基于經(jīng)濟(jì)技術(shù)環(huán)境的海洋工程船綜合性能評估

許海東 陳 璐 何 娟 蔡 薇

隨著燃油價格的不斷上漲，使得船舶的經(jīng)濟(jì)成本不斷提高，減少燃油排放量并節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，成為船東共同的追求目標(biāo)。據(jù)調(diào)查，世界原油價格的居高不下導(dǎo)致船舶燃油的價格也持續(xù)高漲，與此同時還面臨著船舶運價下跌、船價下降而營運成本不斷增長的局面［1］，相關(guān)企業(yè)都在積極尋找解決危機(jī)的方法。

一般運輸船舶常用的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)有必要運費率、凈現(xiàn)值指數(shù)、動態(tài)回收期、噸海里耗油量等，常用技術(shù)性指標(biāo)包括快速性、耐波性、操縱性等。海洋工程船的評價指標(biāo)與一般運輸船的評價指標(biāo)有所區(qū)別，特別是經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)區(qū)別甚大。本文結(jié)合海洋工程船的特點，提出經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境性指標(biāo)及各項指標(biāo)計算方法。

1 技術(shù)性評估

（1）具有拖帶功能的船，拖帶能力是船舶服務(wù)重要功能之一，拖帶力越大，其拖帶能力越強(qiáng)。根據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)《港作及海洋拖船穩(wěn)定系柱拖力分級指標(biāo)》（GB11585－89），對三用工作船的穩(wěn)定系柱拖力RFPO的分級指標(biāo)有明確的要求［2］，見表1。

式中：RFPO為主機(jī)推進(jìn)功率穩(wěn)定系柱拖力，N／k W；FPO為系柱拖力，N；MCR為主機(jī)最大持續(xù)輸出功率，k W。

表1 三用拖船穩(wěn)定系柱拖力分級指標(biāo)

（2）供應(yīng)能力是評價海洋工程船經(jīng)濟(jì)性的主要指標(biāo)之一，包括供應(yīng)種類的多少和供應(yīng)量的大小，種類越多供應(yīng)量越大則供應(yīng)能力越好。供應(yīng)量的大小通常以載重量系數(shù)DW／△來評判，△為設(shè)計吃水時的排水量，t；DW 為設(shè)計吃水時的載重量，t。根據(jù)《港作及海洋拖船性能質(zhì)量分級指標(biāo)》（GB11585－89）對三用拖船的載重量系數(shù)進(jìn)行了分類，見表2。

表2 三用拖船載重量系數(shù)分級指標(biāo)

（3）具有多種工作狀態(tài)是目前海洋工程船的發(fā)展趨勢，將多種功能進(jìn)行集成，一船多用可提高船舶的利用率。本文將工作狀態(tài)的多樣性系數(shù)定義為具有的功能數(shù)量與9種功能（數(shù)量）的比值，據(jù)此來判斷船工作狀態(tài)的多樣性，值越大表明功能越多。

（4）船舶在海上工作時，要求操縱性好，能夠快速地轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)，在惡劣海況下具有良好的適航性。船舶的操縱性能主要表現(xiàn)在2個方面［3］：①航向穩(wěn)定性，即船舶處于正舵時，保持其在指定航線上進(jìn)行直線航行的能力；②船舶回轉(zhuǎn)性，即船舶用某一指定舵角時，由直線航行進(jìn)入曲線軌跡航行的能力。這里通過經(jīng)驗公式估算結(jié)果。

井上正祐［4］利用水動力系數(shù)給出了公式

當(dāng)Δc＞0時視為航向穩(wěn)定，否則為不穩(wěn)定。

在船舶初步設(shè)計階段，船舶回轉(zhuǎn)性可用某些經(jīng)驗公式或圖譜來估算回轉(zhuǎn)圈的各特征量：戰(zhàn)術(shù)直徑DT、穩(wěn)定回轉(zhuǎn)直徑D＝2R，縱距DA，橫距Tr，最大縱距DAm，最大橫距Drm等。本文采用赫夫加特（Hovgaard）－桑海－寶田公式，計算結(jié)果越小，表明船舶的回轉(zhuǎn)半徑越小則回轉(zhuǎn)性能越好，公式如下

式中：DT0為無龍骨縱傾，且為1.0時的戰(zhàn)術(shù)直徑，m；Cn為喬賽爾（Joessel）舵法向力系數(shù)；δ 為舵角（°）；K3為無龍骨縱傾，速長比為1.0時的系數(shù)，見圖1。

圖1 估算回轉(zhuǎn)直徑的系數(shù)K 3

圖1 中各曲線分別表示當(dāng)B／T（型寬／吃水）為2，3，4，5，6時，K3與△／ALL的關(guān)系。

（5）I MO于1994年頒布的《DP－Classification Guidelines.6 June 1994.》（編號為 MSC／Circ.645）是目前國際比較權(quán)威的DP系統(tǒng)和船舶設(shè)計和建造所依據(jù)的規(guī)范，這個規(guī)范的目的是對設(shè)計要求、必須配備的設(shè)備、操作要求和試驗程序和文件要求做出建議，以減少動力定位作業(yè)中對人員、船舶、水下作業(yè)和海洋工程施工的風(fēng)險［5］。

海洋工程船上一般設(shè)有動力定位系統(tǒng)，動力定位的級別按照I MO的要求進(jìn)行評級，級別越高越好。

2 經(jīng)濟(jì)性評估

噸海里耗油量RFD（g／（t·n mile）），表示了載重量、航速、主機(jī)耗油率三者之間的關(guān)系，其值越小表明設(shè)計狀態(tài)時船舶的載重量大、航速高但主機(jī)耗油率小。

式中：F c為日燃油耗量，t／d；DW 為設(shè)計吃水下的載重量，t；Vs為設(shè)計航速，kn。

3 環(huán)境性評估

能效設(shè)計指數(shù)EEDI是對船舶效能衡量的指標(biāo)之一，表征船舶在設(shè)計時每單位運輸船舶所創(chuàng)造的社會效益（貨運量）而產(chǎn)生的環(huán)境成本（CO2排放量）。為了指導(dǎo)海洋工程船的設(shè)計及節(jié)能減排，在參考了I MO的運輸船舶EEDI計算公式，同時參考了對漁船EEDI公式研究［6］的基礎(chǔ)上，提出海洋工程船EEDI的計算方法作為探討。

海洋工程船的EEDI也是表征在其設(shè)計時的每單位運輸所創(chuàng)造的社會效益產(chǎn)生的環(huán)境成本。參考I MO指南中近海供應(yīng)船采用載重噸計量社會效益，海洋工程船在巡航和急救時也以載重噸計量、在拖帶時以載重噸和拖帶力計量，環(huán)境成本同樣以CO2的排放量計量。因此在巡航和急救狀態(tài)時，海洋工程船的EEDI計算可以按照常規(guī)運輸船舶的計算方法，參考I MO的EEDI公式和劉飛等［6］提出的漁船公式，對海洋工程船拖帶航行的計算方法進(jìn)行討論，計算公式如下：

式中：PME為拖帶時的主機(jī)功率，k W，拖帶航行時主機(jī)功率取100%額定功率，拖航速度一般為7～8 kn；PAE為輔機(jī)功率，k W，海洋工程船上有多種作業(yè)設(shè)備如燃油輸送泵、淡水泵、消防泵、拖帶設(shè)備、系泊設(shè)備等，需要足夠的輔機(jī)功率，此處取PAE＝25%PME；Vref為拖航速度，kn；fk為拖力修正系數(shù)，在拖帶力與載重噸共同作用時，為協(xié)調(diào)兩者的影響力而增加的修正系數(shù)，與垂線間長相關(guān)，垂線間長為10 m時fk取10，垂線間長為100 m時取100，其他垂線間長的修正系數(shù)值由插值法取得。其他參數(shù)的取值與I MO的公式相同。

4 綜合評估的結(jié)果

評估某海洋工程船設(shè)計時的經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性和EEDI，對得到的結(jié)果匯總分析。該船的主要參數(shù)和計算結(jié)果見表3和表4。

表3 船舶主要參數(shù)

表4 技術(shù)性評估結(jié)果

由表4可見，該船的拖力級別為二級；載重量系數(shù)較小，低于三級，裝載的燃油較多；工作的多樣性很高，達(dá)到8／9，最大航速可達(dá)17.5 kn，屬于高速度船；期望航速百分比達(dá)到97.6%，耐波性良好；航向穩(wěn)定系數(shù)大于0，航向穩(wěn)定性較好，而戰(zhàn)術(shù)直徑為339較小，表明其回轉(zhuǎn)性良好，綜合兩者可知該船操縱性良好；動力定位級別達(dá)到I MO二級標(biāo)準(zhǔn)，較高；消防能力為一級，屬于最低級別。

根據(jù)本文提出的計算模型，該海洋工程船的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性評估結(jié)果見表5，表6。

表5 經(jīng)濟(jì)性評估結(jié)果

表6 EEDI計算結(jié)果

由表5和表6可知，該船的噸海里耗油量表明了船舶完成1 t·n mile的工作需要消耗42.73 g燃油。由于海洋工程船沒有給出EEDI的基線值，這里沒有可比較的標(biāo)準(zhǔn)，計算結(jié)果僅作參考。

5 總結(jié)

本文根據(jù)海洋工程船的特點，提出了經(jīng)濟(jì)技術(shù)評估指標(biāo)，并對海洋工程船的EEDI計算公式進(jìn)行了探討。通過對某海洋工程船的評估計算，可以發(fā)現(xiàn)該評估體系可以在很大程度上反映海洋工作船的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性，說明該評估體系具有實際意義，對相關(guān)評估體系的研究具有參考價值。

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［6］ 劉 飛，林 焰，李 納，等.拖網(wǎng)漁船能效設(shè)計指數(shù) （EEDI）研究［J］.漁業(yè)現(xiàn)代化，2012（1）：64－67.