船舶壓載吃水估算方法探討

杜安民，陳志強

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

港口工程現行規范和相關標準的船型資料中，給出了基于一定保證率的船舶滿載吃水，但對船舶壓載吃水并未提及。而這一參數在壓載工況下的系泊船舶作用力計算、登船梯包絡線設計等工作中是非常必要的。筆者研究了幾種船舶壓載吃水計算方法的特點，并應用油船算例進行了計算結果間的對比分析。

1 計算方法

1.1 經驗公式

根據海運經驗，空載船舶壓載航行時，最小平均吃水應達到滿載吃水的50%以上；冬季航行時因為風浪較大，則應達到55%～60%[1]。這一經驗參考數據對船舶正常安全航行具有現實的指導意義，但未考慮不同類型船舶的區別，取值較粗糙。

1.2 國際海事組織（IMO）公式

船舶空載航行時最小平均吃水[1]為：

式中：Tmin為最小平均吃水，m；Lbp為船舶垂線間長，即柱間距，m。

該公式計算簡便，適用于遠洋大型船舶，但僅涉及船舶垂線間長這一個參數，也未對不同類型船舶進行區別計算，在港口工程設計中具有一定的局限性。

1.3 日本港口研究所（Port and Harbour Research Institute，PHRI）公式

船舶壓載吃水與最大吃水的關系式[2]為：

式中：TB為船舶壓載吃水，m；Tmax為船舶最大吃水，m，取滿載吃水[3-4]；α，β為系數，取值見表1。

表1 系數α、β取值表Table 1 Valuesof coefficientαandβ

該公式針對不同貨種和噸級的船舶，給出了壓載吃水與滿載吃水的密切相關性，對港口工程及相關研究具有重要的指導意義。

1.4 根據縱向受風面積計算

該公式適用于大型船舶，假定船舶壓載時設計水線寬BWL與船寬相等（取型寬），所采用的縱向受風面積[6]等參數可查閱船型資料取值。

1.5 根據排水量計算

一種方法是[5]，假定船舶滿載至壓載的吃水差ΔT之間水線面面積AM、設計水線尺度不變，根據

式中：CWP為水線面系數，取值見表2；LWL、BWL分別為船舶設計水線長與設計水線寬，m，取垂線間長[7]與型寬；ΔQ為船舶滿載排水量Q與壓載排水量QB之差，t。可得

表2 船舶水線面系數C WPTable2 Ship waterlinecoefficient C WP

類似地，根據船舶形狀特性，筆者總結出另一種方法：假定船舶滿載與壓載時的設計水線尺度LWL、BWL分別相等，由

式中：Cb為船舶方形系數，取值見表3[8]；ρ為船舶所排水體密度，t/m3。

表3 船舶方形系數C bTable3 Ship block coefficient C b

則船舶壓載吃水

不同載重狀態的油船和散貨船，Cb為常數；其他船舶在載重60%以下時，該系數減小、并最多減小10%[8]。因此，對于油船和散貨船，根據式（8）、（9）可得

制定統一的安全工器具編碼規則，確保編碼的唯一性和完整性，采用 UHF電子標簽取代老式的手寫文字標簽或條形碼標簽，為安全工器具設置一個身份證明。將 UHF標簽讀寫器等設備組成的系統安裝在安全工器具庫房門口，當有人攜帶安全工器具走過的時候系統就會自動偵測所攜帶的工器具的數量、編號及出入庫方向，并進行詳細的記錄，實現無人值守安全工器具庫房自動化管理，還可完成工器具統計及臺賬管理工作。

滿載排水量Q可查閱船型資料取值，或根據實船資料按式（8）計算。對于壓載排水量QB，可按下式[2]估算：

式中：α′，β′為系數，取值見表4。

表4 系數 α′、β′取值表Table4 Valuesof coefficientα′and β′

根據船舶排水量計算壓載吃水，能體現出不同貨種和噸級船舶之間的差異，但是由于資料數據不全時準確選取船型系數CWP，Cb存在一定困難，并且壓載排水量QB只能大致估算，因此，按式（7）、（9）、（10）計算船舶壓載吃水 TB的誤差較難控制。

2 計算結果對比

收集整理了8個含有壓載吃水參數的油船船型資料，按不同方法計算的船舶壓載吃水結果值進行對比，見表5。

表5 典型油船壓載吃水不同算法結果對比Table 5 Comparison for calculation resultson tankers′ballast draught

根據表5中船舶壓載吃水的計算結果，可以看出：

1） 壓載吃水取滿載吃水的50%時，對3～5號油船（10萬～20萬DWT）較為適宜、但部分數據稍大。

2） IMO公式計算值對1～3號油船（5萬～10萬DWT）是適宜的，在船舶安全航行的最小吃水要求方面起到有效的控制作用；同時，該式對大型油船（30萬DWT）的壓載吃水計算值也相對準確。

3） 日本PHRI公式計算值與50%滿載吃水十分接近、對3～5號油船（10萬～20萬DWT）是適宜的，并且部分數據與按船舶縱向受風面積Ayw計算的壓載吃水也大致相等。

4） 按船舶縱向受風面積Ayw計算時，1號（5萬DWT）、4～5號油船（20萬DWT）的壓載吃水較實際數據偏小；對于3～6號油船（10萬～20萬DWT），該式與IMO公式的計算值基本一致。

5） 根據排水量求得的船舶壓載吃水誤差較大，相關結果作為輔助計算參考。

3 結論與建議

1）對于20萬DWT以下油船，壓載吃水可按日本PHRI公式求解或按50%滿載吃水取值，并用IMO公式校核取較大值，以滿足空載船舶壓載航行的安全吃水要求；對于20萬DWT以上油船，壓載吃水可按IMO公式計算。

2）本文采用的油船數據樣本數量較少，將進一步搜集船型資料、增大樣本容量，對油船壓載吃水的計算取值作深入研究。

3） 根據船舶縱向受風面積Ayw計算壓載吃水，對于油船、集裝箱船等大型船舶理論性較強、且計算簡便，能體現出不同類型船舶之間的差異，具有一定的可行性。

4）根據排水量計算的船舶壓載吃水供參考，下一步需參考造船行業相關成果，研究不同載重狀態下的設計水線尺度和壓載排水量變化規律，以減小所作假定對計算結果的影響。