新一代半潜船装载仪的开发

1、新一代半潜船装载仪的开发中远航运股份公司 谢伟明 付绍洪1 引言1.1 新一代半潜船的诞生背景由于全球经济的持续发展，能源的消耗也将保持较快速度的增长。美国能源部最近发表的一篇报告指出，世界能源消费量将在1999年至2020年之间增长59%，发展中国家预料将占全世界能源需求成长的一半以上。随着岸上石油的逐渐枯竭，深海油田的发现，使得深海油田的开发不断增长。目前深海油田主要分布在美湾、西非、巴西和澳大利亚，而平台等开采设备的生产，多数选择在南韩和新加坡，考虑到大型设备的海上运输安全要求，新一代的半潜船便应运而生并成为理想的运输工具。1.2传统的配载仪软件未能符合应用要求（举例ENSCO的例子）新

2、一代半潜船的装货原理跟浮船坞类似，利用浮力把大型浮式平台托起来。浮船坞由于主甲板两边有高大的坞墙，而且货物（通常为船舶）的重心相对不高，在下潜和上浮的过程中能提供足够的水线面积及稳性。因此对于此类作业只需按固定的排压载程序操纵即可。而对于新一代半潜船，为了装运各种不同货物如超高、超宽的大型货物的需要，同时为了保证主甲板淹没后船舶艉部浮力的需要，新型半潜船采用了在尾部安装可移式浮箱来代替坞墙。因此，当主甲板浸没在水下时，船舶自身的水线面积很小，再加上重心相对很高的货物，如果光靠船舶自身的浮力是不足已托起货物的，因此我们在设计排压载计划时必须把货物所提供的浮力贡献计算在内。尽管如此，在下潜、上浮的

3、过程中还是会在某些阶段出现GM值特别小，而需要现场调整排压载计划。因此对此过程实行实时监控显得尤为重要。2.主要功能介绍根据新一代半潜船的特点及需求在基于VB平台上开发了E-LOAD这款新一代配载仪。本软件主要由三大模块组成。现在以中远航运股份有限公司“康盛口”轮为例。该轮载重量为17860吨，空船KM值为24 .49 m，GM值15 .56 m，对于装运普通货物根本不会存在稳性不足的问题，但一般自重700010000吨的海上石油平台自身的重心高度均在15米以上，有的甚至高达20多米。如果在计算下潜/上浮时的稳性不考虑平台所提供的水线面面积贡献的话，GM值将出现负值，静稳性曲线面积严重不足的情

4、况。因此传统的配载仪就无法给出船舶实际的稳性了，显然是不适合半潜船使用的。另外大型海上设备通常形状各异。因此建立货物建模功能是必要的，以便于在计算稳性时将货物的水线面面积考虑在内。而传统配载仪只针对船舶本身形状进行建模计算。E-LOAD软件利用XXX结构建模技术构建了货物建模模块。本模块针对海上工程货物的特点开发了两种建模模式。第一种为截面法，通过有限点来构造出不同的剖面，然后通过拟合剖面来进行建模。它主要针对不规则形状特别是表面为曲面的货物（如工程船舶类）。此类方法可通过增减剖面的数量来控制精度。第二种为叠加法，通过有限个规则形状的实体（如长方体，椭圆体，柱体等）加减法来构造货物模型。此类方

5、法对于形状简单的货物（如方行驳船）建模显得特别方便快捷。为了使建模更方便，本软件还设置了一系列的编辑功能（如移动、剪切、复制、二维和三维视图等）。其建模方法与AUTOCAD相似，但占用计算机系统资源却小得多，只是做为E-LOAD配载仪的一个插件直接在其中调用即可。为了能适应装载不同的超重件货物，新一代半潜船用七十五个液舱其中压载舱就多达四十五个。此外在计算船舶稳性时往往会遇到接近极限值的情况（如GM在0间），如果船舶模型不精确的话，将会造成本该能装的货不能装，而不能装的货却误认为可以装上船。为此我们屏弃了传统配载仪利用船厂提供的静稳性曲线表和液舱表进行计算船舶浮态和稳性。而是采用国际上流行的计

6、算船舶浮态和稳性的方法。在计算船舶浮态时，采用求解船舶浮态平衡方程的方法，即 （1）其中： 分别为横倾角与纵倾角， 为排水体积与船舶重量，为水的密度 采用迭代方法求解出满足平衡方程的平均吃水、横倾角与纵倾角，随之亦可以计算出船舶静水力参数。计算船舶静稳性曲线采用的方法为，在不同的横倾角下，求解下面方程 （2） 采用迭代方法求解出满足平衡方程的平均吃水与纵倾角，再计算出倾斜水线面下的浮心位置等，进一步可以计算出静稳性曲线。 图2 图5本装载仪不仅可以计算总纵强度，还可以计算变形另外由于每次配载都需要算几十个状态，计算速度的快慢将直接影响到工作效率的高低。因此E-LOAD对其整个计算模型进行了全面

7、的数值计算优化，使其运算速度与常规船用配载仪相似。除此以外，为了便于船员及设计人员的操作，E-LOAD还采用了大量的图形界面。尽管设计人员利用第二部分模块设计好排压载计划，但由于货物的实际参数往往与申报的参数有误差，而且如前所述，新造半潜船在装卸货过程中会经常出现稳性较小的情况。因此在实际操作中，往往需要根据实际情况进行调整排压载计划。为此E-LOAD增加了实时跟踪计算模块。本模块的原理是从船舶的综合控制系统里每八秒钟自动读取液舱传感器里的数据及船首部、中部和尾部传感器的吃水数据。然后根据第二模块的基本数据算出整船的浮态以及稳性数据。为了能让船长、大副及时准确地掌握船舶浮态及稳性状况并作出相应的应对措施。我们发现液舱传感器的误差是造成实时计算的误差源。为此E-LOAD采取了四套计算模式进行比对。第一种是根据七十多个液舱传感器的数据进行计算。第二种是根据船舶吃水传感器的数据进行计算。第三种是针对各别传感器数据误差较大而采取人工修正数据