胡竞中，张明明，刘　刚

(1.上海外高桥造船海洋工程设计有限公司，上海 200137； 2.上海外高桥造船有限公司，上海 200137)



船舶排水量快速计算方法

胡竞中1，张明明2，刘刚1

(1.上海外高桥造船海洋工程设计有限公司，上海 200137； 2.上海外高桥造船有限公司，上海 200137)

为获得船舶总排水量，根据《中华人民共和国进出口商品检验行业标准》计算原理，运用Excel工具，仅输入船舶6面吃水数据和海水(港口水)密度即可实现快速计算，该方法适合散货船、油船的空船定重、码头算货、试航EEDI测速等环节中的总排水量计算要求。

船舶排水量；水尺计量；静水力表差值；Excel应用

在水尺计量中，一项重要的计算项目是获取船舶当前总排水量，同时为了提高船舶排水量的计算精度，在计算船舶的平均吃水时，必须进行船舶艏艉垂线吃水修正和船体拱垂变形修正，并且进行排水量的纵倾修正和海水(港口水)密度修正[1-3]。同时在船舶试航项目中，EEDI实船验证是一项重要的试验内容，根据ISO 15016:2015规范[4]，测速船舶状态对船舶实际排水量有具体偏差要求，即试航船舶静止时的排水量与要求的排水量偏差应控制在2%以内，按此要求就需要对试航船舶的测速状态(船舶总排水量)进行快速获取与确认，成为保证EEDI测速试验顺利开展的重要因素。作为公司的设计人员，有必要通过一套计算过程与结果精度均符合国家行业标准要求的计算工具开展工作。为此，利用Excel软件的函数功能编制排水量快速计算表格，通过与本公司早期工作流程以及参考文献中的编制过程分别进行对比，阐述本文排水量计算表格的特点与优劣。

1　排水量计算基本流程简介

根据对中华人民共和国国家进出口商品检验局制定的水尺计算标准文件[1]的解读，常规的船舶总排水量的计算经过以下3个步骤：①测定船舶浮态数据；②获取船舶平均吃水；③获取船舶排水量。而步骤2和3中根据船舶自身特点进行了多种修正处理，分别为：艏艉垂线修正、拱垂变形修正、排水量纵倾修正、密度修正等，以确保对各种纵倾浮态、不同水域的船舶均可以科学地修正到平均吃水后再进行总排水量计算。

分析各种修正方法的原理，其中“艏艉垂线修正”属于两个位置之间几何关系的修正；“密度修正”是将实测港水密度所影响的排水量转化为标准海水密度1.025 g/cm3对应的排水量；“拱垂变形修正”则直接使用标准公式D/M=(Fm+Am+6Mm)/8计算船中平均吃水，理论上消除拱垂变形。以上3种修正方法原理简单，可直接使用，但是“排水量纵倾修正”则需要依据一定的假设来积分推导修正结果，而在一定的纵倾范围内使用根本式二次校正公式，即利用积分法推导排水量校正值[2]是一种常规的修正过程，其简化为

式中：Z——排水量纵倾校正值，t；

Tc——经过艏艉垂线修正后的艏艉吃水差值：Tc=Am-Fm；

Xf——D/M(T)处漂心距离船舯距离，m；该值可以从船舶静水力表中查询，在本文中漂心位置在船舯首部方向为正，在船舯尾部方向为负；

TPC——D/M(T)处每厘米吃水吨数，t/cm；

dM/dZ——D/M(T)处纵倾力矩变化率，t/cm；对应于最接近平均型吃水D/M(T)的吃水值各加减0.5 m的每厘米纵倾力矩(MTC)的变化值。

2　排水量快速计算

根据以上的简述，在整个船舶水尺计量环节中最重要的部分就是将各种纵倾状态下的船舶修正到平浮状态，然后根据平均吃水获取船舶静水力表计算相应总排水量。所以根据平均吃水与纵倾修正的原理描述，借助Excel函数快速查找静水力参数值并参与计算，提高原有工作表格的自动化处理能力，降低人工计算时间和错误率。

本公司原有工作表格在计算船舶总排水量时，平均吃水D/M被引入到静水力表的某一个吃水区间进行静水力数据的插值计算，而吃水区间(最小吃水D1、最大吃水D2)所对应的静水力数据，则需要人为查找、填写，此过程较为原始、效率低下。见表1。

表1　人工查找、填写计算表格并插值D/M的静水力数据

此方法要在D1和D2行中，人工填写静水力数据，降低工作效率，增加数据检查的难度。为提高计算的自动化程度，以及工作效率，对照行业标准、参考文献[3]和Excel帮助文件，采用VLOOKUP和FLOOR函数优化原有工作表格，重新梳理计算流程，重点改善各个吃水下静水力数据的提取过程，准确、快捷地计算平均吃水D/M的排水量修正值。

1)VLOOKUP函数。在表格或数值数组的首列查找指定的数值，并由此返回表格或数组当前行中指定列处的数值，函数语法为：VLOOKUP (lookup_value, table_array, col_index_num, range_lookup)；

2)FLOOR函数。将参数Number沿绝对值减小的方向向下舍入，使其等于最接近的significance的倍数，函数语法为：FLOOR (Number, significance)。

新的工作表格在平均吃水获得后即开始优化，船舶整个静水力信息被提前更新在名为HYDRTBL的工作表当中，运用Excel表格中的VLOOKUP和FLOOR函数命令，计算平均吃水值所处的区间D1和D2所对应的静水力值，进而获取平均吃水D/M的总排水量Δ2，见表2、3。

表2　静水力值更新在新表格HYDRTBL中

表3　快速插值获得对应吃水排水量

原有工作表格在优化后具有以下优点。

1)船舶静水力信息一次性更新在工作表HYDRTBL当中，同一型船舶仅需更新一次，快捷、准确、效率高。

2)优化后的工作表格采用Excel函数(VLOO-KUP和FLOOR)的帮助，可快速查找吃水D1、D2对应的静水力参数(DISP，TPC，Xf)，无需人工对照静水力表一一填写表1所示的表格，再一次提高数据的准确性和工作效率。

3)由于新的工作表格完全参考行业标准所述工作流程进行各参数的计算，所以计算结果在科学性和规范性方面得以保证，计算精度也符合行业标准的要求。

3　排水量快速计算流程比较

在完成原有工作表格的升级之后，又和参考文献所使用的计算流程作对比，分析在假设的相同浮态下，本文与参考文献所使用的计算流程是否会出现不同的计算结果。

假设某一船舶具有以下浮态，见表4，使用2种计算流程分别获取船舶总排水量。

表4　假设的船舶浮态

使用本文计算流程，获得结果见表5。

表5　使用本文快速插值流程获得假设吃水总排水量

使用参考文献的计算流程，获得结果见表6。

表6　使用参考文献计算流程获得假设吃水总排水量

对比2种计算结果，相同平均吃水D/M对应的船舶总排水量相差非常小，仅在个位量级变化。

新的船舶总排水量快速计算表格大大提高了岗位原有工作效率，同时标准化的工作表格可以在各种船型上展开，方便广泛使用。通过这2种计算流程的说明与结果比较，可以得出本文所采用的计算流程具有自身的特点与优势。

1)本文计算平均吃水D/M对应的总排水量依据行业标准6.2.1描述，从静水力表中查找出最接近于平均吃水处的吨数作为基数，之后再根据TPC值进行修正；而参考文献则直接根据平均吃水D/M进行静水力数值查找与内插计算获得总排水量，相比而言本文的计算流程更具规范性。

2)本文计算平均吃水D/M所处范围区间时，直接使用FLOOR命令寻找D/M所在区间的D1和D2值，再按照行业标准要求，通过VLOOKUP命令直接获取各吃水值的静水力值(DISP，TPC，Xf)；而参考文献使用的MATCH和INDEX命令的组合方式较为复杂，需要使用中间介质“行数编码”作为过渡(即参考表2中F列所罗列的数字)，再通过该“行数编码”查找各吃水值得静水力值。

3)对比2种计算过程，当船舶的平均吃水相同，所获得的总排水量结果几乎一致，误差很小，可认为完全按照行业标准流程进行计算，在计算精度方面是完全可以接受的，并且该流程在规范性、科学性方面都是具有一定优势。

4　结论

针对船舶总排水量的计算采用了一种新的快速计算流程，过程简便易懂，用户体验较为方便，提高本岗位工作效率，降低错误率发生，该快速计算表格便于操作和维护，可适用于多种船舶类型，具有广泛实用价值。

另外在实际工作中，笔者也遇到过船舶大纵倾浮态工况，依据相关参考文献[2]描述，只有出现极大纵倾时根本式二次公式才会不再适合用作“船舶纵倾修正”，那么是否可以根据CSR的相关规定[5]，即“艏艉吃水差不大于0.015Lbp”就可以正常使用根本式二次公式修正船舶纵倾是接下来探讨和研究的方向。

[1] 进出口商品重量鉴定规程：水尺计算(SN/T 0187-93)[S].中华人民共和国国家进出口商品检验行业标准，1993.

[2] 黄昱洪.大纵倾情况下船舶排水量的精确测定[J].中国水运,2009(7):34～35.

[3] 范育军.利用Excel实现水尺计量计算自动化[J].航海技术,2010(4):29～32.

[4] ISO 15016.2015 Ships and marine technology: Guidelines for the assessment of speed and power performance by analysis of speed trial data[S]. Switzerland, ISO copyright office, 2015.

[5] DNVGL Rule-Common structural rules for bulk carriers and oil tankers[S]. Hamburg, DNV GL SE,2014.

A Quick Calculation Method of Vessel’s Displacement

HU Jing-zhong1, ZHANG Ming-ming2, LIU Gang1

(1.Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding and Offshore Engineering Design Co. Ltd., Shanghai 200137, China;2.Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co. Ltd., Shanghai 200137, China)

Based on the calculation principle provided in the Rules for the Weight Survey of Import and Export Commodities, a quick calculation method of the vessel’s commercial displacement is put forward by using Excel tool. Using six draft datum of a ship and the density of the port’s sea water, the method can quickly interpolate the hydrostatics table and calculate the vessel’s commercial displacement. It can be easily used for weight measurement, cargo calculation, EEDI sea trial test etc. for bulk carriers and tankers.

vessel’s displacement; draft survey; hydrostatics interpolation; EXCEL application

2015-10-08

2016-03-18

胡竞中(1981—)，男，硕士，工程师

U662

A

1671-7953(2016)04-0016-04

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.04.004

研究方向:船舶总体设计

E-mail:hu_jingzhong@hotmail.com