馮振玉 浙江欣海船舶設(shè)計研究院總工程師

對于船舶完整穩(wěn)性的計算，在《國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（以下簡稱《國內(nèi)規(guī)則》）中有穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K的校核，在《2008年國際完整穩(wěn)性規(guī)則》（以下簡稱《IS規(guī)則》）中有氣象衡準(zhǔn)數(shù)K的校核。兩部規(guī)則對K值的命名不同，正確地說，應(yīng)叫氣象衡準(zhǔn)數(shù)。因?yàn)榉€(wěn)性衡準(zhǔn)的參數(shù)諸多，它只是其中之一，且與氣象條件密切相關(guān)。K值大小的決定因素是風(fēng)壓，風(fēng)壓的大小取決于風(fēng)速，而決定風(fēng)速大小的又是風(fēng)級。故氣象衡準(zhǔn)數(shù)的大小，實(shí)質(zhì)上就是反映船舶抵抗自然風(fēng)級的能力。一般稱K=1時為臨界氣象衡準(zhǔn)，此時的抗風(fēng)能力為氣象衡準(zhǔn)的最低要求。

兩部規(guī)則對氣象衡準(zhǔn)要求的形式不同，對船舶抗風(fēng)能力的標(biāo)準(zhǔn)也不同。相對而言，在切合實(shí)際方面，《IS規(guī)則》的標(biāo)準(zhǔn)要優(yōu)于《國內(nèi)規(guī)則》的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)具體分析如下：

氣象預(yù)報中風(fēng)級與風(fēng)速的關(guān)系

船舶的抗風(fēng)能力，應(yīng)針對氣象預(yù)報的風(fēng)級。氣象預(yù)報是以海平面之上10m高處的平均風(fēng)速為準(zhǔn)，按蒲氏風(fēng)級進(jìn)行預(yù)報。其風(fēng)級N、風(fēng)速V和風(fēng)壓P之間存在著下述關(guān)系：

氣象預(yù)報的風(fēng)級與風(fēng)速的關(guān)系見表1。

從表1可以看出，每級風(fēng)的風(fēng)速大小都有一定的范圍，故在預(yù)報船舶的可抗風(fēng)級時，應(yīng)以可抗某級風(fēng)的最大風(fēng)速為準(zhǔn)，以便覆蓋該級風(fēng)速的全部范圍。例如，對于滿足K=1臨界衡準(zhǔn)時的風(fēng)速V=28.1m/s，則按28.1m/s在表1的最大風(fēng)速欄反向插值，求出對應(yīng)的風(fēng)級為N=9.9（也可以按公式N=10（lgV+0.0778）/1.5-0.49進(jìn)行計算）。但預(yù)報船舶的抗風(fēng)等級時，應(yīng)按氣象預(yù)報都是整級風(fēng)的形式，只取N的整數(shù)部分。

核算氣象衡準(zhǔn)時的風(fēng)壓取值

《國內(nèi)規(guī)則》將航區(qū)劃分為遠(yuǎn)海、近海、沿海和遮蔽四個航區(qū)分別進(jìn)行風(fēng)壓取值。對于漁船，因?yàn)檎诒魏絽^(qū)都在禁漁線之內(nèi)，不允許漁船作業(yè)，故只保留了前三個航區(qū)。但不管是交通船還是漁船，其航區(qū)風(fēng)壓的取值都是相同的。

表1 氣象預(yù)報的風(fēng)級與風(fēng)速的關(guān)系

《IS規(guī)則》對風(fēng)壓的取值不分航區(qū)，但對于不同的船類取值略有不同。對于商船和船長不小于45m的漁船，其風(fēng)壓取值一律為504Pa。對于船長為24m和45m之間的漁船，其風(fēng)壓依船舶水上側(cè)投影面積中心到水面的高度h不同而變化，也就是考慮了風(fēng)速梯度系數(shù)c的影響。

《IS規(guī)則》與《國內(nèi)規(guī)則》計算氣象衡準(zhǔn)值時，都以距離水面6m高度處的風(fēng)壓為基準(zhǔn)，其他高度處的風(fēng)壓系按風(fēng)速梯度系數(shù)c進(jìn)行修正。對低于6m高度的風(fēng)壓，《國內(nèi)規(guī)則》適用于船長不小于20m的所有船舶；《IS規(guī)則》只適用于船長為24m和45m之間的漁船，相當(dāng)于放寬了校核的標(biāo)準(zhǔn)。兩者計算風(fēng)壓取值的對比見表2。

表2中的風(fēng)速梯度系數(shù)c，系指距離水面不同高度處的風(fēng)速，與距離水面6m高度處的風(fēng)速之比。這是考慮空氣具有粘性，同一時間內(nèi)在不同高度處的風(fēng)速不同。從表2所列數(shù)據(jù)看，《IS規(guī)則》與《國內(nèi)規(guī)則》風(fēng)速梯度系數(shù)的取值基本一致。

《IS規(guī)則》氣象衡準(zhǔn)的內(nèi)容及最低抗風(fēng)等級

《IS規(guī)則》氣象衡準(zhǔn)的規(guī)定是：假定船舶失去動力且處于橫風(fēng)橫浪之中，在定常風(fēng)的作用下，船舶向下風(fēng)舷橫傾了一定的角度，然后在此角度下受波浪的作用共振諧搖。當(dāng)船舶搖至上風(fēng)舷最大角度時，剛好受到突然加大的陣風(fēng)，將船吹向下

風(fēng)舷產(chǎn)生橫傾。用船舶自身抗傾覆能量與這種風(fēng)浪聯(lián)合作用傾覆能量的比值K，作為氣象衡準(zhǔn)數(shù)，并規(guī)定K≥1。其數(shù)學(xué)模型見圖1，校核的步驟如下：

（1）船舶受到垂直于其中心線的一個定常風(fēng)壓的作用，產(chǎn)生一個定常風(fēng)傾力臂(lw1)；

（2）假定在波浪作用下，船舶由lw1的平衡角(φ0)向上風(fēng)一側(cè)最大諧搖至橫搖角(φ1)；

（3）然后船舶受到一個陣風(fēng)風(fēng)壓，產(chǎn)生一個陣風(fēng)傾側(cè)力臂(lw2)，且lw2=1.5 lw1；

（4）在此情況下，面積“b”應(yīng)等于或大于面積“a”，即K=b/a≥1。

圖1《IS規(guī)則》氣象衡準(zhǔn)

在《IS規(guī)則》的數(shù)學(xué)模型中，設(shè)定陣風(fēng)風(fēng)壓力臂w2與定常風(fēng)風(fēng)壓力 臂w1之 間 有w2=1.5w1的 關(guān)系。由于風(fēng)壓力臂與風(fēng)壓成正比，故陣風(fēng)的風(fēng)壓P2與定常風(fēng)的風(fēng)壓P1之間同樣存在P2=1.5P1的關(guān)系。利用公式（3）V=（P/0.7356）0.5（m/s），可以反推出P2所對應(yīng)的風(fēng)速V2，再以V2作為最大風(fēng)速，反推出可抗的陣風(fēng)風(fēng)級。它們之間的對應(yīng)關(guān)系見表3。

表2 《國內(nèi)規(guī)則》與《IS規(guī)則》計算風(fēng)壓的對比

表3 《IS規(guī)則》規(guī)定的風(fēng)壓及其對應(yīng)陣風(fēng)的風(fēng)速與風(fēng)級

由表3可見，《IS規(guī)則》滿足臨界氣象衡準(zhǔn)的最小抗風(fēng)等級為10.9級。若聯(lián)想發(fā)揮一下，當(dāng)初規(guī)則的設(shè)定應(yīng)該是11.0級，有可能是上述公式推導(dǎo)過程中累計的誤差所致。

《國內(nèi)規(guī)則》氣象衡準(zhǔn)的內(nèi)容及最低抗風(fēng)等級

《國內(nèi)規(guī)則》氣象衡準(zhǔn)的規(guī)定是：假定船舶失去動力處在橫浪之中共振諧搖，當(dāng)搖到某一舷最大角度時，受到突然吹向另一舷的橫向陣風(fēng)而發(fā)生橫傾，用船舶自身抗傾覆能量與這種風(fēng)浪聯(lián)合作用傾覆能量的比值K，作為氣象衡準(zhǔn)數(shù)，并規(guī)定K≥1（其數(shù)學(xué)模型略）。

按照前述的步驟，同樣可以求出《國內(nèi)規(guī)則》臨界氣象衡準(zhǔn)時的最低抗風(fēng)級別，具體見表4。

表4 《國內(nèi)規(guī)則》臨界氣象衡準(zhǔn)時可抗陣風(fēng)的風(fēng)級

由表4可見，《國內(nèi)規(guī)則》滿足臨界氣象衡準(zhǔn)的最小抗風(fēng)等級分別為：遠(yuǎn)海航區(qū)13.3級；近海航區(qū)10.8級；沿海航區(qū)8.5級。

國內(nèi)航區(qū)氣象衡準(zhǔn)的討論

從表3和表4的對比可以看出，就臨界氣象衡準(zhǔn)的最低抗風(fēng)能力而言，《IS規(guī)則》10.9級的標(biāo)準(zhǔn)與《國內(nèi)規(guī)則》三個航區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)相比，是一低、一高、一持平。即其較遠(yuǎn)海航區(qū)要求的13.3級低了2.4級；較沿海航區(qū)要求的8.5級高了2.4級；較近海航區(qū)要求的10.8級高0.1級（持平）。根據(jù)國內(nèi)船舶的航線及營運(yùn)的實(shí)際需求，現(xiàn)對國內(nèi)航區(qū)的衡準(zhǔn)提出幾點(diǎn)意見供討論：

（1）《IS規(guī)則》適用于全球海域的船舶，應(yīng)該說中國的海域也不屬于例外。即使《國內(nèi)規(guī)則》規(guī)定的“南海距岸120n mile(臺灣島東海岸、海南島東海岸及南海岸距岸超越50n mile)”以外的遠(yuǎn)海航區(qū)，其通常海況的惡劣程度總不會超越“好望角”海域和北大西洋冬季的海況。故將國內(nèi)航行船舶的抗風(fēng)等級提高并超越了國際航行的船舶，缺乏令人信服的依據(jù)。

（2）航區(qū)應(yīng)是指船舶營運(yùn)作業(yè)的海域。船舶往返于各個港口之間，其最佳航線基本上是固定的，在正常情況下，國際營運(yùn)船舶偏離航線的距離都有一定的范圍。對于國內(nèi)航行的船舶，偏離航線更會有限。即使按現(xiàn)行的航區(qū)劃分，除去三沙航線極少數(shù)的船舶之外，其他船舶的航線都不經(jīng)過遠(yuǎn)海航區(qū)，即使航向偏離也不會偏到遠(yuǎn)海航區(qū)。故對國內(nèi)船舶設(shè)定的遠(yuǎn)海航區(qū)，實(shí)在沒有什么意義。如果僅為南沙航線而設(shè)，未免過于偏頗。

（3）現(xiàn)在船舶科技如此發(fā)達(dá)，無線電通信系統(tǒng)如此先進(jìn)，通過接受氣象傳真，船舶或停航或繞道或借港避風(fēng)，完全可以避開暴風(fēng)的襲擊（我國遠(yuǎn)洋作業(yè)的漁船，一直使用《IS規(guī)則》的衡準(zhǔn)，而從沒有遭遇暴風(fēng)襲擊的事故就是例證）。對于國內(nèi)航行的船舶，更不可能遭遇12級颶風(fēng)的襲擊，將最低抗風(fēng)級別定到13級以上，顯得過分保守，保守會對社會資源造成巨大的浪費(fèi)。

（4）滿足沿海航區(qū)氣象衡準(zhǔn)的絕大部分都是中小型船。從歷年統(tǒng)計來看，該類船發(fā)生穩(wěn)性事故的數(shù)量最多，特別是小型漁船。為減少中小型船舶的事故概率，提高該類船的穩(wěn)性標(biāo)準(zhǔn)是很有必要的。

（5）我國船舶現(xiàn)行的航區(qū)穩(wěn)性，應(yīng)是當(dāng)年引進(jìn)前“蘇聯(lián)船舶登記局”的標(biāo)準(zhǔn)而沿用至今。隨著半個多世紀(jì)船舶科技的進(jìn)步，對航區(qū)衡準(zhǔn)的修訂同樣也是與時俱進(jìn)的要求。

綜上所述，建議修改我國航區(qū)穩(wěn)性的規(guī)定，最務(wù)實(shí)的舉措是直接與《IS規(guī)則》接軌。務(wù)實(shí)接軌的好處有三：一是降低了國內(nèi)船舶抗風(fēng)等級的拔高要求，能取得巨大的節(jié)能效益；二是對沿海航區(qū)大量的中小型船舶提高了抗風(fēng)級別的標(biāo)準(zhǔn)，對減少事故多發(fā)提供了更可靠的技術(shù)保障；三是與國際衡準(zhǔn)接軌統(tǒng)一，具有去粗取精、刪繁就簡的功效。何樂而不為呢。