黃俊華

摘 ? ?要：本文采用常規(guī)平方模數(shù)法、立方模數(shù)法與采用改進(jìn)型平方模數(shù)法、立方模數(shù)法對(duì)5000～70000 DWT成品油船船體鋼料重量進(jìn)行對(duì)比分析，并進(jìn)一步比較船舶總長(zhǎng)、垂線間長(zhǎng)對(duì)船舶鋼料重量的影響，推導(dǎo)出適用于設(shè)計(jì)前期對(duì)船體鋼料重量估算的經(jīng)驗(yàn)公式。

關(guān)鍵詞：成品油船;鋼料;重量估算

中圖分類號(hào)：U663.2 ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： The conventional square modulus， cubic modulus methods and the improved square modulus， cubic modulus methods are used to compare and analyze the steel weight of 5 000 ～ 70 000 DWT product oil tankers， and to further compare the influence difference between ship overall length and length between perpendiculars on steel weight， to derive the empirical formula for the estimation of steel weight.

Key words： Product oil tanker; Steel; Weight estimation

1 ? ? 前言

在船舶設(shè)計(jì)初期，當(dāng)初步選定船舶主要參數(shù)時(shí)，如果能相對(duì)準(zhǔn)確地預(yù)估出船體鋼料重量，便可以快速估算出相對(duì)準(zhǔn)確的空船重量，從而輔助設(shè)計(jì)人員作出初步的船舶總體性能評(píng)估，及早調(diào)整或優(yōu)化船舶主要參數(shù)。

此外，在進(jìn)行船舶經(jīng)濟(jì)性分析的時(shí)候需要測(cè)算船舶的建造成本。而相對(duì)準(zhǔn)確的鋼料重量有利于得出較準(zhǔn)確的船舶建造成本，有助于決策者做出正確的運(yùn)營(yíng)選擇。

那么，如何才能在設(shè)計(jì)初期得到較準(zhǔn)確的船體鋼料重量呢？可以通過(guò)母型船進(jìn)行近似估算。在缺乏母型船數(shù)據(jù)的時(shí)候，就只能通過(guò)粗略估算方法了。常用的粗略估算方法有4種[1]：百分?jǐn)?shù)法、平方模數(shù)法、立方模數(shù)法和統(tǒng)計(jì)公式法[1]。其中，平方模數(shù)法和立方模數(shù)法所需的參數(shù)最少，適合在只有主要參數(shù)的情況下估算鋼料重量。

2 ? ?船體鋼料重量估算方法選擇及對(duì)比分析

為了便于后續(xù)討論，這里對(duì)各參數(shù)符號(hào)約定為：船長(zhǎng)L、總長(zhǎng)Loa、垂線間長(zhǎng)Lbp、型寬B、型深D、鋼料重量Wh、鋼料系數(shù)Ch。

2.1 ? 估算方法選擇

在設(shè)計(jì)初期或者進(jìn)行成本測(cè)算的時(shí)候，通常并不知道船舶的方形系數(shù)，而不涉及方形系數(shù)的估算方法有2種[1]：平方模數(shù)法;立方模數(shù)法。

2.2 ? 立方模數(shù)法

分別對(duì)兩種船長(zhǎng)采用立方模數(shù)法進(jìn)行計(jì)算和對(duì)比，見(jiàn)表1。

由表1可知，當(dāng)使用總長(zhǎng)Loa時(shí)，32型船的鋼料系數(shù)Ch平均值為0.099 4，標(biāo)準(zhǔn)差為0.015 5，相當(dāng)于平均值的15.5%;當(dāng)使用垂線間長(zhǎng)Lbp時(shí)，32型船的鋼料系數(shù)Ch平均值為0.103 9，標(biāo)準(zhǔn)差為0.016 7，相當(dāng)于平均值的16.1%。

2.3 ? 平方模數(shù)法

同樣，分別對(duì)兩種船長(zhǎng)采用平方模數(shù)法計(jì)算和對(duì)比，見(jiàn)表2。

由表2可知：當(dāng)使用總長(zhǎng)Loa時(shí)，32型船的鋼料系數(shù)Ch平均值為0.794 0，標(biāo)準(zhǔn)差為0.139 2，相當(dāng)于平均值的17.5%;當(dāng)船長(zhǎng)使用垂線間長(zhǎng)Lbp時(shí)，32型船的鋼料系數(shù)Ch平均值為0.828 0，標(biāo)準(zhǔn)差為0.140 0，相當(dāng)于平均值的16.9%。

2.4 ? 立方模數(shù)法與平方模數(shù)法的對(duì)比

由上述分析可知：當(dāng)采用立方模數(shù)法時(shí)，隨著船舶主尺度的增加，鋼料系數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì);當(dāng)采用平方模數(shù)法時(shí)，隨著船舶主尺度的增加，鋼料系數(shù)呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。

采用誤差百分比來(lái)表示誤差大小，誤差百分比等于估算鋼料重量與實(shí)際鋼料重量差額的百分比。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，各船誤差百分比如表2所示。

由表2可以看出，采用立方模數(shù)法的誤差小于平方模數(shù)法。

但是，無(wú)論是采用立方模數(shù)法還是平方模數(shù)法，估算公式對(duì)大部分船舶的誤差都非常大，不適宜采用。那么，是否可以通過(guò)對(duì)公式進(jìn)行改進(jìn)減少誤差呢？下面引入線性相關(guān)性分析，對(duì)估算公式進(jìn)行改進(jìn)。

2.5 ? 改進(jìn)估算公式

3 ? ?鋼料重量估算的經(jīng)驗(yàn)公式

由以上可知：無(wú)論采用平方模數(shù)法還是立方模數(shù)法，線性相關(guān)性都較高;采用平方模數(shù)法的相關(guān)性高于立方模數(shù)法;平方模數(shù)法中，采用垂線間長(zhǎng)的相關(guān)性略高于采用總長(zhǎng)。

從表4可以看出：當(dāng)載重量低于5 000 DWT時(shí)二者偏差巨大，該經(jīng)驗(yàn)公式失效;5 000～70 000DWT是誤差較小，比未改進(jìn)前公式精度明顯提高。

5 ? ?總結(jié)

通過(guò)以上分析可以看出：常規(guī)的立方模數(shù)法和平方模數(shù)法，對(duì)主尺度跨度較大的船型進(jìn)行鋼料重量估算時(shí)誤差較大;但對(duì)估算公式進(jìn)行改進(jìn)后，無(wú)論是采用平方模數(shù)法還是立方模數(shù)法，其船長(zhǎng)、型寬、型深的某種組合與鋼料重量的相關(guān)系數(shù)都得到較大提高。

同時(shí)，由于本文經(jīng)驗(yàn)公式是基于特定范圍船型得到的，因此在應(yīng)用本經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)，需注意如下幾點(diǎn)：

（1）本經(jīng)驗(yàn)公式僅適用于5 000～70 000DWT成品油船;

（2）本經(jīng)驗(yàn)公式僅適用于常規(guī)結(jié)構(gòu)形式的成品油船，若有特殊結(jié)構(gòu)需特殊考慮;

（3）本經(jīng)驗(yàn)公式僅適用于碳鋼結(jié)構(gòu)的成品油船，若貨艙區(qū)域采用不銹鋼則不適用本公式。

（4）本經(jīng)驗(yàn)公式僅適用于設(shè)計(jì)前期鋼料估算及初步成本測(cè)算，不適用于精度要求較高的鋼料估算。

參考文獻(xiàn)

[1] 方學(xué)智， 劉厚森， 劉增榮. 船舶設(shè)計(jì)原理[M]，華中科技大學(xué)出版社，? ? ? 2013.

[2] 同濟(jì)大學(xué)數(shù)學(xué)系. 工程數(shù)學(xué)線性代數(shù)[M]. 高等教育出版社，2014.

[3] 李慶揚(yáng). 數(shù)值分析[M]. 清華大學(xué)出版社，2008.