1、新一代半潛船裝載儀的開發(fā)中遠航運股份公司 謝偉明 付紹洪1 引言1.1 新一代半潛船的誕生背景由于全球經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，能源的消耗也將保持較快速度的增長。美國能源部最近發(fā)表的一篇報告指出，世界能源消費量將在1999年至2020年之間增長59%，發(fā)展中國家預料將占全世界能源需求成長的一半以上。隨著岸上石油的逐漸枯竭，深海油田的發(fā)現(xiàn)，使得深海油田的開發(fā)不斷增長。目前深海油田主要分布在美灣、西非、巴西和澳大利亞，而平臺等開采設備的生產(chǎn)，多數(shù)選擇在南韓和新加坡，考慮到大型設備的海上運輸安全要求，新一代的半潛船便應運而生并成為理想的運輸工具。1.2傳統(tǒng)的配載儀軟件未能符合應用要求（舉例ENSCO的例子）新

2、一代半潛船的裝貨原理跟浮船塢類似，利用浮力把大型浮式平臺托起來。浮船塢由于主甲板兩邊有高大的塢墻，而且貨物（通常為船舶）的重心相對不高，在下潛和上浮的過程中能提供足夠的水線面積及穩(wěn)性。因此對于此類作業(yè)只需按固定的排壓載程序操縱即可。而對于新一代半潛船，為了裝運各種不同貨物如超高、超寬的大型貨物的需要，同時為了保證主甲板淹沒后船舶艉部浮力的需要，新型半潛船采用了在尾部安裝可移式浮箱來代替塢墻。因此，當主甲板浸沒在水下時，船舶自身的水線面積很小，再加上重心相對很高的貨物，如果光靠船舶自身的浮力是不足已托起貨物的，因此我們在設計排壓載計劃時必須把貨物所提供的浮力貢獻計算在內。盡管如此，在下潛、上浮的

3、過程中還是會在某些階段出現(xiàn)GM值特別小，而需要現(xiàn)場調整排壓載計劃。因此對此過程實行實時監(jiān)控顯得尤為重要。2.主要功能介紹根據(jù)新一代半潛船的特點及需求在基于VB平臺上開發(fā)了E-LOAD這款新一代配載儀。本軟件主要由三大模塊組成?，F(xiàn)在以中遠航運股份有限公司“康盛口”輪為例。該輪載重量為17860噸，空船KM值為24 .49 m，GM值15 .56 m，對于裝運普通貨物根本不會存在穩(wěn)性不足的問題，但一般自重700010000噸的海上石油平臺自身的重心高度均在15米以上，有的甚至高達20多米。如果在計算下潛/上浮時的穩(wěn)性不考慮平臺所提供的水線面面積貢獻的話，GM值將出現(xiàn)負值，靜穩(wěn)性曲線面積嚴重不足的情

4、況。因此傳統(tǒng)的配載儀就無法給出船舶實際的穩(wěn)性了，顯然是不適合半潛船使用的。另外大型海上設備通常形狀各異。因此建立貨物建模功能是必要的，以便于在計算穩(wěn)性時將貨物的水線面面積考慮在內。而傳統(tǒng)配載儀只針對船舶本身形狀進行建模計算。E-LOAD軟件利用XXX結構建模技術構建了貨物建模模塊。本模塊針對海上工程貨物的特點開發(fā)了兩種建模模式。第一種為截面法，通過有限點來構造出不同的剖面，然后通過擬合剖面來進行建模。它主要針對不規(guī)則形狀特別是表面為曲面的貨物（如工程船舶類）。此類方法可通過增減剖面的數(shù)量來控制精度。第二種為疊加法，通過有限個規(guī)則形狀的實體（如長方體，橢圓體，柱體等）加減法來構造貨物模型。此類方

5、法對于形狀簡單的貨物（如方行駁船）建模顯得特別方便快捷。為了使建模更方便，本軟件還設置了一系列的編輯功能（如移動、剪切、復制、二維和三維視圖等）。其建模方法與AUTOCAD相似，但占用計算機系統(tǒng)資源卻小得多，只是做為E-LOAD配載儀的一個插件直接在其中調用即可。為了能適應裝載不同的超重件貨物，新一代半潛船用七十五個液艙其中壓載艙就多達四十五個。此外在計算船舶穩(wěn)性時往往會遇到接近極限值的情況（如GM在0間），如果船舶模型不精確的話，將會造成本該能裝的貨不能裝，而不能裝的貨卻誤認為可以裝上船。為此我們屏棄了傳統(tǒng)配載儀利用船廠提供的靜穩(wěn)性曲線表和液艙表進行計算船舶浮態(tài)和穩(wěn)性。而是采用國際上流行的計

6、算船舶浮態(tài)和穩(wěn)性的方法。在計算船舶浮態(tài)時，采用求解船舶浮態(tài)平衡方程的方法，即 （1）其中： 分別為橫傾角與縱傾角， 為排水體積與船舶重量，為水的密度 采用迭代方法求解出滿足平衡方程的平均吃水、橫傾角與縱傾角，隨之亦可以計算出船舶靜水力參數(shù)。計算船舶靜穩(wěn)性曲線采用的方法為，在不同的橫傾角下，求解下面方程 （2） 采用迭代方法求解出滿足平衡方程的平均吃水與縱傾角，再計算出傾斜水線面下的浮心位置等，進一步可以計算出靜穩(wěn)性曲線。 圖2 圖5本裝載儀不僅可以計算總縱強度，還可以計算變形另外由于每次配載都需要算幾十個狀態(tài)，計算速度的快慢將直接影響到工作效率的高低。因此E-LOAD對其整個計算模型進行了全面

7、的數(shù)值計算優(yōu)化，使其運算速度與常規(guī)船用配載儀相似。除此以外，為了便于船員及設計人員的操作，E-LOAD還采用了大量的圖形界面。盡管設計人員利用第二部分模塊設計好排壓載計劃，但由于貨物的實際參數(shù)往往與申報的參數(shù)有誤差，而且如前所述，新造半潛船在裝卸貨過程中會經(jīng)常出現(xiàn)穩(wěn)性較小的情況。因此在實際操作中，往往需要根據(jù)實際情況進行調整排壓載計劃。為此E-LOAD增加了實時跟蹤計算模塊。本模塊的原理是從船舶的綜合控制系統(tǒng)里每八秒鐘自動讀取液艙傳感器里的數(shù)據(jù)及船首部、中部和尾部傳感器的吃水數(shù)據(jù)。然后根據(jù)第二模塊的基本數(shù)據(jù)算出整船的浮態(tài)以及穩(wěn)性數(shù)據(jù)。為了能讓船長、大副及時準確地掌握船舶浮態(tài)及穩(wěn)性狀況并作出相應的應對措施。我們發(fā)現(xiàn)液艙傳感器的誤差是造成實時計算的誤差源。為此E-LOAD采取了四套計算模式進行比對。第一種是根據(jù)七十多個液艙傳感器的數(shù)據(jù)進行計算。第二種是根據(jù)船舶吃水傳感器的數(shù)據(jù)進行計算。第三種是針對各別傳感器數(shù)據(jù)誤差較大而采取人工修正數(shù)據(jù)