陳亞飛，汪益兵

(浙江國(guó)際海運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江舟山 316021)

一、引 言

“散裝谷物船積載”是海船船員晉升大副的評(píng)估考試項(xiàng)目之一［1］。船員根據(jù)所載貨物及船舶航次儲(chǔ)備情況，在確定航次貨運(yùn)量及合理配載方案后，按要求完成填寫美國(guó)/澳大利亞/加拿大的散裝谷物穩(wěn)性計(jì)算表。目前，該項(xiàng)目的教學(xué)與評(píng)估都是通過手工完成的，對(duì)船員評(píng)估答題和評(píng)估員判卷評(píng)分，均存在計(jì)算量大、耗時(shí)且易差錯(cuò)等問題。本文討論的“散裝谷物穩(wěn)性計(jì)算表”正是一種“規(guī)范和加強(qiáng)船員適任評(píng)估工作，確保船員適任評(píng)估公平、公正、廉潔、高效”［2］的教學(xué)工具。

二、編制散裝谷物船穩(wěn)性計(jì)算表的步驟與方法

本文以E輪為船舶資料，借助Excel介紹美國(guó)專用散裝谷物穩(wěn)性計(jì)算表的編制。美國(guó)國(guó)家貨物局散裝谷物穩(wěn)性計(jì)算表(以下簡(jiǎn)稱“美國(guó)專用散糧表”)由首頁(yè)、三部分計(jì)算表及附錄組成，共7頁(yè)，其中，首頁(yè)主要為船舶相關(guān)資料、船長(zhǎng)及檢驗(yàn)員簽字等資料。三部分計(jì)算表包括船舶和貨物計(jì)算、燃油和水計(jì)算及谷物傾側(cè)力矩和穩(wěn)性概要計(jì)算，為本文的重點(diǎn)。其中，第三部分中“穩(wěn)性概要”又以“谷物許用傾側(cè)力矩法”［3］、“簡(jiǎn)化條件法”［3］為介紹重點(diǎn)。附錄主要為靜穩(wěn)性力臂與谷物傾側(cè)力臂曲線圖的標(biāo)繪及剩余動(dòng)穩(wěn)性值A(chǔ)d的計(jì)算，供船舶未配“谷物許用傾側(cè)力矩表”時(shí)使用，此部分本文省略。

1.航次貨運(yùn)量及配載方案的確定

先由公式∑Q=min{NDW1，∑Vch/SF}［3］確定船舶航次貨運(yùn)量，然后擬定船舶配載方案。因該部分大多為初始數(shù)據(jù)，可單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)工作表(Sheet)，具體版面及配載方案如圖1所示，對(duì)E輪配艙方案說(shuō)明，除NO.3艙為部分裝載艙之外，其余艙均為滿載艙，具體編制過程省略。

圖1 E輪航次貨運(yùn)量及配艙方案

2.船舶和貨物的計(jì)算

該部分為“美國(guó)專用散糧表”的第一部分，主要包括船舶“固重”部分的計(jì)算。本例按空船、船員及備品、船舶常數(shù)及各貨艙列表，數(shù)據(jù)情況見圖2，其中，對(duì)重心高度VCG一欄:前三項(xiàng)由E輪船舶資料提供，而各貨艙VCG的求取，若為滿載艙則在E輪“貨艙容積表”查取，若為部分裝載艙則以該艙實(shí)際配貨體積為引數(shù)在E輪“部分裝載艙的谷物橫向傾側(cè)體積矩表”(圖3)中內(nèi)插查取“谷物體積中心高度”一欄。下面以NO.3艙(部分裝載艙)為例介紹該艙VCG值(單元格Q11)的編程計(jì)算，需采用Excel中IF邏輯函數(shù)、MATCH查找函數(shù)、INDEX引用函數(shù)及線性內(nèi)插原理［4］，即 y=y1+(x-x1)*(y2-y1)/(x2-x1)。單元格Q11中輸入“=IF(N11*基本計(jì)算!Q4＞=貨艙容積表!C5-2，貨艙容積表!D5，INDEX(NO.3 艙傾側(cè)矩!C3:C35，MATCH(N11* 基本計(jì)算!Q4，NO.3 艙傾側(cè)矩!A3:A35))+(N11*基本計(jì)算!Q4-INDEX(NO.3 艙傾側(cè)矩!A3:A35，MATCH(N11* 基本計(jì)算!Q4，NO.3艙傾側(cè)矩!A3:A35)))*(INDEX(NO.3 艙傾側(cè)矩!C3:C35，MATCH(N11* 基本計(jì)算!Q4，NO.3艙傾側(cè)矩!A3:A35)+1)-INDEX(NO.3 艙傾側(cè)矩!C3:C35，MATCH(N11*基本計(jì)算!Q4，NO.3艙傾側(cè)矩!A3:A35)))/(INDEX(NO.3 艙傾側(cè)矩!A3:A35，MATCH(N11*基本計(jì)算!Q4，NO.3艙傾側(cè)矩!A3:A35)+1)-INDEX(NO.3 艙傾側(cè)矩!A3:A35，MATCH(N11*基本計(jì)算!Q4，NO.3艙傾側(cè)矩!A3:A35))))”。為方便易讀，上式中 x1、x2、y1及 y2分別用單劃線、雙劃線、單波浪線及雙波浪線表示。上式解釋:“如果NO.3艙實(shí)際配貨體積＞=該艙艙容-2，則說(shuō)明該艙為滿載艙，VCG取‘貨艙容積表’中單元格D5的值;否者說(shuō)明該艙為部分裝載艙，應(yīng)在‘NO.3艙傾側(cè)矩’(圖3)中以該艙實(shí)際配貨體積(A列)為引數(shù)內(nèi)插VCG(C列)”。本例因NO.3艙為部分裝載艙，VCG將取“NO.3艙傾側(cè)矩”中的內(nèi)插值，自動(dòng)內(nèi)插結(jié)果為6.233。同樣方法，完成其余四個(gè)貨艙VCG的編程計(jì)算，結(jié)果如圖3中Q列所示。

得到各欄VCG值后，將其乘以重量(N列)即為對(duì)應(yīng)垂向力矩值(S列)，最后對(duì)船舶“固重”小計(jì)，因公式簡(jiǎn)單，這里從略。

圖2 美國(guó)專用散糧表之“船舶和貨物計(jì)算”

圖3 E輪船舶資料之“部分裝載艙的谷物橫向傾側(cè)體積矩表——NO.3貨艙(部分)”

3.燃油和水的計(jì)算

該部分為“美國(guó)專用散糧表”的第二部分，主要包括航次儲(chǔ)備量中的“液重”部分計(jì)算，本例按燃油、柴油及淡水列表，按離港、抵港兩種狀態(tài)分開填寫。其中，重量、VCG及自由液面力矩均按E輪航次儲(chǔ)備實(shí)際填寫，計(jì)算過程同“固重”部分。對(duì)“液重”進(jìn)行小計(jì)后，將“固重”與“液重”合計(jì)，得到兩種狀態(tài)的排水量及垂向總力矩，計(jì)算結(jié)果如圖4中DISPLACEMENT(12行)所示，公式編寫從略。

合計(jì)后，按公式GM=KM-KG-δGM［3］f計(jì)算并校核船舶初穩(wěn)性高度GM。以抵港狀態(tài)為例，重心高度KG抵，單元格Q16輸入“=O12/L12”;自由液面修正值 δGMf抵，單元格 Q17輸入“=Q10/L12”;修正后的 KGV抵，單元格 Q19輸入“=Q16+Q17”;橫穩(wěn)心距基線高度 KM抵則以排水量△抵(44732)為引數(shù)從E輪“靜水力參數(shù)表”中內(nèi)插求取，因方法同上述VCG的編程，這里從略。自動(dòng)內(nèi)插結(jié)果11.72;則“抵港”狀態(tài)時(shí)初穩(wěn)性高度GM抵，單元格 Q23輸入“Q21-Q22”，顯示結(jié)果為2.72，滿足最小要求值0.30m。同樣方法，完成離港狀態(tài)下初穩(wěn)性高度GM的編程計(jì)算。

圖4 美國(guó)專用散糧表之“燃油和水計(jì)算”

4.谷物傾側(cè)力矩及穩(wěn)性概要的計(jì)算

該部分為“美國(guó)專用散糧表”的第三部分，主要包括谷物傾側(cè)力矩、船舶穩(wěn)性概要的計(jì)算(圖5，圖6)。

在“谷物傾側(cè)力矩計(jì)算”模塊中，對(duì)“谷物空檔/深度”一欄，應(yīng)以各艙實(shí)際配貨體積為引數(shù)在E輪對(duì)應(yīng)貨艙的“部分裝載艙的谷物橫向傾側(cè)體積矩表”中內(nèi)插“谷物裝艙深度”(B列)，從略;對(duì)“谷物傾側(cè)體積矩Mvi”一欄，公式編程思路與上述VCG相同，即若為滿載艙則在E輪“滿載艙的谷物橫向傾側(cè)體積矩表”中查取(本例取“未平艙”C列對(duì)應(yīng)值)，若為部分裝載艙則以實(shí)際配貨體積在對(duì)應(yīng)貨艙的“部分裝載艙的谷物橫向傾側(cè)體積矩表”(如NO.3艙應(yīng)查圖3)中內(nèi)插查取“谷物橫向傾側(cè)體積矩”(D列)，這里不再重復(fù)詳述;對(duì)“谷物橫傾力矩 Mui'”一欄采用公式 Mui'=Mvi/SF［5］求算，從略;對(duì)“谷物垂向移動(dòng)傾側(cè)矩”一欄，垂移修正系數(shù)Cvi應(yīng)根據(jù)第一部分“船舶和貨物計(jì)算”(圖2)中貨艙VCG的取值方法而定，即對(duì)滿載艙的VCG:當(dāng)取艙容中心處時(shí)Cvi取1.0(即本例所采用，無(wú)需修正)，當(dāng)取假定下沉后的體積中心處時(shí)Cvi取1.06(目前很少采用);對(duì)部分裝載艙 Cvi取 1.12［5］。因NO.3艙為部分裝載艙，故單元格U8輸入“=O8*0.12”。

在“穩(wěn)性概要”模塊中，排水量△、修正后的重心高度KGV取第二部分“燃油和水的計(jì)算”(圖4)對(duì)應(yīng)值，按“離港”、“抵港”分開填寫;谷物假定傾側(cè)總力矩Mu'，單元格L17(及T17)輸入“=O12+U12”;谷物許用傾側(cè)力矩 Ma，則以△、KGV為引數(shù)從E輪“谷物許用傾側(cè)力矩表”(圖6)中查取，這里涉及兩個(gè)索引值，正常查取時(shí)應(yīng)在四個(gè)數(shù)值中進(jìn)行“二次內(nèi)插”，但美國(guó)檢驗(yàn)人員通常不進(jìn)行內(nèi)插，而是取四個(gè)數(shù)值中的最小一個(gè)。下面以離港狀態(tài)為例，介紹Ma(單元格L18)的編程計(jì)算:首先，在工作表“許用力矩”(圖6)中設(shè)計(jì)一個(gè)“經(jīng)KGv索引后的谷物許用傾側(cè)力矩Ma”輔助表，設(shè)計(jì)版面見圖7，先以 KGV離(單元格 L16，即 8.56)索引 Ma的較小值，如在“許用力矩”單元格B28輸入“=MIN(INDEX(B3:B23，MATCH(美 4!MYMLMYM16，MYMAMYM3:MYMAMYM23))，INDEX(B3:B23， MATCH(美 4!MYMLMYM16，MYMAMYM3:MYMAMYM23)+1))”，公式解釋:“當(dāng)△為30000t時(shí)，索引靠近 KGV離=8.56下 Ma的較小值”，索引結(jié)果為26657，同樣分別索引△依次為32500、35000…及 47500時(shí)，靠近 KGV離=8.56下Ma的較小值，公式編程時(shí)只需將上式中“B3:B23”對(duì)應(yīng)改為“C3:C23、D3:D23…及 I3:I23”即可，索引結(jié)果如圖7之 B列所示;然后在“經(jīng)KGv索引后的谷物許用傾側(cè)力矩Ma”輔助表(圖7)基礎(chǔ)上索引靠近△離=46332的Ma較小值，即在工作表“美4”單元格L18輸入“=MIN(INDEX(許用力矩!B28:B35，MATCH(L15，許用力矩!A28:A35))，INDEX(許用力矩!B28:B35，MATCH(L15，許用力矩!A28:A35)+1))”，索引結(jié)果為32422。同樣方法，完成對(duì)“抵港”的Ma(單元格T18)的公式編程。當(dāng)采用“谷物許用傾側(cè)力矩法”校核船舶穩(wěn)性時(shí)，因船舶離港、抵港狀態(tài)下的谷物許用傾側(cè)力矩Ma均大于假定下沉的谷物傾側(cè)力矩Mu'，所以E輪在該配艙方案下三項(xiàng)穩(wěn)性衡準(zhǔn)指標(biāo)同時(shí)滿足要求。

圖5 美國(guó)專用散糧表之“谷物傾側(cè)力矩及穩(wěn)性概要計(jì)算”

圖6 E輪船舶資料之“谷物許用傾側(cè)力矩表(部分)”

圖7 經(jīng)KGv索引后的谷物許用傾側(cè)力矩Ma(輔助表)

當(dāng)船舶裝載手冊(cè)中不具備“谷物許用傾側(cè)力矩表”時(shí)，在校核了初穩(wěn)性高度GM的基礎(chǔ)上，還須校核谷物假定傾側(cè)所產(chǎn)生的橫傾角θh及剩余靜穩(wěn)性力臂GZ'40(“簡(jiǎn)化條件法”校核時(shí))或剩余動(dòng)穩(wěn)性值A(chǔ)d(“剩余面積法”校核時(shí))，并衡準(zhǔn)θh不大于12°、GZ'40不小于 0.307m 或 Ad不小于 0.075m·rad。以離港狀態(tài)為例:對(duì)橫傾角按公式θh=arctan(Mu'/△·GM)［5］計(jì)算，工作表“美 4”單元格 L20輸入“=ATAN(L17/(L15*L22))*180/PI()”，計(jì)算結(jié)果7.7°，符合衡準(zhǔn)要求;對(duì)剩余動(dòng)穩(wěn)性值A(chǔ)d，這里僅采用“簡(jiǎn)化條件法”，即以剩余靜穩(wěn)性力臂GZ'40的校核來(lái)替代Ad的校核，以公式GZ'40=GZ40- λ40=GAZA-(KGV-KGA)sin40-0.8Mu'/△［5］計(jì)算，上式中:靜穩(wěn)性力臂 GZ40采用“假定重心點(diǎn)法”［3］計(jì)算，該值以△離為引數(shù)從E輪“假定重心形狀穩(wěn)性力臂GAZA表”(圖8)中內(nèi)插求取。綜上所述，對(duì)橫傾角θh公式編程，單元格L21輸入“=INDEX(GAZA 表!F3:F21，MATCH(L15，GA-ZA表!A3:A21))+(L15-INDEX(GAZA表!A3:A21，MATCH(L15，GAZA 表!A3:A21)))*(INDEX(GAZA 表!F3:F21，MATCH(L15，GAZA表!A3:A21)+1)-INDEX(GAZA表!F3:F21，MATCH(L15，GAZA 表!A3:A21)))/(INDEX(GAZA 表!A3:A21，MATCH(L15，GAZA 表!A3:A21)+1)-INDEX(GAZA 表!A3:A21，MATCH(L15，GAZA表!A3:A21)))-(L16-GAZA表!MYMGMYM1)*SIN(40*PI()/180)-0.8*L17/L15”，計(jì)算結(jié)果為1.5m，符合衡準(zhǔn)要求。同樣方法，完成抵港狀態(tài)下的θh及GZ'40公式編程，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。到此，當(dāng)采用“簡(jiǎn)化條件法”校核船舶穩(wěn)性時(shí)，離港、抵港兩種狀態(tài)下的《1974SOLAS》三項(xiàng)穩(wěn)性衡準(zhǔn)指標(biāo)［5］均校核完畢，“散裝谷物船穩(wěn)性計(jì)算表”的編制完成。

圖8 E輪船舶資料之“假定重心形狀穩(wěn)性力臂GA ZA表(部分)”

三、散裝谷物船穩(wěn)性計(jì)算表在教學(xué)及評(píng)估中的實(shí)踐應(yīng)用

筆者在實(shí)踐中利用Excel分別編制了美國(guó)、澳大利亞、加拿大三種版本的“散裝谷物船穩(wěn)性計(jì)算表”，經(jīng)設(shè)置保護(hù)［4］后的表格已形成獨(dú)立的計(jì)算程序，作為教學(xué)工具在船員培訓(xùn)中使用。使用者只需在“基本計(jì)算”工作表中輸入適用載重線、航次儲(chǔ)備量、貨物積載因數(shù)及擬定配艙方案后，計(jì)算表就能立即完成“專用散糧計(jì)算表”的全部計(jì)算及穩(wěn)性衡準(zhǔn)。該計(jì)算表具備以下功能與優(yōu)點(diǎn):自動(dòng)查表與自動(dòng)內(nèi)插計(jì)算;邏輯判斷，自動(dòng)顯示結(jié)果;簡(jiǎn)單易用、方便快捷，且計(jì)算準(zhǔn)確等。

教學(xué)過程中，教師可利用其自動(dòng)計(jì)算功能隨時(shí)提供各環(huán)節(jié)的具體數(shù)據(jù)，這種“演示教學(xué)”有利于學(xué)員對(duì)知識(shí)的迅速理解和把握;培訓(xùn)學(xué)員可利用其進(jìn)行練習(xí)核對(duì)，能迅速查出錯(cuò)誤之處，起到了對(duì)癥下藥的作用?？荚囋u(píng)估時(shí)，評(píng)估員可利用其對(duì)船員答題卷進(jìn)行評(píng)估考核，省去親自計(jì)算所帶來(lái)的耗時(shí)、易差錯(cuò)等麻煩，提高評(píng)估的準(zhǔn)確性、高效性及公平公正性。經(jīng)過多年的實(shí)踐應(yīng)用，計(jì)算表為該項(xiàng)目的教學(xué)及評(píng)估工作帶來(lái)了極大的便利，提高了教學(xué)效果與教學(xué)質(zhì)量，得到了使用師生和海事局主管考官的一致好評(píng)。從事散裝谷物運(yùn)輸?shù)拇按蟾奔跋嚓P(guān)工作人員可以通過借鑒編寫適用于本船的類似散裝谷物計(jì)算軟件，提高實(shí)際工作效率。

［1］中國(guó)海事局.中華人民共和國(guó)海船船員適任考試大綱［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，2012.

［2］中國(guó)海事局.關(guān)于印發(fā)《中華人民共和國(guó)船員適任評(píng)估員管理辦法》的通知［EB/OL］.［2012-10-25］.http：//www.msa.gov.cn/Notice/Notice/e675a4e7-8358-473b-bedf-990246a3951a.

［3］王 捷.海上貨物運(yùn)輸：2版［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，2012.

［4］陳亞飛.EXCEL在貨物積載與系固評(píng)估中的應(yīng)用［J］.航海教育研究，2008，25(2)：53-55.

［5］國(guó)際海事組織.國(guó)際散裝谷物安全裝運(yùn)規(guī)則［M］.北京：人民交通出版社，1993.