64 000 DWT散货船EEDI实船验证方法分析

沈春华 赖祥华 张 弘

（1.扬帆集团股份有限公司设计院，浙江舟山316100；2.上海船舶研究设计院，上海201203）

64 000 DWT散货船EEDI实船验证方法分析

沈春华1赖祥华1张 弘2

（1.扬帆集团股份有限公司设计院，浙江舟山316100；2.上海船舶研究设计院，上海201203）

船舶的EEDI指数是体现船舶能效性能优劣的主要依据。根据IMO的规范要求，建造完毕的船舶需要进行试航试验，以便得到基于实船表现的EEDI指数。结合船厂的实际操作经验，从试航前的准备，包括测试日程和海况确认、测试设备检查，以及测试过程中包括数据记录、测试过程控制等多方面来介绍EEDI实船验证测试中需要注意的问题，并介绍了几种有效的数据记录表格，对读吃水、海况、测试管控等方面做进一步的说明。

散货船；能效指数；航速测试；过程管控

Abstract:Energy Efficiency Design Index （EEDI） embodies efficiency performance of a ship.In accordance with the requirements from IMO，each ship shall conduct speed test to obtain EEDI after its construction.Practical experience from yard was presented like preparation before sea trial，including test schedule，sea condition confirmation and test equipment check and work during seal trail，including data record and process control.Several effective data record tables were introduced to give a further illustration of such aspects as draft reading，sea condition and process control.

Keywords:bulk carrier；EEDI；speed trial；process control

0 前言

在全球气候变暖的大环境下，如何减少温室气体的排放已成为各行业需要重点关注的问题。对于船舶行业来说，如何减少船舶的废气排放量，提高船舶的能效指数（EEDI）也是目前船舶设计阶段需要着重考虑的。船舶的试航试验是船舶建造完工后的重要试验，是验证船舶性能的重要手段［1］，如何准确、高效率地组织试验是船厂需要重点关注的问题［2］。 在试航的过程中有很多的试验需要进行［3］，其中最重要的一项就是测速试验，通过测量实船的航速，船厂可以得到基于船舶实际表现的EEDI指数。

1 EEDI指数设计

能效设计指数（EEDI）英文全称是Energy Efficiency Design Index。它是表示船舶CO2排放水平的一个衡量参数，反映了船舶在航行时，单位载货量在单位时间航行里程中所排放的CO2数量。EEDI适用于400总吨及以上的国际航行新造船，其新造船定义为2013年1月1日及以后签订建造合同；或无建造合同，2013年7月1日或以后安放龙骨或处于类似建造的阶段；或2015年7月1日及以后交船的船舶。本文根据一型64 000 DWT散货船在EEDI的测速试验时，对试验过程进行优化研究。目前计算EEDI普遍是根据IMO推荐的公式如式（1）所示：

式中：PME——主机功率，kW；

CFME——主机燃油碳转化系数；

SFCME——主机单位油耗，g/kW·h；

PAE——辅机功率，kW；

CFAE——辅机燃油碳转化系数；

SFCAE——辅机单位油耗，g/kW·h；

PPTI——PTI输入功率，kW

PAEeff——辅机节能装置输出功率，kW；

Peff——节能装置输出功率，kW；

fj——补偿船舶特殊设计修正系数；

feff——创新性能效系数；

fw——海况修正系数；

fc——舱容修正系数；

fi——载运能力的修正系数；

Capacity——载运能力，t；

vref——航速，kn

由式（1）可以看出，EEDI指数与航速、载运能力等数据成反比，与主、辅机功率，碳转化系数及主辅机油耗成正比。除航速外，其他数据均可根据船舶设计资料或厂家资料获得。因此，EEDI航速测试结果直接关系到最终EEDI指数的高低，需要特别重视。

2 EEDI航速测试

EEDI航速在设计阶段可根据EEDI船模报告选取。实船试验条件为船舶在压载吃水，主机功率为75%MCR，无风无浪，在开阔、深水水域所测的船舶航速，试验得到的结果为压载吃水下的航速结果。根据船模试验给出的船舶在各项吃水下的航速进行换算，得到实船在设计吃水以及结构吃水下的航速，进而得到其EEDI指数。通常在测试过程中，实际试验条件与理论试验条件有一定的出入，因此需要收集对船舶航速产生影响的各种信息，最后根据国际标准对所测航速进行修正、推算。

2.1 试航前准备

EEDI航速测试的核心是对船舶航速有关的数据进行测量和记录，各数据按其出处可归纳为船型参数、吃水数据、海况数据、环境数据和测试记录数据5种，具体如下：

1）船型参数：如主尺度、首部长度、传递效率、中间轴轴径、浸水截面积、湿水表面积、迎风面积、舵面积、螺距、测风仪距水面高度等；

2）吃水数据：船舶吃水状态、排水量等；

3）海况数据：浪高、浪周期、浪角度、涌高、涌周期、涌角度等；

4）环境数据：水深、气温、气压、海水温度、密度等；

5）测试记录数据：航向、风力、风向、时间、航速、主机转速、主机功率、舵角等。

在试验过程中所需要的有效数据，除船型数据可以通过设计图纸来获取外，其他数据可以通过船上航行设备、驾控台、集控台、货控台等船上自有设备以及GPS、扭力仪、测波仪、密度计、温度计、大气压力计等等自带设备来测量读取。自带测量设备在使用时要注意预先校准和提供检验合格证书。

其中部分数据需要间隔记录取平均值，如航向、风速、风向、舵角等。其他数据为连续记录后取其平均值，如航速、主机转速、主机功率等，如表1用来间隔记录。

表1 测试间隔记录表

对于测试过程中需要大量记录数据的情况，下面先列出各记录表格的形式和要素，其中重点是试航状态的确认和测试记录表格的填写。表2～表4用来记录测试数据。

表2 总体信息表格

表3 试航状态表格

表4 测试记录表格

2.2 EEDI航速测试过程管控

2.2.1 测试日程和海域确认

1）试航根据收集的海洋气象预报信息，合理安排测试日程，确保在较好的天气下测试。

该船试航海域选在北纬29°、东经123°位置附近。该区域位于浙江台州地区外海，海床地势平坦，水深需要大于8倍平均吃水的海域，离最近的国际航道和避风锚地约60 n mile路程。

2）测试海域的选定［4］要考虑附近其他船舶的作业和通行可能性，首先要保证船舶能直线航行时间20 min以上（至少6 n mile），保证船舶有足够的距离跑出最高的测量速度以及往、返测速时不被其他船只干扰，如图1所示。若测试区域有其他船舶的通行，会对船舶运行的路线产生影响，影响测试的效果和时间，图2所示为实际航行轨迹。

图1 规范要求的航行轨迹

图2 测试海域和航行轨迹照片

图2所示的是在实际试验中的航行轨迹，从轨迹来看符合规范要求。

2.2.2 测试前状态确认

1）船舶吃水状态的确认。考虑外海风大浪急存在一定的危险性，船上人员只能通过液位遥测来读船舶吃水，这就要求船舶在码头出发前遥测系统和实船吃水完成对比报验工作。吃水读取操作时要注意以下几点：

（1）测试状态的排水量和船模报告试航状态排水量的差值在2%范围；

（2）首部吃水和船模报告试航状态首部吃水差值在±0.1m范围内；

（3）确定好压载状态后，拍取照片作为备查，背景需能显示日期、时间；

（4）吃水读取后，利用自带的测量设备测量海水密度、温度、大气压力等数据。

2）海况的确认。正式测航速前，需对浪高、浪周期、浪方向（含涌）等数据进行观测，因现阶段各船厂测浪专用设备（如波浮筒、波雷达）的缺乏，可事先与船级社商议采用目测结合气象部门发布的海况信息进行收集。海况读取时要注意以下几点：

（1）如没有专用测浪设备，可借鉴ISO 15016：2015附件B或其他相应资料来读取，海况读取时可以首先从海面是否存在白色浪花作为判断基准，在此基础上再向上或向下进行分析。判断供海况读取时可以参考表5所示的描述。

（2）海况读取时结合驾驶室航行设备的真风速度来判断读取的浪高数据是否和风力相对应。如存在偏差，还需进一步读取。

（3）如发现海上风力大于蒲氏6级，应停止航速测试项目。如测试过程中发现局部风力有超过蒲氏6级，建议测试暂停，以免对航速修正不利，获得较低的航速结果。

（4）建议船厂要求航速测试公司购买专用波浪测量设备，以便得到更好、更准确的海况数据，利于取得更好的航速修正数据。也有部分测试公司有配置此套设备。目前使用较多的是图3所示的浮球测波仪。

表5 海况描述表

图3 浮球测波仪现场照片

2.2.3 测试过程管控

1）测试过程中应安排好各个数据点的读数人员，按统一命令记录数据。

2）测试前应选好浪的方向，按照迎浪和顺浪两个方向做正、反测试。一般来说浪的方向和风的方向是对应、一致的，浪的背风面的角度比迎风面陡。

3）在主机转速设定好，航向稳定后，要观察好航速是否稳定且不再有上升空间，确认后发布“开始”测速命令，每间隔30 s发布“记录”口令，便于各记录人员在同一时间记录。需要记录的数据有航向、风力、风向、时间、航速、主机转速、主机功率、舵角、漂移角等。

4）各组记录人员在预先安排的记录地点、按要求的形式完成自己的记录，单个方向测试完成后各记录人员算好各平均值统一汇总到同一张测试记录表格中填写。

5）在直线测速过程中，禁止大角度操舵，为保持航向的稳定性，驾驶室航行设备应处于自动驾驶状态，最小舵角应控制在0°～5°，注意记录好舵角的偏差值。

6）按预定的几种主机转速值进行测试，在每组功率点测试前都要注意观察海面风浪是否有变化，并做好相应记录，以便得到更准确的航速修正参数。

7）在测试过程中，测试海域洋流、海况都会发生变化，因此建议在每组测速前预测好航速预估值，如在实测后发现数据偏低，可追加测试一组。因为试航试验成本较大，不宜改日重新测试，需要有估计值作为参考。

8）根据船厂经验，EEDI每个功率点单趟测试需要50 min，如为首制船则需要400 min，考虑到之前海况和吃水状态的确认还需120 min，整个测试过程基本上在9 h（针对首制船），因此在人力、物力上应做好充分准备。有时还会因为特殊原因拖延到天黑，因此还需和船级社、船东商议采用一些应急措施来继续，如通过驾驶室两翼的探照灯来读取海况数据（在没有专用测波设备的情况），以便保证测试的顺利完成。

9）所有测试工作完成后，应尽快整理出测试记录表格提交给现场验船师和船东代表签字，作为提交给船级社认可EEDI完工计算材料的一部分。

10）测速完毕后应尽快安排EEDI航速修正，以便尽快得到实际的EEDI航速用于完工版EEDI指数计算，建议使用STAIMO2.3.0软件进行修正计算。

3 结语

经过船厂的64 000 DWT系列船（1～9）的航速实测和完工计算，其EEDI指数如表6所示。

由表6可知每艘船的EEDI指数均在20%以上，能够满足2020年起生效的第二阶段的减排要求。这说明该64 000 DWT散货船船型在能效设计指数上是高于IMO对新造船的要求，是一种较为先进的绿色环保型船。

在整个试验过程中，除船舶运动时间以外，数据记录以及数据处理所采用的时间比较短，与之前采用的数据处理方法相比效率更高，也更加规范，是一种适合广泛采用的试验方法。

表6 实船EEDI指数测量结果表

［1］刘利潇.关于船舶试航的若干问题探讨［J］.船舶标准化与质量，2016（5）：28-31.

［2］孔志，邬海峰.缩短船舶试航周期的分析与应用［J］.广船科技，2016（3）：45-48.

［3］陈胜兰.实船试航工作及其项目［J］.船舶工程，2011（1）：74-77.

［4］IMO.MEPC.65 INF.7.ITTC.”Speed&power trial Pt1” ［S］.2013.

Analysis of EEDI Verification of a 64 000 DWT Bulk Carrier

SHEN Chun-hua1LAI Xiang-hua1ZHANG Hong2

（1.Design Institute of Yangfan Group，Zhejiang Zhoushan 316100，China；2.Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

U674.13+4

A

1001－4624（2017）01－0056－06

2017-03-22；

2017-06-20

沈春华（1977—），男，工程师，从事船舶设计项目管理工作。

赖祥华（1975—），男，高级工程师，长期从事船舶设计管理工作。

张 弘（1991—），男，助理工程师，从事船舶总体设计工作。