內(nèi)河船舶噸位丈量計算公式方法的討論

周社寧，褚衛(wèi)明

(江蘇省船舶檢驗局，江蘇 南京 210004)

0 引言

《內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》(2011)(簡稱“法規(guī)”)已于2011年9月1日開始實施，其中第3篇“噸位丈量”中對新造及有資料船舶計算量噸甲板下圍蔽處所容積V1做了較大的調(diào)整:將公式法改為容積計算方法。這一調(diào)整牽涉設(shè)計、審圖、檢驗和海事管理等諸多方面，特別對一些已按公式法習(xí)慣性做法或?qū)Υ擞屑榷ü芾硪?guī)定(或軟件)的單位的船舶噸位計算工作影響較大，引起了不少爭議和討論。本文對公式法的由來及原理進(jìn)行了介紹，分析了公式法存在的缺陷，從而得出用容積法代替公式法是必然趨勢。

1 公式法的由來及原理

1.1 公式法的由來

1959年我國參考英國、前蘇聯(lián)等國噸位丈量規(guī)則，以辛氏法作為基本點的“摩遜法”為基礎(chǔ)，制定了建國后的第1個《船舶噸位丈量規(guī)范》，適用于海船兼作河船參考，其內(nèi)容比較簡單。1978年我國制定了第2個《船舶噸位丈量規(guī)范(國內(nèi)航行船舶部分)》(試行本)，主要規(guī)定了包括辛氏法在內(nèi)的3種容積丈量計算方法，其內(nèi)容與1959年規(guī)范基本相同，只是要求更加詳細(xì)，增加了插圖和對船體凸出體的丈量方法，其適用范圍是海船河船通用。1986年我國發(fā)布了第一個明確為內(nèi)河船適用的《內(nèi)河船舶噸位丈量規(guī)范》，直至1999年、2004年、2011年的法規(guī)都將內(nèi)河船舶噸位丈量與海船分開，單獨實施其計算方法。由于船舶噸位丈量歷來都有多種計算方法，比較繁瑣，根據(jù)當(dāng)時我國內(nèi)河船舶船型小、船型簡單、船舶噸位的社會作用不顯著、不敏感的特點以及計算機(jī)技術(shù)的落后，為簡化計算的工作量和避免結(jié)果的不一致，1986年的內(nèi)河丈量規(guī)范統(tǒng)一采用了公式法的計算方法。該法相對于繁雜的手工計算而言比較簡單，結(jié)果相對準(zhǔn)確，而且通常情況下對新造及現(xiàn)有資料船舶計算量噸甲板下圍蔽處所容積V1只允許使用此法。1986年至2011年一直沿用的公式法如下:

式中:d為設(shè)計滿載吃水;CB為設(shè)計滿載吃水時的方形系數(shù);CWP為設(shè)計滿載吃水時的水線面系數(shù);LS為設(shè)計滿載吃水時的水線長;B為型寬;D為型深;D′為修正型深，D′=D+h/2+(hS+hW)/6，其中:h為梁拱高;hS為船首舷弧高度;hW為船尾舷弧高度。

1.2 公式法的原理

1986年以前噸位丈量計算均采用排水體積式的容積曲線或邦氏曲線或辛氏法等方法求得V1的數(shù)值，而公式法則是采用了若干個相關(guān)船舶參數(shù)，通過這些參數(shù)的推算來求得V1的數(shù)值。公式法主要是使用CB值在靜水力曲線的外插及近似判斷和一定量船舶的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析的方法:公式中的D'取值為修正型深，這與排水體積的曲線計算方法無異;根據(jù)船舶參數(shù)的定義，公式中的V1也就是在D'下的型容積，(CB+(D－d)(CWP－CB)/d)就是在D'下的方型系數(shù)CB'，而(D－d)(CWP－ CB)/d就是對CB外插的修正值。

推導(dǎo)該公式的過程中，根據(jù)內(nèi)河船舶特點，作了如下3個假設(shè):

(1)設(shè)計水線以上水線寬保持不變，是個常數(shù)。

(2)水線面系數(shù)與吃水為線性關(guān)系，且在設(shè)計吃水一半時，水線面系數(shù)等于體積平均系數(shù)即方形系數(shù)。

(3)干舷不是特別高(1 m以內(nèi))。

公式中型深D'的修正計算含了梁拱和舷弧的影響，分別介紹如下:

(1)梁拱的影響

梁拱對主船體容積的影響，可以考慮為型深在原來基礎(chǔ)上的一個增加，如將梁拱線看成一直線，即原型深以上是三角形。根據(jù)等面積原理，與該三角形面積相等的矩形高應(yīng)為梁拱高度的一半，即相當(dāng)型深為:D′=D+h/2，此為2004法規(guī)中梁拱等效。如將梁拱線看成是一個弓形，根據(jù)等面積原理，與該三角形面積相等的矩形高應(yīng)為梁拱高度的2/3，即相當(dāng)型深為:D′=D+2h/3，此即為2011法規(guī)中梁拱等效。

(2)舷弧的影響

舷弧對主船體容積的影響與梁拱類似，但假定舷弧線看成是一拋物線，首舷弧的面積在前半體的等效高度為hS/3，綜合到全船范圍即hS/6，尾舷弧類似，相當(dāng)型深為:D′=D+hS/6+hW/6

綜合梁拱、舷弧的影響為:

2 公式法的缺陷

(1)從上述推導(dǎo)公式看到，公式法是利用了CB與CWP隨吃水變化規(guī)律相似的特性，設(shè)置了一些假定，如設(shè)計水線以上水線寬保持不變或水線面系數(shù)與吃水為線性關(guān)系等，但實際上對絕大多數(shù)船舶而言這是不可能的。公式是在匯總了當(dāng)時內(nèi)河主流船型的基礎(chǔ)上統(tǒng)計得出的，忽略了它們的差異，因此不能以這些假設(shè)為前提的公式來涵蓋所有內(nèi)河船舶。另外，為達(dá)到使假設(shè)或相似關(guān)系的成立及公式的簡化，在式中既有D的采用又有D′的引用，還有與這D與D′均無關(guān)的LS的引用，顯得比較混亂。這種D與D′位置差異及與LS的混用，對修正值CB′的準(zhǔn)確確定無疑也是有影響的。

(2)從公式法中看出，CB的修正值(D－d)·(CWP－CB)/d中(D－d)/d愈大，則修正愈大，D的位置在d的外插位置，從數(shù)學(xué)上知道曲線斜率不等的情況下，外插點越遠(yuǎn)外插的結(jié)果誤差越大。(D－d)/d表示的是干舷與吃水的比值，因此相對講船舶吃水愈淺，(D－d)/d就越大，外插誤差就越大，這就說公式法對淺吃水船噸位丈量計算產(chǎn)生的誤差大。而淺吃水船是內(nèi)河中的典型船型，在內(nèi)河船舶數(shù)量中占有相當(dāng)?shù)谋壤沟霉椒ㄔ跍\吃水船中使用有很大的局限。

(3)從公式法中看出，(CWP－CB)值愈大，則修正值也愈大。對某一船來講由于船舶三維外型特性，(CWP－CB)值愈大或隨著吃水增加呈增長趨勢，則船舶外飄(包括側(cè)飄和前后飄)愈大，對這類船的噸位丈量計算產(chǎn)生的誤差一定也愈大。內(nèi)河的客船、甲板貨船和一些其他船舶為追求較大的甲板面積，都存在著不同程度的外飄，有的還相當(dāng)大，因此這類船使用公式法也有很大的局限。

(4)從公式法中看出，當(dāng)時為使用簡便，對船舶附體和突出物的容積沒有考慮。隨著內(nèi)河船型的大型化和復(fù)雜化，船舶帶有附體和突出物的現(xiàn)象愈來愈多，也使得公式法在使用中造成結(jié)果誤差增大。

在船舶噸位越來越受到社會關(guān)注的情況下，公式法的上述缺陷在使用過程中，對有些船的影響是單一的，對有些船是交織的，有些還是比較嚴(yán)重并且難以通過其他方法糾正或解決的缺陷。由于這些缺陷的綜合影響及不確定的作用，決定了其帶來的弊端還是較嚴(yán)重的。

如某1200客位渡船主要量度為:

用公式法得到的V1=1009.6 m3;而用容積曲線方法得到的 V1=1107.5 m3，兩者相差 97.9 m3，換算成總噸，相差29。

某70 m散貨船主要量度為:

用公式法得到的V1=4938 m3;而用容積曲線方法得到的V1=4810 m3，兩者相差128 m3，換算成總噸，相差38。

3 公式法沿用與否的分析

從上述情況得知，1985年至2011年間內(nèi)河船舶噸位丈量規(guī)范中對新造及現(xiàn)有資料船舶計算量噸甲板下圍蔽處所容積V1僅允許使用公式法顯然已不適宜，尤其在計算機(jī)和船舶軟件不斷發(fā)展的今天。通過計算機(jī)采用容積曲線方式進(jìn)行噸位計算丈量，使得公式法已沒有任何優(yōu)勢可言，特別是準(zhǔn)確性方面更不如計算機(jī)計算結(jié)果精確。據(jù)不完全統(tǒng)計，采用公式法比容積曲線方法計算得到的V1結(jié)果平均誤差約在5%以內(nèi)，折算成總噸的誤差在1% ～3%以內(nèi)，因此不少人對公式法沿用與否產(chǎn)生了不同意見，包括新法規(guī)評審時也有爭議。其主要觀點為:

(1)有人提出既然公式法已沿用了20多年，經(jīng)其丈量的船舶噸位也已經(jīng)既成事實，況且噸位丈量僅是人為的約定行為，作為唯一的公式對同一種船型來講結(jié)果是公平的也是唯一的。

作者認(rèn)為既然已經(jīng)證明公式法存在缺陷，且這些缺陷不僅對船舶的共有屬性和總的公平帶來了影響，還對如設(shè)備配置、船員配備等產(chǎn)生延伸影響，特別是對一些臨界噸位的船舶的影響。問題越積越多，情況愈加復(fù)雜。與其長痛不如短痛，況且法規(guī)對現(xiàn)有船舶的噸位不做強(qiáng)制追溯;同時國際上通行的噸位丈量公約或規(guī)則的計算以及我國海船噸位丈量計算都是采用容積曲線或辛氏法，內(nèi)河船舶在這方面沒必要作特殊的對待。

(2)有人提出公式法和容積曲線法能否共存，作為過渡期同時允許使用。

從上述的2個例子可以證明，2種方法假如同時使用，由于計算結(jié)果的差異，如果船東、設(shè)計單位或管理部門各取所需，將會給船舶噸位丈量工作帶來混亂，甚至成為社會問題。新法規(guī)在合理考慮過渡問題時已經(jīng)注意到這個方面，即對無資料的現(xiàn)有船舶其主體部分和附加部分仍然允許采用公式法。由于目前這種無資料的現(xiàn)有船舶現(xiàn)象已很少，新法規(guī)這樣的方式既考慮到了以往的現(xiàn)實與過渡，也不會對今后新造船產(chǎn)生沖擊，是一種較宜的處理方法。

4 結(jié)語

用容積曲線方法或辛氏法代替公式法的趨勢是不言而喻的，《內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》(2011)的這一調(diào)整是必要的，調(diào)整利大于弊，對此應(yīng)該有一個明確的認(rèn)識:公式法不能再應(yīng)用于新造及現(xiàn)有資料船舶計算量噸甲板下圍蔽處所容積V1。至于對新內(nèi)河法規(guī)中有關(guān)哪些項目是否應(yīng)該計入噸位丈量的爭論，從而會引起我國內(nèi)河船與海船、尤其與國際上的一些通常計入項目和其計算結(jié)果的偏差的問題，隨著時間的推移，大家也會有一個共識的。