[4]。AIS应用广泛，几乎所有船舶配备AIS设备[5-6]。考虑到AIS在海事领域应用的广泛性，本文采用船载AIS数据收集为主、船务公司数据收集和引航部门数据收集为辅的样本数据收集方式，保证数据的真实性与有效性。通过对杂货船船载AIS数据的统计分析，得到不同吨级不同累计频率下的压载吃水值。此外，对统计结果进行规律分析，为解决压载吃水的取值问题提供借鉴与参考。

1 船舶压载吃水取值研究现状分析

通过对国内外研究现状的调查分析，阐述国内外几种主流的压载吃水计算方法，并对这些方法进行了评价与分析，见表1。

表1 国内外研究现状

2 船载AIS压载吃水数据统计分析

英国劳氏船级社(LR)是世界上成立最早的一个船级社，在世界船舶界享有盛名，是国际公认的船舶界权威认证机构。它主要从事有关船舶标准的制定与出版，进行船舶检验，检定船能，公布造船规则等。该社编印的《劳埃德船舶登记册(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、吨位、船舶尺度、制造年份、船级社、制造地、船壳和船机类型等内容。本文以《劳埃德船舶登记册》中提供的船型资料为索引，利用上文所述3种数据收集方式开展样本数据收集，共取得包括673艘杂货船在内的船舶压载吃水样本数据。

样本数据处理方法主要应用了SPSS统计软件的频数分析功能。观测数据的频数分析主要是通过输出频数分析表及统计图形来获得变量的直观特征，为进一步的复杂分析提供重要参考。本文利用SPSS对不同船型不同吨级的船舶样本数据进行统计，统计出不同保证率累计频率下(50%、80%、85%、90%、95%)的船舶压载吃水值,见图1。

如图1所示，随着船舶吨位的增加，在吨位相对较小时压载吃水取值变化较快。 此外，对于吨位相邻的同种船型来说，若两者在船宽和型深方面比较接近，则两者的压载吃水取值也比较接近。如图1杂货船中20 000 DWT与30 000 DWT所示。这些船型相互之间在船宽和型深方面比较接近，虽然船舶总长有差别，但压载吃水取值仍比较接近。

3 与主流计算公式的对比分析

杂货船属于中小型船舶，通常是多层结构的甲板结构。主要运送成包、成箱、成捆、成扎和桶装等件杂货物，因为货物杂、批量小，所以船舶的载重量不大。本次选取样本主要集中在2 000～40 000 DWT。

将各船型50%保证率曲线与海运经验公式(以下简称“50%T公式”)、国际海事组织(IMO)公式(以下简称“IMO公式”)、日本港口研究所(PHRI)公式(以下简称“PHRI公式”)3种国内外主流的压载吃水计算方法进行对比分析。在海运经验公式的计算中取满载吃水的50%作为压载吃水计算值。在国际海事组织(IMO)公式的计算中，以总长近似代替垂线间长代入计算。在日本港口研究所(PHRI)公式的计算中，3种船型的α、β取值[9]见表2。

表2 系数α、 β取值表

将50%保证率曲线与海运经验公式、国际海事组织(IMO)公式、日本港口研究所(PHRI)公式计算值曲线进行比较分析，得到如图2所示的对比图。

综合分析上述图表及船型特点，可以看出：

1)对于杂货船来说，50%保证率取值基本涵盖了PHRI公式、IMO公式、50%T公式计算值的取值范围。但是当船舶吨位较小时，IMO公式计算值比PHRI公式计算值、50%T公式计算值及50%保证率取值都大。

2)PHRI公式、IMO公式及50%T公式对于不同吨级压载吃水计算的准确度不同。总体来说PHRI公式与50%T公式曲线的变化规律基本一致。两者对小吨位船舶的压载吃水计算值相近，随着船舶吨位增大，PHRI公式的计算值要大于50%T公式的计算值，而IMO公式计算值的变化比较平缓。

3)80%、85%、90%、95%的保证率曲线均位于50%T公式、IMO公式、PHRI公式曲线上方。可以认为50%T公式、IMO公式、PHRI公式曲线给出了船舶压载吃水的理论计算取值下限，在船舶的实际生产运营中，从保证船舶营运安全的角度考虑，船舶实际压载吃水的取值比较保守。

4)在世界商船队中，杂货船的船龄结构老化严重，船龄在20年以上的的船舶占据了近1/3[10]。与普通船舶相比，船龄老化的船舶需要更多的压载水来保证船舶安全，这也是50%保证率取值与其他公式计算值存在差别的重要原因。

5)IMO公式、PHRI公式等船舶压载吃水计算公式的制定适用于当时的船舶吨级水平。随着国际货运往来日趋紧密，船舶大型化趋势已突破原有吨级水平，相关计算公式的适用性有待进一步验证。此外，选取的船舶样本不同也会造成统计结果的差异性。

4 结论

1)本文船舶压载吃水统计方法为划分船舶吨级、统计吃水参数，然后按照50%、80%、85%、90%、95%的保证率累计频率得到压载吃水取值。本文统计了杂货船的压载吃水取值，统计结果具有普遍性。

2)由于实船压载吃水取值相对船舶压载吃水计算公式所获得的计算值略显保守，即不同保证率累计频率的统计结果整体来看相对较大，这意味着如果采用计算公式计算船舶压载吃水，船舶的水线上建筑物的高度将更高，这对于桥梁建设等工程来说可能带来更大的建设难度和投资代价。

3)杂货船吨位不大，主要从事于沿海、内河的货物贸易运输。相关工程设计者在工程设计时，应当根据不同的设计需求，分析确定预测船型并参考不同的保证率数据。在设计前期或设计船型较多且不确定时，一般可以考虑采用高保证率的数据，以保证设计结果具有一定的可控性；而在一般设计或详细设计阶段，应确保保证率使用的准确性。

4)广泛使用的日本港口研究所(PHRI)公式仅统计分析了杂货船、散货船、油船3种船型的压载吃水，对于集装箱船、滚装船、化学品船、液化气(LPG或LNG)船、邮轮(客船)以及工程船等船舶并未统计。考虑到船舶压载吃水数据在工程设计中的重要性，我国宜广泛开展船舶压载吃水数据的收集和统计工作，制订符合当代船舶吨级水平的船舶压载吃水取值规范和标准。

5)在船舶数据库的选择上，应保证船舶数据资料全面，基础资料真实可靠。宜重点参考如《劳埃德船舶登记册(Lloyd's Register of ships)》等权威刊物。在样本数据的收集方法上，应进一步扩大样本数据收集范围，利用船务公司数据收集和引航部门数据收集两种方式为船载AIS数据收集方式提供校核。此外，考虑到夏季和冬季船舶压载吃水的不同，应对当前营运船舶实际吃水情况在不同季节进行长期的统计观测。

[1] 海港总体设计规范JTS165-2013[S].北京:人民交通出版社,2014.

[2] 海港集装箱码头设计船型标准JTS165-2-2009[S].北京:人民交通出版社,2009.

[3] 马晓波,张杰,戴冉.基于AIS数据的油船压载吃水的确定[J].船海工程,2016,45(4)：64-66,82.

[4] 胡菠.船舶自动识别系统技术特性的新要求[J].航海技术,2010(6)：37-39.

[5] 蔡新梅.AIS应用与发展[J].机电设备,2011,28(2)：28-30,40.

[6] 刘志刚.船舶自动识别系统在船舶交通管理系统中的应用[J].船海工程,2007,36(2)：123-125.

[7] 杜嘉立,姜华.船舶原理[M].大连：大连海事大学出版社,2011：75-76.

[8] 杜安民,陈志强.船舶压载吃水估算方法探讨[J].中国港湾建设,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年世界船舶市场评述与未来展望[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

交通运输部水运局海轮船舶水上高度调查分析专题研究([2012]404号)；中央高校基本科研业务费专项资金(3132013016)

马晓波(1990—)，男，硕士生

U691

A

1671-7953(2017)02-0066-03

修回日期：2016-09-27

研究方向:船舶智能化