（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）辽宁省陆岛旅客（滚装）运输船技术经济论证.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 陆岛水路运输是辽宁省水运的重要组成部分，对辽宁岛屿经济发展及海岛旅游业的 发展起着重要的支撑作用。由于陆岛水路运输是陆岛间唯一的一种运输方式，与居民的 出行、生产、生活息息相关，因此运输安全问题也越来越受到国家各级政府和各级交通 主管部门的高度重视。近年来，随着辽宁省经济的快速发展，辽宁的陆岛旅客运输量及 运输船舶的数量也增长较快，客运量的大幅增加和安全运输的严格要求，对现有陆岛客 运船舶的运输功能和技术条件提出了巨大挑战。因此，构建合理的辽宁省陆岛旅客( 滚 装) 运输安全船型技术经济论证指标体系，对陆岛旅客( 滚装) 运输船进行综合技术经 济评价，具有十分重要的意义。 本文正是基于大连理工大学船舶c a d 工程中心与大连海事大学合作承担的由辽宁 省交通厅港航管理局组织的“辽宁省陆岛旅客( 滚装) 运输安全船型研究 项目中“辽 宁省陆岛旅客( 滚装) 运输安全船型比选工作指南”开展的。 其主要内容如下： ( 1 ) 对现役船舶的开发调查分析，包括船舶的船型特点、尺度特点、布置特点等以 及现有港口、码头、船厂、有关政策及法规等； ( 2 ) 分析陆岛旅客( 滚装) 运输船型技术特点，根据陆岛运输的具体特点，体现出 运客和运车的特殊性，我们构造出一些新的指标。新的指标体系把一般船以载重量为收 入函数的计算体系转换为以载客( 车) 数为收入函数的计算体系，并用实例证明该指标 体系的合理性。该指标体系的提出为该类船舶的技术经济论证和船型评价提供理论依 据； ( 3 ) 对现役船舶进行比选，并对研发的陆岛旅客( 滚装) 运输新船型进行技术经济 船型论证，可以实现在给定车客位的条件下，确定一系列主尺度方案，并在此基础上对 该系列方案进行技术评价与经济营运计算，从中优选出最终方案并与现有优秀船舶进行 比较，最后对最终的优选方案进行了敏感性分析。 关键词：陆岛旅客( 滚装) 运输船；数学建模；技术经济论证；模糊综合评判 辽宁省陆岛旅客( 滚装) 运输船技术经济论证 t e c h n i c a la n de c o n o m i ce v a l u a t i o nf o rc o n t i n e n t a li s l a n dp a s s e n g e r ( r o r o ) s h i pi nl i a o n i n gp r o v i n c e a b s t r a c t c o n t i n e n t a li s l a n dt r a n s p o r t a t i o nb ys e ai sa ni m p o r t a n tp a r ti nl i a o n i n gp r o v i n c e ，i t p l a y s a ni m p o r t a n ts u p p o r t i n gr o l e i nl i a o n i n ge c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dt o u r i s m d e v e l o p m e n ti nt h ei s l a n d s a st h ec o n t i n e n t a li s l a n dt r a n s p o r t a t i o nb ys e ai st h eo n l yk i n do f i n t e r - i s l a n dt r a n s p o r tm o d e s ，a n di ti sc l o s e l yr e l a t e dt or e s i d e n t so ft h et r i p ，p r o d u c t i o na n d l i f e ，t r a n s p o r ts e c u r i t yi s s u e sa r ei n c r e a s i n g l ya t t a c hg r e a ti m p o r t a n c et on a t i o n a lg o v e r n m e n t s a n dd e p a r t m e n t si nc h a r g eo ft r a n s p o r t a t i o na ta 1 1l e v e l s 。i nr e c e n ty e a r s ，w i ml i a o n i n g p r o v i n c e sr a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，t h en u m b e ro fs h i pa n dp a s s e n g e ri nl i a o n i n g s c o n t i n e n t a li s l a n dt r a n s p o r t a t i o na l s og r o wf a s t , s i g n i f i c a n ti n c r e a s ei np a s s e n g e rt r a f f i ca n d s t r i c ts e c u r i t yr e q u i r e m e n t sh a v eg r e a tc h a l l e n g et ot r a n s p o r tf u n c t i o n a la n dt e c h n i c a l c o n d i t i o n so ft h ee x i s t i n gc o n t i n e n t a li s l a n dt r a n s p o r t a t i o ns h i p t h e r e f o r e ，i th a sg r e a t s i g n i f i c a n c et oc o n s t r u c tar e a s o n a b l es y s t e mo ft e c h n i c a la n de c o n o m i ce v a l u a t i o nf o r c o n t i n e n t a li s l a n dp a s s e n g e r ( r o r o ) s h i pi nl i a o n i n gp r o v i n c e t h i sp a p e rf r o mt h el i a o n i n gp r o v i n c i a lt r a n s p o r td e p a r t m e n tp r o j e c t ，c o n t i n e n t a l i s l a n dr o r op a s s e n g e rs h i pi nl i a o n i n gp r o v i n c ec o m p a r i s o na n ds e l e c t i o ng u i d e i nt h e “s a f eh u l lf o r ms t u d yo fc o n t i n e n t a li s l a n dp a s s e n g e rf r o - r o ) s h i pi nl i a o n i n gp r o v i n c e ”， t h i sp r o j e c tc o m m i t m e n t e db yd a l i a nu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g yc a d p r o j e c tc e n t e ra n dt h e d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y , i n i t i a t e db yl i a o n i n gp r o v i n c ec o m m u n i c a t i o n ss e at r a n s p o r t a d m i n i s t r a t i o nb u r e a u 砀em a i nc o n t e n ti sa sf o l l o w s ： ( 1 ) 髓ed i a g n o s e so f e x i t i n gs h i pi n c l u d i n gt h es h i pt y p e 、p r i n c i p a ld i m e n s i o n s 、g e n e r a l a r r a n g m e n ta n dt h ep o r t 、t h eh a r b o r 、t h et e c h n o l o g yc o n d i t i o no ft h ee x i s t i n gs h i p ，t h er e l a t e d p o l i c ya n d r u l eo fl a wa n ds oo n ( 2 ) a n a l y s i st h et e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o n t i n e n t a li s l a n dp a s s e n g e r 限o - r o ) s h i p ，i na c c o r d a n c e 、加mt h es p e c i f i c c h a r a c t e r i s t i c so ft h ei s l a n dt r a n s p o r t , r e f l e c tt h e t r a n s p o r t a t i o no fp a s s e n g e r sa n dv e h i c l e st r a n s p o r t e ds o m eo ft h es p e c i a ls t r u c t u r eo ft h en e w t a r g e t s t h en e ws y s t e ms h i p sw i n ld e a dw e i g h tt o t h eg e n e r a lf u n c t i o no fi n c o m ef o rt h e c a l c u l a t i o ns y s t e mt ob ec o n v e r t e dt op a s s e n g e r ( v e h ic l e ) f o rt h ec a l c u l a t i o no ft h es y s t e m f u n c t i o n ，a n dt h en e ws y s t e mw i l lb ef u n d a m e n t a lt ot h et e c h n i c a la n de c o n o m i ce v a l u a t i o n f o rc o n t i n e n t a li s l a n dr o r op a s s e n g e rs h i p ，h a sb e e np r o v e nt ob er e a s o n a b l ei nt h ep a p e r ； 一i i 大连理工大学硕士学位论文 ( 3 ) t h i sp a p e ri n c l u d e se v a l u a t i o na n dc o m p a r i s o nf o re x i t i n gs h i pa n dt h es y s t e mo ft h e t e c h n i c a la n de c o n o m i ce v a l u a t i o no fc o n t i n e n t a li s l a n dp a s s e n g e r ( r o - r o ) n e ws h i p t h e s y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e da n dc a nh e l pe s t a b l i s has e to fr e a s o n a b l es h i pp r i n c i p a l d i m e n s i o n so nt h ec o n d i t i o no fp a s s e n g e r ( v e h i c l e ) c a p a c i t y , a n dal a r g en u m b e ro fp r o j e c t s c a nb ep r o d u c e db a s e do ni t , t h e nc a l c u l a t i o n sc a nb ef i g u r e do u tf o re v a l u a t i o na n d c o m p a r i s o nf o ra l lt h es c h e m e sc a nb eo b t a i n e d f i n a l l ys e n s i t i v i t ya n a l y s i so fc h i e ff a c t o r s h a sa l s ob e e ng i v e n k e yw o r d s c o n t i n e n t a li s l a n dp a s s e n g e r ( r o - r o ) s h i p ；m a t h e m a t i c sm o d e l i n g ；t e c h n i c a l a n de c o n o m i ce v a l u a t i o mf u z z y s y n t h e s i sj u d g m e n t i i i - 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定升，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 储虢犁l 新始。卑一 2 翌芷年埘! 日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 选题背景 近年来，随着辽宁省经济的快速发展，年客运量已经超过2 0 0 万人次，辽宁的陆岛 旅客运输量及运输船舶的数量也增长较快，客运量的大幅增加和安全运输的严格要求， 对现有陆岛客运船舶的运输功能和技术条件提出了巨大挑战。虽然“十五”期间辽宁省 逐步淘汰了一些木质客船和老旧小型客船，但是，现有陆岛船型标准化现状依然落后于 时代发展的需要，与快速增长的陆岛运输需求不相适应，在运输船型方面仍然存在着一 定的安全隐患，迫切需要认真研究辽宁陆岛旅客运输安全船型问题。 随着船型标准化研究与船舶技术研发的同步进行，伴随着河流整治以及水流、码头、 航道、气象环境等诸多因素的变化，同时，为了满足和适应岛屿经济发展和旅游的需要， 以及对陆岛旅客运输安全的考虑，为确保安全渡运，充分利用省内水运的运能资源、节 能降耗，减少对环境的污染，对陆岛运输的船舶进行技术、经济方面的比选优选，通过 技术经济论证推出安全、环保、经济、美观的标准化船型势是非常必要的。 本论文研究旨在通过对辽宁省陆岛旅客( 滚装) 运输现状的分析，分析现有陆岛旅 客运输船型存在的安全隐患问题，借鉴国内外陆岛旅客运输的成功发展经验及发展趋 势，运用技术经济分析及论证的方法，对现有船型进行比选，并提出系列适用于辽宁陆 岛旅客运输的安全经济的标准化船型，使辽宁陆岛运输形成船舶技术性能优化，运力结 构比较合理，运力水平明显改善的运输网络，以适应辽宁陆岛旅客运输发展的需要。 1 2 技术经济论证的理论意义 船型技术经济论证是一个多准则、多目标的交互式的决策过程，过去主要靠设计者 的经验来完成，船舶设计基本上是一种经验设计，使得最终的决策结果难免带有由于决 策者的主观臆断性而可能造成的系统误差。随着现代科学技术的发展，基于人工智能的 现代决策方法和理论得到了迅速的发展，并且已经应用于生产生活中的各个方面。在船 舶工程领域，采用系统科学的优化方法和智能决策理论等方面的研究已经陆续出现，并 且取得了令人瞩目的研究成果。船型论证是船舶总体设计的重要内容，它依据船舶使用 任务要求，从船型技术性能，经济性能，营运环境，公约和规范，技术政策等方面，对 设计方案进行论证分析，优选和试验研究，从可行方案中，依据评价指标和综合分析， 选择技术与经济性能最佳的船型方案，使船舶获得良好的营运经济效益。这是一个不断 需要决策者的主观参与，不断改进和反复迭代的过程，而最终结果通常是一个或多个满 辽宁省陆岛旅客( 滚装) 运输船技术经济论证 意解的集合而不是某个最优解。这就需要决策者能够充分考虑影响决策结果的各种主观 和客观因素，尽量减少由于决策者的主观模糊性而可能造成的系统误差，使得决策结果 更加科学和合理。从而为规划船舶发展，制定船舶设计技术任务书以及制定船舶技术政 策提供科学依据【l 】。 在现代船舶设计中，尤其是对于民用运输船舶而言，不仅要尽量使设计船满足使用 要求，具有良好的技术性能，还应该对船舶的经济性能给予充分的重视。随着计算机的 普及，许多科研部门、设计部门等提出了多种船舶技术经济论证的方法，并利用各种计 算机编程语言，开发计算机软件，证明开发船舶技术经济论证程序是必要的，也是非常 有意义的。 1 3 陆岛旅客( 滚装) 运输舟, 日r 1 舟r 日1 型论证的应用价值 根据陆岛客( 滚) 运输船设计的特点选择合理的科学论证方法，开发适合陆岛客( 滚) 运输船的电子计算机辅助技术经济论证系统。这一系统的提出及应用，将极大推动陆岛 客( 滚) 运输船论证科学方法的普及与提高，为航运企业提供快速论证的手段，以确保 决策的科学性与及时性；能够为积极筹划和参与我国陆岛旅客运输提供技术依据，并起 到一定的指导作用。其目的和意义在于： ( 1 ) 开展辽宁省旅客( 滚装) 运输船技术经济论证，是提高辽宁省陆岛运输安全性 的需要。 船舶的营运安全直接左右着船运公司的经济效益，更关系到船员、船舶、乘客、港 口的安全和人类赖以生存和发展的海洋环境的保护。开展辽宁省陆岛旅客运输安全船型 的比选工作，可以保障船舶的营运安全，提高航运公司的经济效益，同时增强对海洋环 境的保护。 ( 2 ) 开展辽宁省旅客( 滚装) 运输船技术经济论证，是追赶国际先进水平的需要。 在国外运输发达的国家，其船型标准化研究与船舶技术研发同步进行，伴随着河流 整治，内河运输船舶( 队) 也已标准化、系列化。同时国内也开始试行沿海、沿江船队 的标准化设计建造，开展辽宁省陆岛客( 滚) 运输安全船型的论证工作，可以缩小辽宁 省陆岛运输与发达国家的距离，推动船舶朝着大型化、系列化、标准化方向发展。 ( 3 ) 开展旅客( 滚装) 运输船技术经济论证，是推动水运技术进步的需要。 近些年来，船舶设计新技术，如变吃水设计、双机双桨船型以及造船新材料、新工 艺得以广泛应用，出现了适用性强、技术经济性好、安全性高的优秀船型，因此开展陆 岛现有船型比选工作可结合此类优秀船型，通过对现有船型的比选，使制定的优选船型 具有较好适用性、技术经济性、安全性和环保性，并适应陆岛现有的航道条件。 大连理工大学硕士学位论文 ( 4 ) 开展辽宁省旅客( 滚装) 运输船技术经济论证，是提高航道的通过能力和水运 企业运输效益的需要。 由于辽宁省内大部分港口自然状况较差，港口功能不完善，港点分散、航线分布密 集，给船舶正常航行带来诸多困难。航线又长短不一，客流分布不均，并且季节性运输 客流变化差别明显，给船舶的经营和安全管理带来了很多实际困难。通过辽宁省陆岛旅 客( 滚装) 运输安全船型技术经济论证工作，可优化现有的船型和运力结构，促进航道 通过能力的提高和水运企业运输效益的增长。为航运企业制定航运和船舶发展规划，研 制开发新船型提供依据和手段，以确保决策的正确性。 ( 5 ) 辽宁省陆岛旅客( 滚装) 运输船标准船型的设计开发，必须在借鉴和总结辽宁 省陆岛现有船型设计水平及使用状况、码头和航道的现状及远期规划的基础上，通过技 术、经济论证开发出一系列的适合于陆岛运输条件和使用要求的优秀船型。 开展辽宁省陆岛旅客( 滚装) 运输安全船型的论证工作，将陆岛船舶总量进行统计 和分类，从技术、经济、航道、政策、健康、安全、环保等各方面，通过综合分析在现 有船型的基础上提出优选船型，以此为标准船型的开发创造条件，也为国家主管部门制 定水运技术政策提供相关依据。 ( 6 ) 开展辽宁省旅客( 滚装) 运输船技术经济论证，可为陆岛标准船型的开发奠定 良好的基础。 1 4 国内外船舶技术经济论证概况 1 4 。1 国外船型论证概述 在船舶工程领域，国内外学者和专家做了大量的研究工作，研究出了适合于船型方 案论证的决策方法：国外学者如m u r p h y 等和n o w a c h i 等早在6 0 、7 0 年代就在船舶工 程领域引入了优化方法并且用于实船的造价估算，取得了满意的结果；在8 0 年代末9 0 年代初，b a r s 、s m i t h 和m i s t r e e 等首先提出决策支持概念( d e c i s i o ns u p p o r tp r o b l e m t e c h r i i q u e ，d s p t ) 并用于船型方案决策：h w a n g 、y o o n 和s a a t y 等将a f i p 方法( 层次分 析法) 应用于船舶初步设计阶段，认为船舶设计是一个多属性决策过程( m u l t i p l e a t t r i b u t e sd e c i s i o nm a k i n g ，m a d m ) ；w h i t c o m b 等认为船舶设计过程是一个涉及多因素 在内的复杂系统集成体，随着决策变量的增多，计算量和应用费用都会增加，并提供了 四种用于辅助决策的工具：加权法，分层加权法，a h p 方法和多属性效用函数分析法 ( m u l t i a t t r i b u t eu t i l i t ya n a l y s i s ，m u a ) ，最后用d d g 5 1 实例作为事例针对上述四种方 法分别进行验证并做了成本效益核算和总结；s e n p r a t y s h 等介绍了一种新的多目标决策 辽宁省陆岛旅客( 滚装) 运输船技术经济论证 方法( m u l t i p l eo b j e c t i v e sd e c i s i o nm a k i n g ，m o d m ) 用于船舶初步设计阶段，该程序由被 称作交互式步长平衡方法( i n t e r a c t i v es t e pt r a d e o f fm e t h o d s ，i s w m ) 和一些优化函数组 成，通过两两比较评价指标重要性程度来体现决策者的主观偏好，实践表明，将该方法 应用于船舶设计等复杂系统论证过程中具有很大的潜在发展空间；r a y t 等开发了套 用于船舶整体优化设计程序，认为船舶设计过程是一个多准则、有约束、多变量非线性 优化过程，该程序由一个全局优化工具( g l o b a lo p t i m i z a t i o nt 0 0 1 ) 、系统决策处理器 ( d e c i s i o ns y s t e mh a n d l e r ，d s h ) 和一些船舶主尺度要素数学模型预测程序组成；a z a r m s 等采用交互式方法来解决船舶设计过程中多目标决策问题，采用遗传算法中的p a r e t o 规则寻求多目标优化的最满意解并用于船队规划；g u e d e ss o a r e s c 等对船舶运输过程中 的风险进行量化，通过对几起海损事故的统计分析，得出一个用来评价船舶运输过程中 的风险评估模型并用于辅助国际规范和公约的制定；m a n s o u r a l a a e 等提出基于经济价 值分析法( e c o n o m i cv a l u ea n a l y s i s ，e v a ) 的可靠性理论，介绍了两种用于造价估算的 方法并用实例加以验证，最后寻求到一种兼顾船体造价与质量的平衡求解算、法 2 00 1 。 1 4 2 国内船型论证文献综述 我国从7 0 年代起就有许多科研设计单位、大专院校、船厂相继开发了一些计算机 辅助船型技术经济论证的单项程序。如1 9 7 6 年，上海船舶运输科学研究所与上海交通 大学合作开发了1 5 0 0 0t 标准经济船型论证与主尺度分析程序。由于计算机硬件设 备和图形支撑软件的限制，这些程序大多属于计算型，侧重于船型选择和主尺度分析， 缺少人机交互功能和图形功能。 “七五 期间，从1 9 8 6 年起，交通部科技司根据全国交通运输发展的需要和交通 部工作特点，向交通部上海船舶运输科学研究所下达了开发计算机辅助船型论证系统 ( 简称c a s e s 系统) 的研究和开发任务。c a s e s 系统集政府决策和航运企业技术政策与 船舶发展规划提供决策、支持规划等功能。这样功能比较齐全的船型技术经济论证系统 在国内外都是独树一帜，具有开创性。经过科技人员的五年奋战，系统开发成功，并获 得交通部重大科技进步二等奖。从1 9 9 1 年起在“七五公关成果的基础上，交通部又 下达了开发计算机辅助内河客船设计系统的任务，计算机辅助内河客船船型技术经济论 证是该系统的一个子系统。该子系统针对长江、珠江、黑龙江三大水系内河客船技术经 济论证的特点，在“七五 开发的计算机辅助船型技术经济论证系统的基础上充实了内 容，由于计算机设备性能的改善，技术资源的丰富，开发水平有了进一步提高。这两个 相互关联的计算机辅助船型技术经济论证系统的开发成功，提高了船型技术经济论证的 水平，扩大了应用领域，具有相当的实用价值和推广意义1 。 大连理工大学硕士学位论文 船舶设计方案的优劣是根据船型的技术性能、经济性能等多方面的指标综合衡量 的，因此单靠设计者的经验来主观判断很难保证决策的科学性。多年来船舶工作者陆续 开展了对船型选优决策的理论和方法的研究工作n 纠们，现综述如下： ( 1 ) 常规优化方法n 5 1 1 9 8 0 年，曾广武提出船舶中剖面设计优化方法。 1 9 8 0 ，1 9 8 2 ，1 9 8 4 年，纪卓尚等将单纯形法与坐标轮换法结合，形成了一种分层序 列混合整数规划法，用来求解多目标有约束带有混合型变量的船舶设计优化问题，并编 制了软件。 1 9 8 5 年，叶恒奎用s u m t 混合罚因子优化方法对船舶型线作水动力优化。 ( 2 ) 神经网络方法n 鲫1 1 9 9 8 年，刘寅东、唐焕文，探讨用b p 神经网络建立船型要素建模分析的理论和方 法，讨论了基于误差反传神经网络的船型要素建模分析方法及应用，结合算例对基于b p 网络的数学模型的表达方式、网络结构对模型预报精度的影响及模型中变量的重要度分 析方法等基本问题作了初步分析；1 9 9 8 年，吴建国等介绍了人工神经网络的基本原理和 特征，及在船舶工程领域的应用现状，并对其进一步发展做了展望；2 0 0 0 年，柳存根等 在探讨遗传算法( g a ) 机理的基础上，提出了新的优化设计方法一遗传进化算法( g e a ) ， 解决了g a 中品质计算模块的重复调用和子代品质波动的问题，提高了优化算法中寻求 全局最优解的效率。应用结果表明：g e a 是一种高效的全局优化算法，具有获得多个 次优解的能力，是船舶初步设计的一种有效的工程优化设计方法：2 0 0 2 年，桑松等介绍 了r b f 神经网络模型结构、特点及原理，并应用于船舶主尺度要素数学建模，与传统 数理统计回归分析方法和b p 神经网络模型相比，具有收敛速度快，精度高的优点。 ( 3 ) 层次分析( a h p ) 法乜心瑚1 由美国运筹学家s a a t y t l 于7 0 年代提出的层次分析法，可用于研究结构更为复杂 的多目标决策问题，它可以把定性问题定量化，使得评价结果更加趋于科学和合理。但 是由于该方法受到决策者的知识结构、个人偏好和评判水平等的限制，使判断矩阵难以 满足一致性。 许树柏等人于1 9 8 2 年底将其介绍到我国并得到广泛应用。在船舶设计领域，我国 的董一平、李劲松、陈宾康、夏丹、刘寅东、向溢等人采用p d - i p 法对船型方案进行多 准则决策分析；1 9 9 6 年，刘寅东等应用a h p 原理和“1 - 9 ”标度法，将定性分析与定量 分析相结合，提出了求解船型优选排序问题的方法，能反映决策者的偏好。方法的关键 是构造判断矩阵( q ，1。舒康等提出了“等距分级，等比赋值”的指数标度法，陈守煜 辽宁省陆岛旅客( 滚装) 运输船技术经济论证 提出了基于互补性标度法f 口，- i - g 。= 1 1 的模糊决策法，且所给出的判断矩阵容易满足一致 性条件。2 0 0 2 年，桑松等采用改进的a h p 方法进行船型方案的多目标优选决策。对传 统的a h p 方法进行改进时，采用构建三标度矩阵的方法，避免了采用九标度方法构建 判断矩阵时权重选择的模糊性，从而减少了决策过程中设计者的主观臆断性。2 0 0 4 年， 张维英，纪卓尚，林焰提出多目标多层次船型方案模糊优选法，通过提出模糊模式识别 理论模型与模糊关系优选理论模型，以低层次的输出作为高层次的输入，最后利用级别 向量的特征值进行排序，对船型方案进行优选。 ( 4 ) 模糊综合评判2 删 根据模糊综合评判原理，多方案优选排序问题归结于求解评判向量b = a r ，如何 恰当的确定评判矩阵r 和指标重要度向量彳中元素的满意度和重要度，是进行方案优选 和排序的关键，目前采用的统计评定法、专家评定法和计算评定法都避免不了主观随意 性，需要改进。 1 9 8 7 年，曾广武、郝刚基于模糊数学原理，探讨了船舶设计中模糊因素和模糊主管 信息的解析化问题，提出模糊综合评判方法，用于船型、工艺方案、船舶动力装置选优 评判等问题。1 9 8 9 年，俞铭华运用多目标优化方法的最大最小法、线性加权和法、理想 点法和功效系数法，求解了多目标结构模糊优化设计问题。1 9 9 1 年，刘应群等讨论了多 目标模糊优化问题的两种解法；1 9 9 4 年，林焰探讨了船舶主尺度的模糊多目标规划设计 的方法；1 9 9 5 年，汤筱笙采用模糊数学规划方法对船舶主尺度进行了技术经济分析。1 9 9 5 年，吴善勤等提出船舶方案的满意度重要度综合评判法和二元对比综合评判法的选优方 法。1 9 9 9 年，俞铭华等综述了模糊分析设计理论在船舶工程中的应用现状，包括模糊综 合评判、模糊可靠性分析、模糊优化设计、模糊模式识别等方面的研究进展，并对今后 的研究方向提出了建议。 该方法是在单因素评判的基础上，通过模糊运算，得到多因素的综合评判，其优点 是可对涉及模糊因素的系统进行综合评判，适用于评价因素多、结构层次复杂的对象。 其不足之处是隶属函数的确定还没有系统的方法，选用什么样的模糊运算来进行综合评 判还有待于进一步探讨。 ( 5 ) 模糊规划法乜7 伽 1 9 9 1 年，张克邦等提出了模糊规划问题的一种数值解法，并给出船舶结构设计应用 示例。1 9 9 2 年，吴建国等提出了一种基于统计分析的内河驳船主尺度要素模糊优化模型； 1 9 9 3 年，郝刚、俞明华、肖锦波等分别提出了船舶设计中将模糊因素和模糊主观信息解 析化的方法，并建立了多目标优化模型和解法，给出了船舶结构优化算例。 大连理工大学硕士学位论文 ( 6 ) 目标规划法3 糊】 1 9 9 2 年，胡运昌等针对船舶优化设计及运输系统分析，提出一种交互多目标约束规 划方法。1 9 9 4 年，林焰阐述了应用模糊多目标规划设计来优化确定船舶主尺度的方法， 提出了船舶设计中主尺度设计中的模糊性，确定主尺度的模糊多目标规划的数学模型并 转化为一系列非模糊规划求解。 ( 7 ) 正交分析法啪制 1 9 8 3 年，吴善勤提出了船型参数优选的正交分析法，1 9 9 3 年裘泳铭对该方法做了 一些改进。1 9 9 4 年薛茂、顾敏童和裘泳铭等根提出了多目标正交优化设计的模糊分析法， 解决了正交分析法存在的显著性检验水平问题，避免了大量的统计计算和方差分析，使 方法更加实用。2 0 0 2 年，桑松等提出了基于交互式多目标决策的船型技术经济评价决策 系统。同年，汪敏等论述了交互式逐步折衷法i s t m 的数学模型及计算步骤，并将此方 法应用于船型优化中，验证了方法的可行性和有效性。 ( 8 ) 数据包络分析( d e a ) 方法嘲 1 9 7 8 年，由美国c h a m e s 和c o o p e r 等人首先提出d e a 的方法和模型，用来评判多 输入和多输出的部门( 决策单元) 的相对有效性的数学工具。1 9 9 5 年，刘寅东等应用 d e a 的c 2 r ，c 2 g s 2 模型及确定前言生产原理，提出了有限方案多目标船型优选决策等 一类问题的解法，将船型决策问题定量化。 ( 9 ) 其他方法 1 9 9 1 年，邵启一，席龙飞提出了船型论证的效用函数法。 1 9 9 3 年，林焰等将模拟退火( s a ) 算法用于求解单目标船舶设计优化问题。 1 9 9 4 年，蔡薇，席龙飞提出分步筛选法。 1 9 9 5 年，吴善勤等提出了满意度重要度综合评判法和二元对比综合评判方法。 综上所述，现有的关于船舶设计决策方法的研究成果，使船舶设计决策向定量化， 科学化方向发展，其中某些方法的解决船舶设计中显示出良好的应用前景，但应该看到， 现有方法要有效地应用于船型论证实践中解决某些实际问题还不够成熟，在方法和理论 研究方面还需要进一步完善。 1 5 本文研究内容 运输船舶是一种建造复杂、投资较大、使用期长的水运工具。船舶在营运中，还涉 及到港口和航道，从而构成了船舶、港口和航道等有机组合的大系统，因此，不论是设 计建造新船还是规划一个大的运输系统，都应根据一定的运输任务和使用条件，在总结 辽宁省陆岛旅客( 滚装) 运输船技术经济论证 现有同类营运船舶系统经验的基础上，建立不同的船舶或运输系统方案。对于众多的方 案，在技术上保证先进，性能上安全可靠，生产上合理且科学的前提下，要寻求营运上 经济并合算的方案。这就要应用船舶工程经济学的原理和方法，确定他们的经济指标， 从而来比较选择经济性最好的方案，以提高船舶或运输系统的经济效益，从而更好的服 务于社会。 对于陆岛客( 滚) 运输船来说，由于国内沿海港口、航道、潮位等限界条件的影响， 适合国际航线运输的大型运输船舶的技术经济论证方法并不一定适合对国内运输船舶 技术经济论证，无论是技术指标计算模型的选取，还是营运经济参数的选取都会有很大 的变化。这就需要通过调研收集整理大量的船型资料和各种客观条件，选择一种适合于 陆岛客( 滚) 运输船型优选的技术经济论证方法。本文的目标是要编程实现对陆岛客( 滚) 运输船的技术经济论证，利用m i c r o s o f te x c e l 强大的数据数据处理功能，以及v i s u a l s t u d i o 为设计平台，实现陆岛客( 滚) 运输船船技术经济论证程序，以完成陆岛客( 滚) 运输船的技术经济论证任务。 其主要内容包括： ( 1 ) 掌握原始资料，展开对辽宁省陆岛客( 滚) 运输船的调查研究工作，通过对辽 宁省主要的港口码头、主航线上船舶配置以及主尺度分析，结合近几年重点航线的运量 分析和预测，分析当前辽宁省现有陆岛船舶市场的供求矛盾及存在的问题，根据占有的 资料和论证对象着重分析对船舶的限制条件、影响船型的主要因素及相关问题； ( 2 ) 船型技术经济论证方法的研究，对现有船型进行选优，选优的标准是一系列技 术指标、营运指标、经济指标组成的指标体系。鉴于这些指标的数量繁多、功能各异， 有的指向完全一致，有的却相互矛盾，这就需要根据船舶工程经济学选择合理的指 标，然后应用模糊综合评判方法，对现役船舶进行优选和排序，选出营运中的优秀船舶， 该部分通过e x c e l 计算实现； ( 3 ) 通过v b 编程实现对研发的标准船型的技术经济论证，得出技术先进，经济合 理的船型方案。该部分包括介绍程序的结构，程序流程，各模块所实现的功能，得出典 型航线最优船型方案，再对最优船型进行敏感性分析。 图1 1 显示了本文研究内容的框架： 大连理工大学硕士学位论文 辽宁省陆岛客( 滚) 船型技术经济论证 现有船技术经济论证 ! 塑型些垄! j r 匝囫 上 匝叠圃 图1 1 本文研究内容 f i g 1 1r e s e a r c hf r a m e w o r ko ft h et h e s i s 军一 几日一 一仉口一学匪 辽宁省陆岛旅客( 滚装) 运输船技术经济论证 2 辽宁省陆岛旅客( 滚装) 船调查研究 2 1 背景分析 运输船舶船型技术经济论证的主要任务是为规划船型、运输方式及运输系统的优 选、编制造船设计任务书和制定船舶技术政策提供依据。而背景分析是船型技术经济论 证的第一步。背景分析是对论证对象的技术营运经济等条件及相关问题做出分析，为确 立方案设立的范围、技术营运经济计算和评价方案的指标体系提供依据。因此，背景分 析是涉及面广的基础工作，其工作的好坏将直接影响船型技术经济论证的结论，应该引 起充分的重视。 背景分析工作大致分两个方面：一是进行调查研究掌握原始资料；二是根据占有的 资料，结合论证对象着重分析对船舶的限制条件、影响船型的主要因素及相关问题。即 在通过对论证对象的技术、营运、经济条件和船、港、航、旅客( 车辆) 的调查研究的 基础上，主要针对船舶限制条件、船型选择的主要因素及特殊要求做出分析，为船型技 术经济论证打下基础【l 】。 调查研究必须深入运输生产实际，弄清论证对象使用的目的和条件以及达到此目的 的途径，以便取得准确的原始资料，供论证中使用。调查研究的原始资料主要有以下几 个方面： ( 1 ) 航线需要调查了解航线的运距、主要停靠港口、航线的水文气象( 重点是风、 浪、雾) 条件、浅狭水道的限制条件； ( 2 ) 港口对码头现状，主要了解泊位数、泊位长度、前沿水深、码头标高、港口 水域、锚地和码头作业条件等码头对船舶的要求。 ( 3 ) 现役营运船舶调查了解现有营运船舶的设计特点、主尺度、结构形式、稳性、 适航性、重量重心、舱室布置、生活设施、主机类型和主要辅机的技术性能，以及船舶 营运中的营运、经济性能； ( 4 ) 主机及设备配套调查了解主机、发电机组、主要甲板机械和设备的类型和系 列，主要技术性能参数，动力装置的技术经济性能等； ( 5 ) 运量包括旅客( 车辆) 流向、流量现状和发展前景； ( 6 ) 国民经济发展和执行情况； ( 7 ) 国际法规及有关规定； ( 8 ) 技术政策了解国家有关的技术政策，如能源政策、燃料政策、动力政策、船 型政策等。 大连理工大学硕士学位论文 此外，在调查了解国内情况的同时，还应了解国外的有关情况： ( 1 ) 了解国际航运市场和造船市场的现状和发展趋势； ( 2 ) 了解国外同类型船舶建造水平和发展动向，及其主要技术性能( 包括主尺度、结 构形式、稳性、适航性、主机、主要设备、航速等) ； ( 3 ) 了解运输组织方式、航线安排、各种运输方式的相互依存关系，以及有关营运 性能指标和典型航线典型船型的分析资料； ( 4 ) 了解各类船舶的经济效益( 包括船舶造价、成本构成、项目及计算方法，以及主 要评价指标等) 有关资料。 综上所述，船型论证的调查研究涉及到国民经济的发展，交通运输各个环节和各种 运输方法，以及港、航、船、人等各个方面，内容繁多涉及面广。下面将重点介绍辽宁 省陆岛旅客( 滚装) 运输船技术经济论证调查研究的几个主要方面。 2 2 港口及航线调查研究 2 2 1 港口条件 对辽宁省内2 2 个陆岛港口情况进行了统计整理。数据主要来源是大连市、丹东市、 葫芦岛市水运处提供的陆岛资料以及互联网上查找的部分资料。 按照区域划分，所调研的港口分别是大连市、丹东市和葫芦岛市。港口分别是大连 的金石滩港、石城岛、庄河、大长山金蟾港、广鹿岛多落母港、大长山哈仙岛港、大长 山塞里港、小长山西沟港、瓜皮港、格仙港、皮口港、獐子岛、海洋岛、王家岛港、小 长山乌蟒岛港、大长山鸳鸯港，大连岛屿码头年通过能力4 9 1 万吨和3 1 5 万人，陆岛码 头连接公路长1 3 6 5 k i n 。丹东共有4 个码头，分别是孤山、大鹿岛、北井子大闸港、小 鹿岛( 獐岛) 。葫芦岛的水域情况优良，天然水深可达1 0 m ，现有两个5 0 0 t 级客滚码 头，即兴城码头和菊花岛。 以下对港口现状进行简要分析： ( 1 ) 大连地区各港口前沿水深及停靠能力汇总( 原始数据见附录a ) 辽宁省陆岛旅客( 滚装) 运输船技术经济论证 图2 1 大连地区按前沿水深各港口分布图 f i g 2 1 p o r td i s t r i b u t i n gc h a r to fd i f f e r e n t p o r td r a f ti nd a l l i a n 图2 2 大连地区按停靠能力各港口分布图 f i g 2 2 p o r td i s t r i b u t i n gc h a r to fd i f f e r e n t p o r td e a d w e i g h ti nd a l i a n 由图2 1 和图2 2 ，港口按停靠的吨级分类g 5 0 0 t 级以下的港口1 0 个，分别是金石滩港、石城岛、庄河、大长山金蟾港、广鹿 岛多落母港、大长山哈仙岛港、大长山