基于经济技术环境的海洋工程船综合性能评估

许海东 陈 璐 何 娟 蔡 薇

随着燃油价格的不断上涨，使得船舶的经济成本不断提高，减少燃油排放量并节约经济成本，成为船东共同的追求目标。据调查，世界原油价格的居高不下导致船舶燃油的价格也持续高涨，与此同时还面临着船舶运价下跌、船价下降而营运成本不断增长的局面［1］，相关企业都在积极寻找解决危机的方法。

一般运输船舶常用的经济性指标有必要运费率、净现值指数、动态回收期、吨海里耗油量等，常用技术性指标包括快速性、耐波性、操纵性等。海洋工程船的评价指标与一般运输船的评价指标有所区别，特别是经济性指标区别甚大。本文结合海洋工程船的特点，提出经济、技术、环境性指标及各项指标计算方法。

1 技术性评估

（1）具有拖带功能的船，拖带能力是船舶服务重要功能之一，拖带力越大，其拖带能力越强。根据我国国家标准《港作及海洋拖船稳定系柱拖力分级指标》（GB11585－89），对三用工作船的稳定系柱拖力RFPO的分级指标有明确的要求［2］，见表1。

式中：RFPO为主机推进功率稳定系柱拖力，N／k W；FPO为系柱拖力，N；MCR为主机最大持续输出功率，k W。

表1 三用拖船稳定系柱拖力分级指标

（2）供应能力是评价海洋工程船经济性的主要指标之一，包括供应种类的多少和供应量的大小，种类越多供应量越大则供应能力越好。供应量的大小通常以载重量系数DW／△来评判，△为设计吃水时的排水量，t；DW 为设计吃水时的载重量，t。根据《港作及海洋拖船性能质量分级指标》（GB11585－89）对三用拖船的载重量系数进行了分类，见表2。

表2 三用拖船载重量系数分级指标

（3）具有多种工作状态是目前海洋工程船的发展趋势，将多种功能进行集成，一船多用可提高船舶的利用率。本文将工作状态的多样性系数定义为具有的功能数量与9种功能（数量）的比值，据此来判断船工作状态的多样性，值越大表明功能越多。

（4）船舶在海上工作时，要求操纵性好，能够快速地转换工作状态，在恶劣海况下具有良好的适航性。船舶的操纵性能主要表现在2个方面［3］：①航向稳定性，即船舶处于正舵时，保持其在指定航线上进行直线航行的能力；②船舶回转性，即船舶用某一指定舵角时，由直线航行进入曲线轨迹航行的能力。这里通过经验公式估算结果。

井上正祐［4］利用水动力系数给出了公式

当Δc＞0时视为航向稳定，否则为不稳定。

在船舶初步设计阶段，船舶回转性可用某些经验公式或图谱来估算回转圈的各特征量：战术直径DT、稳定回转直径D＝2R，纵距DA，横距Tr，最大纵距DAm，最大横距Drm等。本文采用赫夫加特（Hovgaard）－桑海－宝田公式，计算结果越小，表明船舶的回转半径越小则回转性能越好，公式如下

式中：DT0为无龙骨纵倾，且为1.0时的战术直径，m；Cn为乔赛尔（Joessel）舵法向力系数；δ 为舵角（°）；K3为无龙骨纵倾，速长比为1.0时的系数，见图1。

图1 估算回转直径的系数K 3

图1 中各曲线分别表示当B／T（型宽／吃水）为2，3，4，5，6时，K3与△／ALL的关系。

（5）I MO于1994年颁布的《DP－Classification Guidelines.6 June 1994.》（编号为 MSC／Circ.645）是目前国际比较权威的DP系统和船舶设计和建造所依据的规范，这个规范的目的是对设计要求、必须配备的设备、操作要求和试验程序和文件要求做出建议，以减少动力定位作业中对人员、船舶、水下作业和海洋工程施工的风险［5］。

海洋工程船上一般设有动力定位系统，动力定位的级别按照I MO的要求进行评级，级别越高越好。

2 经济性评估

吨海里耗油量RFD（g／（t·n mile）），表示了载重量、航速、主机耗油率三者之间的关系，其值越小表明设计状态时船舶的载重量大、航速高但主机耗油率小。

式中：F c为日燃油耗量，t／d；DW 为设计吃水下的载重量，t；Vs为设计航速，kn。

3 环境性评估

能效设计指数EEDI是对船舶效能衡量的指标之一，表征船舶在设计时每单位运输船舶所创造的社会效益（货运量）而产生的环境成本（CO2排放量）。为了指导海洋工程船的设计及节能减排，在参考了I MO的运输船舶EEDI计算公式，同时参考了对渔船EEDI公式研究［6］的基础上，提出海洋工程船EEDI的计算方法作为探讨。

海洋工程船的EEDI也是表征在其设计时的每单位运输所创造的社会效益产生的环境成本。参考I MO指南中近海供应船采用载重吨计量社会效益，海洋工程船在巡航和急救时也以载重吨计量、在拖带时以载重吨和拖带力计量，环境成本同样以CO2的排放量计量。因此在巡航和急救状态时，海洋工程船的EEDI计算可以按照常规运输船舶的计算方法，参考I MO的EEDI公式和刘飞等［6］提出的渔船公式，对海洋工程船拖带航行的计算方法进行讨论，计算公式如下：

式中：PME为拖带时的主机功率，k W，拖带航行时主机功率取100%额定功率，拖航速度一般为7～8 kn；PAE为辅机功率，k W，海洋工程船上有多种作业设备如燃油输送泵、淡水泵、消防泵、拖带设备、系泊设备等，需要足够的辅机功率，此处取PAE＝25%PME；Vref为拖航速度，kn；fk为拖力修正系数，在拖带力与载重吨共同作用时，为协调两者的影响力而增加的修正系数，与垂线间长相关，垂线间长为10 m时fk取10，垂线间长为100 m时取100，其他垂线间长的修正系数值由插值法取得。其他参数的取值与I MO的公式相同。

4 综合评估的结果

评估某海洋工程船设计时的经济性、技术性和EEDI，对得到的结果汇总分析。该船的主要参数和计算结果见表3和表4。

表3 船舶主要参数

表4 技术性评估结果

由表4可见，该船的拖力级别为二级；载重量系数较小，低于三级，装载的燃油较多；工作的多样性很高，达到8／9，最大航速可达17.5 kn，属于高速度船；期望航速百分比达到97.6%，耐波性良好；航向稳定系数大于0，航向稳定性较好，而战术直径为339较小，表明其回转性良好，综合两者可知该船操纵性良好；动力定位级别达到I MO二级标准，较高；消防能力为一级，属于最低级别。

根据本文提出的计算模型，该海洋工程船的经济性和技术性评估结果见表5，表6。

表5 经济性评估结果

表6 EEDI计算结果

由表5和表6可知，该船的吨海里耗油量表明了船舶完成1 t·n mile的工作需要消耗42.73 g燃油。由于海洋工程船没有给出EEDI的基线值，这里没有可比较的标准，计算结果仅作参考。

5 总结

本文根据海洋工程船的特点，提出了经济技术评估指标，并对海洋工程船的EEDI计算公式进行了探讨。通过对某海洋工程船的评估计算，可以发现该评估体系可以在很大程度上反映海洋工作船的经济技术性，说明该评估体系具有实际意义，对相关评估体系的研究具有参考价值。

［1］ POLO G.On maritime transport costs，evolution，and forecast［J］.Ship Science ＆ Technology，2011，5（10）：19－31.

［2］ 管凤武.全新的10 000 HP多用途拖轮［J］.船舶，2002（5）：18－21.

［3］ 盛振邦，刘应中.船舶原理：下册［M］.上海：上海交通大学出版社，2004.

［4］ 陈可越.船舶设计实用手册：总体分册［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［5］ 耿 焘.I MO动力定位系统规范介绍［J］.中国造船，2008，49（2）：624－627.

［6］ 刘 飞，林 焰，李 纳，等.拖网渔船能效设计指数 （EEDI）研究［J］.渔业现代化，2012（1）：64－67.