國內航行海船噸位丈量計算的精度控制和簡化算法

中國船級社質量認證公司 佟 鑫

船舶噸位分為總噸位和凈噸位。總噸位代表船舶的總容積，是衡量船舶大小的主要參數，它用于船舶登記、區別船舶等級、計算保險費及衡量船舶技術管理的標準等；凈噸位代表船舶能用于營利的有效容積，凈噸位又稱計費噸，它是船舶向港口交納各種稅收和費用的依據。因此，提高船舶噸位丈量計算的精度顯得尤為重要。

“國內航行海船法定檢驗技術規則（2011）”，分別對國內航行海船船長大于、等于24m和小于24m的船舶給出了噸位丈量方法。對于船長小于24m的海船在“規則”第二篇的2.1和2.2中給出了簡易計算方法，計算難度較小，并且此類海船在實際工作中遇到的較少。因此，本文所述計算過程除指明外，針對國內航行船舶的計算均指船長大于、等于24m的船舶。

“規則”確定的丈量計算方法

針對船長大于、等于24m的國內航行海船，“國內航行海船法定檢驗技術規則”（2011）給出了如下噸位丈量計算方法。

船舶總噸位（GT）

船舶總噸位GT= K1(V1+V2)

式中： K1—系數， K1=0.2+0.02Log10V或由“規則”表2.1.1查得；

V1—上甲板以下所有圍蔽處所的型容積（m3）；

V2—上甲板以上所有圍蔽處所的型容積（m3）；

（1）上甲板以下所有圍蔽處所的型容積V1的計算，“規則”（2011）給出了以下三種方法。

（a）通過修正的型深D′，利用排水容積曲線直接求V1；

（b）用邦氏曲線求甲板邊線下的容積，加上梁拱容積及船首尾垂線以外部分的容積，即得V1；

（c）用《國際航行海船法定檢驗技術規則》第2篇第2章給出的“辛氏”法求得容積V1。

以上三種計算方法在“規則”中有詳細論述，本文不再贅述。

（2）上甲板以上所有圍蔽處所型容積V2的計算。

上甲板以上所有圍蔽處所型容積丈量方法與《國際航行海船法定檢驗技術規則》第2篇第2章1.6和1.7所述丈量方法相同。

船舶凈噸位（NT）

船舶的凈噸位NT=K2GT

式中：GT為按“規則”量計所得的總噸位。K2可從“規則”2011中表2.2.1中查得。

噸位丈量的幾點認識

所需圖紙的確定

按“國內航行海船法定檢驗技術規則”（2011）進行噸位丈量的船舶，需要的主要圖紙有：總布置圖、型線圖、典型橫剖面圖、 靜水力曲線圖、邦氏曲線圖。在確定噸位丈量所需圖紙時，應從船舶現有圖紙和船舶結構特點出發，考慮以下三點因素：

（1）由于總布置圖不能完全表達主甲板生活區處所、錨鏈筒、海水閥箱、桅桿、起重機、通風總管等圍蔽處所的詳細尺寸，在計算過程中應結合船舶的上層建筑及甲板室結構圖和其他上述圍蔽處所的圖紙。

（2）若在丈量計算過程中采用“規則”（2011）中靜水力曲線法求V1,則可以不準備邦氏曲線圖和型線圖，僅利用靜水力曲線圖即可；若在丈量計算過程中采用“規則”（2011）中邦氏曲線求V1,則可以不準備靜水力曲線圖和型線圖，僅利用邦氏曲線圖即可；若在丈量計算過程中采用“規則”（2011）中“辛氏”法求V1，則可以不準備靜水力曲線圖和邦氏曲線圖，僅利用型線圖即可。在實際噸位丈量圖紙準備過程中，筆者認為型線圖、靜水力曲線圖、邦氏曲線圖三份圖紙最好準備兩份以上，這樣可以通過一種方法計算V1后，再用另外一種方法驗證，從而保證V1計算結果的準確性。

（3）在船舶噸位丈量計算過程中所取用的尺度數據應嚴格控制誤差。在確定噸位丈量所需圖紙后，計算工作開始前，必須將所選圖紙與實船進行核對，確認船長、船寬、型深、貨艙口的長與寬及數量、艏艉樓的長度與高度，各層甲板室長、寬、高及外形等尺寸是否與圖紙相符。如果有不符的情況，應在圖紙上標記出來，在噸位丈量計算過程中以實船結構尺寸為準。

船舶上甲板的確定

在噸位丈量計算過程中，所用的甲板長度為“規則”中定義的上甲板（量噸甲板）長度。上甲板是指最高一層露天全通甲板，在露天部分上的一切開口，均設有永久性關閉裝置，而且在該甲板下面船旁兩側的一切開口，也有永久性水密關閉裝置。在確定船舶上甲板過程中，應注意以下情況：

（1）如船舶具有階梯形上甲板，則取最低的露天甲板線和其平行于甲板較高的延伸線作為上甲板；

（2）甲板下的舷邊有開口，且無關閉裝置，而舷內有水密艙壁和甲板予以限界，則此開口下面的第一層甲板作為上甲板；

（3）對于完全延伸到船寬的不連續上甲板的船舶，不連續長度超過1m,則應按照階段性上甲板處理；如不連續的上甲板不延伸到舷側，則按上甲板平臺以下的壁龕處理。

精度控制和簡化算法

關于上甲板以下圍蔽處所容積的計算

“國內航行海船法定檢驗技術規則”（2011）關于V1的計算給出了3種計算方法，分別是靜水力曲線法、邦氏曲線法、辛氏法。下面筆者介紹一下在實際操作中使用靜水曲線法和辛氏法這兩種方法的見解。

（1）用靜水力曲線求V1

采用靜水力曲線求V1的方法比較簡便快捷，但是此方法帶來誤差比較大。因為靜水力曲線僅給出到滿載吃水處，以上部分需要用曲線的“外延法”或“插值法”。筆者在用靜水力曲線計算V1的方法時，為了提高噸位丈量計算的精度，使結果更加準確，采用了AUTOCAD 軟件繪制所選取的計算曲線末端的簡易曲線，因為離船底線越高，船舶的曲率變化越小，靜水力曲線的末端曲率趨于平穩，故從末端趨勢入手繪制出其延伸線，并在延伸線上取得目標值。相對來說，這樣做可以盡可能地減少用靜水力法所帶來的誤差。下面筆者以計算過的一條國內航行散貨船為例，介紹一下這個方法。

在用靜水力曲線法計算該船V1時，該船所提供的靜水力曲線中僅有排水量曲線，無法找到排水型容積曲線，故選擇排水量曲線作為計算曲線。該輪的設計吃水為13.2m,滿載吃水為15m,經修正后的型深為18.6m，所以通過在排水量曲線上取點用AUTOCAD 軟件繪制出13.2m～15m之間的排水量曲線，然后按照這條曲線的曲率繪制出延伸線部分，從延伸線上取得18.6m處的排水量數值。在得到具體過程如下：

第一步，用EXCEL生成吃水—排水量的點坐標，為使繪制的曲線直觀表達曲率，本船在生成坐標點時將橫坐標吃水擴大了10000倍（擴大倍數應適船舶實際情況確定）。

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第二步，將生成的吃水—排水量坐標點輸入AUTOCAD 軟件得到計算曲線，并按此曲線趨勢繪制其延伸線，從而取得修正型深（吃水18.6m）處的排水量為114400t。

第三步，將得到的排水量數值進行轉化，用排水量114400t,除以海水密度1.025kg/m3，再除以附體系數（本船附體系數取1.003），最終得到該船V1=111321.68m3。

（2）用辛氏法求 V1

目前，不少營運的船舶缺少靜水力曲線和邦氏曲線計算資料，在這種情況下就要采用《國際航行海船法定檢驗技術規則》第1分冊第二章第二節給出的“辛氏”法來計算V1，辛氏法在三種方法中最為繁瑣，但同時計算結果最為準確。在實際計算過程中，筆者用AUTOCAD 軟件繪制出辛氏法所選取的各分長點處橫剖面曲線，然后用AUTOCAD 軟件直接讀取各分長點處橫剖面面積，這樣做既簡化了“規則”中所述橫剖面辛氏積分的過程，又避免了積分過程中帶來的計算誤差，提高了計算結果的精確度。下面結合筆者做的一條港口工程船噸位丈量，介紹一下此方法的過程。

第一步，通過船舶的型線圖和型值表，讀取辛氏法所選取各分長點處橫剖面的半寬值和水線高，并用EXCEL生成半寬值—水線高坐標值。如下表（以所選取的0站分長點為例）。

0站分長點半寬（mm) 水線高(mm) 生成坐標2514 1200 2514,1200 2548 1400 2548,1400 2582 1600 2582,1600 2616 1800 2616,1800 2858 3200 2858,3200

第二步，利用各站生成的坐標在AUTOCAD軟件中繪制所選取各分長點處的橫剖面，然后用AUTOCAD 軟件讀取各分長點橫剖面的面積。下圖所示為用AUTOCAD 軟件繪制的各分長點處剖面圖。

第三步，將以上數據代入“規則”中給出的表格，進行辛氏積分，最終求得V1。

甲板以上不規則圍蔽處所容積的確定

在“規則”中規定甲板以上圍蔽處所的容積確定采用該圍蔽處所的平均長度×平均寬度×平均高度。但在實際噸位丈量過程中，對于甲板以上不規則的圍蔽處所，無論是從圖紙量取，還是現場測量，都難以得到所謂“平均”數值。筆者總結了幾個甲板以上常見不規則處所容積的確定方法，如下。

（1）上層建筑部分不規則艙室

確定上層建筑不規則艙室，應比對圖紙所顯示的數據，結合現場測量確定該規則艙室的輪廓尺寸，可以用AUTOCAD軟件繪制該艙室的幾何草圖，在AUTOCAD 軟件中直接讀取其面積。對該不規則艙室進行幾何劃分，然后分區域計算容積再求和。例如，筆者在對一條港口工作船的不規則主甲板室容積確定時采用了如下方法：

第一步，通過總布置圖紙量取和實船測量，確定了該船主甲板室地板和頂棚的輪廓尺寸，在AUTOCAD 中繪出草圖，通過面積讀取功能得到地板 面 積S1=94.01m3， 頂棚面積S2=91.54m3。（ 如下圖）。

第二步，在AUTOCAD 中繪制出主甲板室縱剖面圖，主甲板室高度為2.6m，對其進行幾何劃分，將其分為1m和1.6m兩個部分（如下圖）。

第三步，兩部分分別求體積，再求和。

該船主甲板容積V=S1×1+(S1+S2)×1.6÷2=242.45m2!

（2）煙囪容積確定

對于大噸位船舶的大煙囪的量取較為困難，難以得到平均截面積和平均高度。筆者在進行煙囪容積量確定時，通過圖紙和現場實測確定煙囪上下端口的面積，將煙囪縱剖面看成一個梯形進行計算，可得：

煙囪容積=（上端口面積+下端口面積）×煙囪高度÷2

（3）艙口圍板高度確定。

由于船舶主甲板存在梁拱和舷弧，筆者認為確定艙口圍板高度應以實船測量為準，最好能在橫向和縱向艙口圍多取幾個高度值，然后取平均值作為艙口圍板的計算高度。

由于船體是一個不規則的復雜空間體，船舶噸位丈量計算是一個連續近似、積分的過程，選擇不同的計算方法或不同的人來計算，計算結果可能完全不同。所以在進行船舶噸位丈量時，要從實際船舶船型特點和現有圖紙情況出發，選取適宜的計算方法，嚴格控制每個計算步奏的誤差范圍，從而保證噸位丈量計算結果的精度。