海洋石油支持船評(píng)價(jià)指標(biāo)體系標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法

王文凱 吳瓊 張亞?wèn)| 鄭輝 侯佐新 潘鵬

摘 要：本文探討了海洋石油支持船評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法，滿(mǎn)足了指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置的各項(xiàng)原則，同時(shí)就依據(jù)該方法編制的兩部有關(guān)OSV細(xì)分船型的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)做了實(shí)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(píng)價(jià)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(jì)各類(lèi)作業(yè)的工作量，深度挖掘船舶性能評(píng)估規(guī)律，基于QSPA（Quantitarive Ship PerformanceAssessment）方法在OSV上的應(yīng)用，通過(guò)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(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)給出SPA（Ship Performance Assessment）標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算方法，這對(duì)海洋石油支持船設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)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(diǎn)

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?yàn)楹Ｑ笫涂碧介_(kāi)發(fā)服務(wù)的船舶約5500余艘，目前國(guó)內(nèi)大約320艘左右，未來(lái)在海洋油氣開(kāi)發(fā)進(jìn)程中，規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。與傳統(tǒng)海運(yùn)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(duì)外消防等13種大型海上特殊作業(yè)。因此，對(duì)應(yīng)的設(shè)備需要重點(diǎn)考慮散料輸送系統(tǒng)、大型拖曳設(shè)備、溢油回收和對(duì)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(duì)應(yīng)專(zhuān)業(yè)裝備設(shè)施

2.1 專(zhuān)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(duì)外消防系統(tǒng)、特種船體（冰區(qū)）等。

2.2 對(duì)應(yīng)的作業(yè)

探井支持、精就位、限位、拖航、貨物運(yùn)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(yùn)、對(duì)外消防、破冰作業(yè)等。

2.3 專(zhuān)業(yè)設(shè)備實(shí)施與作業(yè)對(duì)應(yīng)關(guān)系

專(zhuān)業(yè)設(shè)備實(shí)施與作業(yè)對(duì)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(jì)

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(kāi)對(duì)應(yīng)，年度作業(yè)量統(tǒng)計(jì)有助于科學(xué)進(jìn)行權(quán)重值的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，以船舶靜態(tài)指標(biāo)為要素、以動(dòng)態(tài)作業(yè)量關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行實(shí)施。

3.1 載貨量統(tǒng)計(jì)

載貨量統(tǒng)計(jì)如圖2所示。

3.2 救助作業(yè)統(tǒng)計(jì)

救助作業(yè)統(tǒng)計(jì)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(jiàn)表1）

4 海洋石油支持船評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建

海洋石油支持船評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建，主要圍繞標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)估的指標(biāo)設(shè)計(jì)進(jìn)行船舶綜合性能的評(píng)估，以作業(yè)中的工作量為參照對(duì)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(píng)價(jià)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(lái)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(chēng)為橫傾，船舶在橫傾時(shí)的穩(wěn)性稱(chēng)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(chēng)為縱傾，船舶在縱傾時(shí)的穩(wěn)性稱(chēng)為縱穩(wěn)性。

3）靜穩(wěn)性：指船舶在傾斜過(guò)程中，不計(jì)角加速和慣性矩時(shí)的穩(wěn)性。用于研究?jī)A斜力矩和穩(wěn)性力矩之間的靜平衡問(wèn)題。

4）動(dòng)穩(wěn)性：指船舶在動(dòng)力作用下傾斜時(shí)，計(jì)角加速或角速度的傾斜稱(chēng)為動(dòng)力傾斜。船舶在動(dòng)力傾斜時(shí)的穩(wěn)性稱(chēng)為動(dòng)穩(wěn)性。用于研究?jī)A斜力矩所作功和穩(wěn)性力矩所作功之間的動(dòng)平衡問(wèn)題。

（3）操縱性：船舶按照駕駛者的意圖保持或改變其運(yùn)動(dòng)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(méi)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(kāi)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(yùn)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(shí)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(shí)更惡劣的海況環(huán)境。

4.2 海洋石油支持船評(píng)價(jià)體系整體構(gòu)思

船舶評(píng)價(jià)具體落實(shí)最重要的是確定其性能指標(biāo)，需要建立評(píng)價(jià)體系的原則，具有科學(xué)的可操作性，同時(shí)又不能完全偏離業(yè)界對(duì)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(dú)立性的同時(shí)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)體系建立原則

（1）完備性原則；

（2）獨(dú)立性原則；

（3）簡(jiǎn)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(píng)價(jià)指標(biāo)頂層架構(gòu)

評(píng)價(jià)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(dòng)力裝置和船舶操控系統(tǒng)（動(dòng)力定位系統(tǒng)）對(duì)船舶作業(yè)安全影響最大，也是本文選擇靜態(tài)指標(biāo)評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。

（2）在海洋石油支持船體系中，船舶的專(zhuān)用設(shè)備設(shè)施（艙室和專(zhuān)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(píng)語(yǔ)集

本文采用模糊綜合評(píng)判的思路對(duì)海洋石油支持船性能評(píng)價(jià)模型進(jìn)行構(gòu)建，具體指標(biāo)要素見(jiàn)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(píng)價(jià)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(dòng)力定位能力DPC；8）船體動(dòng)力比HPC；9）船齡系數(shù)N。各類(lèi)評(píng)價(jià)和權(quán)重值見(jiàn)表3。

5 評(píng)價(jià)過(guò)程

依據(jù)表3所示的指標(biāo)及權(quán)重，假定需要評(píng)價(jià)的船舶Y，獲取每艘船對(duì)應(yīng)表3指標(biāo)值，設(shè)為Xi， i是表3對(duì)應(yīng)的指標(biāo)序號(hào)，如：X1表示該船的RDW， X2表示該船的CDSC，以此類(lèi)推[3]。

ωi表示表3所示評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重，如：ωi表示RDW指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重14，ω2表示CDSC指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重10，以此類(lèi)推。最終形成船舶評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表，見(jiàn)表4。

6 實(shí)用案例分析

依照國(guó)際常規(guī)分類(lèi)，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(kāi)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(lèi)多、主甲板作業(yè)、回轉(zhuǎn)靈活等特點(diǎn)。供應(yīng)船主要用于為海上石油勘探開(kāi)發(fā)運(yùn)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(wú)。為驗(yàn)證文中提出的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)方法，中國(guó)海油分別于2020年啟動(dòng)了《三用工作船性能評(píng)價(jià)規(guī)范》和2021年啟動(dòng)了《海洋石油供應(yīng)船性能評(píng)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(píng)價(jià)規(guī)范》2021年底發(fā)布，《海洋石油供應(yīng)船性能評(píng)估規(guī)范》2022年底發(fā)布?！度霉ぷ鞔阅茉u(píng)價(jià)規(guī)范》自發(fā)布實(shí)施以來(lái)，該標(biāo)準(zhǔn)已在中國(guó)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(huì)、船廠、設(shè)計(jì)公司、船級(jí)社、船東公司等外部企事業(yè)單位借鑒使用300余次，總計(jì)900余次，直接指導(dǎo)船舶科研、設(shè)計(jì)、建造以及船舶租用，根據(jù)不同人員的直接反饋來(lái)看，標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)結(jié)果客觀，權(quán)重設(shè)計(jì)科學(xué)合理。使支持船評(píng)價(jià)由主觀模糊評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)榭陀^數(shù)字化評(píng)價(jià)。

7 結(jié) 語(yǔ)

本文系統(tǒng)結(jié)合海洋石油支持船特點(diǎn)，運(yùn)用科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重設(shè)計(jì)，同時(shí)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(píng)價(jià)方法。該方法對(duì)海洋石油支持船科研、建造以及應(yīng)用的評(píng)價(jià)指標(biāo)做出數(shù)字量化，其評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)提供了科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)條件，對(duì)建構(gòu)統(tǒng)一的船舶評(píng)價(jià)體系提供思路和操作路徑，能同時(shí)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(píng)價(jià)方法對(duì)船舶性能的評(píng)價(jià)更加全面、客觀，評(píng)價(jià)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(jià)值，也將對(duì)我國(guó)海工船舶設(shè)計(jì)方案論證、船型優(yōu)化、船舶科研成果評(píng)價(jià)等具有一定的理論意義及工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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