船舶排水量快速計算方法

胡競中，張明明，劉　剛

(1.上海外高橋造船海洋工程設計有限公司，上海 200137； 2.上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

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船舶排水量快速計算方法

胡競中1，張明明2，劉剛1

(1.上海外高橋造船海洋工程設計有限公司，上海 200137； 2.上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

為獲得船舶總排水量，根據(jù)《中華人民共和國進出口商品檢驗行業(yè)標準》計算原理，運用Excel工具，僅輸入船舶6面吃水數(shù)據(jù)和海水(港口水)密度即可實現(xiàn)快速計算，該方法適合散貨船、油船的空船定重、碼頭算貨、試航EEDI測速等環(huán)節(jié)中的總排水量計算要求。

船舶排水量；水尺計量；靜水力表差值；Excel應用

在水尺計量中，一項重要的計算項目是獲取船舶當前總排水量，同時為了提高船舶排水量的計算精度，在計算船舶的平均吃水時，必須進行船舶艏艉垂線吃水修正和船體拱垂變形修正，并且進行排水量的縱傾修正和海水(港口水)密度修正[1-3]。同時在船舶試航項目中，EEDI實船驗證是一項重要的試驗內(nèi)容，根據(jù)ISO 15016:2015規(guī)范[4]，測速船舶狀態(tài)對船舶實際排水量有具體偏差要求，即試航船舶靜止時的排水量與要求的排水量偏差應控制在2%以內(nèi)，按此要求就需要對試航船舶的測速狀態(tài)(船舶總排水量)進行快速獲取與確認，成為保證EEDI測速試驗順利開展的重要因素。作為公司的設計人員，有必要通過一套計算過程與結果精度均符合國家行業(yè)標準要求的計算工具開展工作。為此，利用Excel軟件的函數(shù)功能編制排水量快速計算表格，通過與本公司早期工作流程以及參考文獻中的編制過程分別進行對比，闡述本文排水量計算表格的特點與優(yōu)劣。

1　排水量計算基本流程簡介

根據(jù)對中華人民共和國國家進出口商品檢驗局制定的水尺計算標準文件[1]的解讀，常規(guī)的船舶總排水量的計算經(jīng)過以下3個步驟：①測定船舶浮態(tài)數(shù)據(jù)；②獲取船舶平均吃水；③獲取船舶排水量。而步驟2和3中根據(jù)船舶自身特點進行了多種修正處理，分別為：艏艉垂線修正、拱垂變形修正、排水量縱傾修正、密度修正等，以確保對各種縱傾浮態(tài)、不同水域的船舶均可以科學地修正到平均吃水后再進行總排水量計算。

分析各種修正方法的原理，其中“艏艉垂線修正”屬于兩個位置之間幾何關系的修正；“密度修正”是將實測港水密度所影響的排水量轉(zhuǎn)化為標準海水密度1.025 g/cm3對應的排水量；“拱垂變形修正”則直接使用標準公式D/M=(Fm+Am+6Mm)/8計算船中平均吃水，理論上消除拱垂變形。以上3種修正方法原理簡單，可直接使用，但是“排水量縱傾修正”則需要依據(jù)一定的假設來積分推導修正結果，而在一定的縱傾范圍內(nèi)使用根本式二次校正公式，即利用積分法推導排水量校正值[2]是一種常規(guī)的修正過程，其簡化為

式中：Z——排水量縱傾校正值，t；

Tc——經(jīng)過艏艉垂線修正后的艏艉吃水差值：Tc=Am-Fm；

Xf——D/M(T)處漂心距離船舯距離，m；該值可以從船舶靜水力表中查詢，在本文中漂心位置在船舯首部方向為正，在船舯尾部方向為負；

TPC——D/M(T)處每厘米吃水噸數(shù)，t/cm；

dM/dZ——D/M(T)處縱傾力矩變化率，t/cm；對應于最接近平均型吃水D/M(T)的吃水值各加減0.5 m的每厘米縱傾力矩(MTC)的變化值。

2　排水量快速計算

根據(jù)以上的簡述，在整個船舶水尺計量環(huán)節(jié)中最重要的部分就是將各種縱傾狀態(tài)下的船舶修正到平浮狀態(tài)，然后根據(jù)平均吃水獲取船舶靜水力表計算相應總排水量。所以根據(jù)平均吃水與縱傾修正的原理描述，借助Excel函數(shù)快速查找靜水力參數(shù)值并參與計算，提高原有工作表格的自動化處理能力，降低人工計算時間和錯誤率。

本公司原有工作表格在計算船舶總排水量時，平均吃水D/M被引入到靜水力表的某一個吃水區(qū)間進行靜水力數(shù)據(jù)的插值計算，而吃水區(qū)間(最小吃水D1、最大吃水D2)所對應的靜水力數(shù)據(jù)，則需要人為查找、填寫，此過程較為原始、效率低下。見表1。

表1　人工查找、填寫計算表格并插值D/M的靜水力數(shù)據(jù)

此方法要在D1和D2行中，人工填寫靜水力數(shù)據(jù)，降低工作效率，增加數(shù)據(jù)檢查的難度。為提高計算的自動化程度，以及工作效率，對照行業(yè)標準、參考文獻[3]和Excel幫助文件，采用VLOOKUP和FLOOR函數(shù)優(yōu)化原有工作表格，重新梳理計算流程，重點改善各個吃水下靜水力數(shù)據(jù)的提取過程，準確、快捷地計算平均吃水D/M的排水量修正值。

1)VLOOKUP函數(shù)。在表格或數(shù)值數(shù)組的首列查找指定的數(shù)值，并由此返回表格或數(shù)組當前行中指定列處的數(shù)值，函數(shù)語法為：VLOOKUP (lookup_value, table_array, col_index_num, range_lookup)；

2)FLOOR函數(shù)。將參數(shù)Number沿絕對值減小的方向向下舍入，使其等于最接近的significance的倍數(shù)，函數(shù)語法為：FLOOR (Number, significance)。

新的工作表格在平均吃水獲得后即開始優(yōu)化，船舶整個靜水力信息被提前更新在名為HYDRTBL的工作表當中，運用Excel表格中的VLOOKUP和FLOOR函數(shù)命令，計算平均吃水值所處的區(qū)間D1和D2所對應的靜水力值，進而獲取平均吃水D/M的總排水量Δ2，見表2、3。

表2　靜水力值更新在新表格HYDRTBL中

表3　快速插值獲得對應吃水排水量

原有工作表格在優(yōu)化后具有以下優(yōu)點。

1)船舶靜水力信息一次性更新在工作表HYDRTBL當中，同一型船舶僅需更新一次，快捷、準確、效率高。

2)優(yōu)化后的工作表格采用Excel函數(shù)(VLOO-KUP和FLOOR)的幫助，可快速查找吃水D1、D2對應的靜水力參數(shù)(DISP，TPC，Xf)，無需人工對照靜水力表一一填寫表1所示的表格，再一次提高數(shù)據(jù)的準確性和工作效率。

3)由于新的工作表格完全參考行業(yè)標準所述工作流程進行各參數(shù)的計算，所以計算結果在科學性和規(guī)范性方面得以保證，計算精度也符合行業(yè)標準的要求。

3　排水量快速計算流程比較

在完成原有工作表格的升級之后，又和參考文獻所使用的計算流程作對比，分析在假設的相同浮態(tài)下，本文與參考文獻所使用的計算流程是否會出現(xiàn)不同的計算結果。

假設某一船舶具有以下浮態(tài)，見表4，使用2種計算流程分別獲取船舶總排水量。

表4　假設的船舶浮態(tài)

使用本文計算流程，獲得結果見表5。

表5　使用本文快速插值流程獲得假設吃水總排水量

使用參考文獻的計算流程，獲得結果見表6。

表6　使用參考文獻計算流程獲得假設吃水總排水量

對比2種計算結果，相同平均吃水D/M對應的船舶總排水量相差非常小，僅在個位量級變化。

新的船舶總排水量快速計算表格大大提高了崗位原有工作效率，同時標準化的工作表格可以在各種船型上展開，方便廣泛使用。通過這2種計算流程的說明與結果比較，可以得出本文所采用的計算流程具有自身的特點與優(yōu)勢。

1)本文計算平均吃水D/M對應的總排水量依據(jù)行業(yè)標準6.2.1描述，從靜水力表中查找出最接近于平均吃水處的噸數(shù)作為基數(shù)，之后再根據(jù)TPC值進行修正；而參考文獻則直接根據(jù)平均吃水D/M進行靜水力數(shù)值查找與內(nèi)插計算獲得總排水量，相比而言本文的計算流程更具規(guī)范性。

2)本文計算平均吃水D/M所處范圍區(qū)間時，直接使用FLOOR命令尋找D/M所在區(qū)間的D1和D2值，再按照行業(yè)標準要求，通過VLOOKUP命令直接獲取各吃水值的靜水力值(DISP，TPC，Xf)；而參考文獻使用的MATCH和INDEX命令的組合方式較為復雜，需要使用中間介質(zhì)“行數(shù)編碼”作為過渡(即參考表2中F列所羅列的數(shù)字)，再通過該“行數(shù)編碼”查找各吃水值得靜水力值。

3)對比2種計算過程，當船舶的平均吃水相同，所獲得的總排水量結果幾乎一致，誤差很小，可認為完全按照行業(yè)標準流程進行計算，在計算精度方面是完全可以接受的，并且該流程在規(guī)范性、科學性方面都是具有一定優(yōu)勢。

4　結論

針對船舶總排水量的計算采用了一種新的快速計算流程，過程簡便易懂，用戶體驗較為方便，提高本崗位工作效率，降低錯誤率發(fā)生，該快速計算表格便于操作和維護，可適用于多種船舶類型，具有廣泛實用價值。

另外在實際工作中，筆者也遇到過船舶大縱傾浮態(tài)工況，依據(jù)相關參考文獻[2]描述，只有出現(xiàn)極大縱傾時根本式二次公式才會不再適合用作“船舶縱傾修正”，那么是否可以根據(jù)CSR的相關規(guī)定[5]，即“艏艉吃水差不大于0.015Lbp”就可以正常使用根本式二次公式修正船舶縱傾是接下來探討和研究的方向。

[1] 進出口商品重量鑒定規(guī)程：水尺計算(SN/T 0187-93)[S].中華人民共和國國家進出口商品檢驗行業(yè)標準，1993.

[2] 黃昱洪.大縱傾情況下船舶排水量的精確測定[J].中國水運,2009(7):34～35.

[3] 范育軍.利用Excel實現(xiàn)水尺計量計算自動化[J].航海技術,2010(4):29～32.

[4] ISO 15016.2015 Ships and marine technology: Guidelines for the assessment of speed and power performance by analysis of speed trial data[S]. Switzerland, ISO copyright office, 2015.

[5] DNVGL Rule-Common structural rules for bulk carriers and oil tankers[S]. Hamburg, DNV GL SE,2014.

A Quick Calculation Method of Vessel’s Displacement

HU Jing-zhong1, ZHANG Ming-ming2, LIU Gang1

(1.Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding and Offshore Engineering Design Co. Ltd., Shanghai 200137, China;2.Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co. Ltd., Shanghai 200137, China)

Based on the calculation principle provided in the Rules for the Weight Survey of Import and Export Commodities, a quick calculation method of the vessel’s commercial displacement is put forward by using Excel tool. Using six draft datum of a ship and the density of the port’s sea water, the method can quickly interpolate the hydrostatics table and calculate the vessel’s commercial displacement. It can be easily used for weight measurement, cargo calculation, EEDI sea trial test etc. for bulk carriers and tankers.

vessel’s displacement; draft survey; hydrostatics interpolation; EXCEL application

2015-10-08

2016-03-18

胡競中(1981—)，男，碩士，工程師

U662

A

1671-7953(2016)04-0016-04

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.04.004

研究方向:船舶總體設計

E-mail:hu_jingzhong@hotmail.com