5000~70000DWT成品油船船体钢料重量估算

黄俊华

摘    要：本文采用常规平方模数法、立方模数法与采用改进型平方模数法、立方模数法对5000～70000 DWT成品油船船体钢料重量进行对比分析，并进一步比较船舶总长、垂线间长对船舶钢料重量的影响，推导出适用于设计前期对船体钢料重量估算的经验公式。

关键词：成品油船;钢料;重量估算

中图分类号：U663.2                              文献标识码：A

Abstract： The conventional square modulus， cubic modulus methods and the improved square modulus， cubic modulus methods are used to compare and analyze the steel weight of 5 000 ～ 70 000 DWT product oil tankers， and to further compare the influence difference between ship overall length and length between perpendiculars on steel weight， to derive the empirical formula for the estimation of steel weight.

Key words： Product oil tanker; Steel; Weight estimation

1     前言

在船舶设计初期，当初步选定船舶主要参数时，如果能相对准确地预估出船体钢料重量，便可以快速估算出相对准确的空船重量，从而辅助设计人员作出初步的船舶总体性能评估，及早调整或优化船舶主要参数。

此外，在进行船舶经济性分析的时候需要测算船舶的建造成本。而相对准确的钢料重量有利于得出较准确的船舶建造成本，有助于决策者做出正确的运营选择。

那么，如何才能在设计初期得到较准确的船体钢料重量呢？可以通过母型船进行近似估算。在缺乏母型船数据的时候，就只能通过粗略估算方法了。常用的粗略估算方法有4种[1]：百分数法、平方模数法、立方模数法和统计公式法[1]。其中，平方模数法和立方模数法所需的参数最少，适合在只有主要参数的情况下估算钢料重量。

2    船体钢料重量估算方法选择及对比分析

为了便于后续讨论，这里对各参数符号约定为：船长L、总长Loa、垂线间长Lbp、型寬B、型深D、钢料重量Wh、钢料系数Ch。

2.1   估算方法选择

在设计初期或者进行成本测算的时候，通常并不知道船舶的方形系数，而不涉及方形系数的估算方法有2种[1]：平方模数法;立方模数法。

2.2   立方模数法

分别对两种船长采用立方模数法进行计算和对比，见表1。

由表1可知，当使用总长Loa时，32型船的钢料系数Ch平均值为0.099 4，标准差为0.015 5，相当于平均值的15.5%;当使用垂线间长Lbp时，32型船的钢料系数Ch平均值为0.103 9，标准差为0.016 7，相当于平均值的16.1%。

2.3   平方模数法

同样，分别对两种船长采用平方模数法计算和对比，见表2。

由表2可知：当使用总长Loa时，32型船的钢料系数Ch平均值为0.794 0，标准差为0.139 2，相当于平均值的17.5%;当船长使用垂线间长Lbp时，32型船的钢料系数Ch平均值为0.828 0，标准差为0.140 0，相当于平均值的16.9%。

2.4   立方模数法与平方模数法的对比

由上述分析可知：当采用立方模数法时，随着船舶主尺度的增加，钢料系数呈现下降的趋势;当采用平方模数法时，随着船舶主尺度的增加，钢料系数呈现上升的趋势。

采用误差百分比来表示误差大小，误差百分比等于估算钢料重量与实际钢料重量差额的百分比。根据计算结果，各船误差百分比如表2所示。

由表2可以看出，采用立方模数法的误差小于平方模数法。

但是，无论是采用立方模数法还是平方模数法，估算公式对大部分船舶的误差都非常大，不适宜采用。那么，是否可以通过对公式进行改进减少误差呢？下面引入线性相关性分析，对估算公式进行改进。

2.5   改进估算公式

3    钢料重量估算的经验公式

由以上可知：无论采用平方模数法还是立方模数法，线性相关性都较高;采用平方模数法的相关性高于立方模数法;平方模数法中，采用垂线间长的相关性略高于采用总长。

从表4可以看出：当载重量低于5 000 DWT时二者偏差巨大，该经验公式失效;5 000～70 000DWT是误差较小，比未改进前公式精度明显提高。

5    总结

通过以上分析可以看出：常规的立方模数法和平方模数法，对主尺度跨度较大的船型进行钢料重量估算时误差较大;但对估算公式进行改进后，无论是采用平方模数法还是立方模数法，其船长、型宽、型深的某种组合与钢料重量的相关系数都得到较大提高。

同时，由于本文经验公式是基于特定范围船型得到的，因此在应用本经验公式时，需注意如下几点：

（1）本经验公式仅适用于5 000～70 000DWT成品油船;

（2）本经验公式仅适用于常规结构形式的成品油船，若有特殊结构需特殊考虑;

（3）本经验公式仅适用于碳钢结构的成品油船，若货舱区域采用不锈钢则不适用本公式。

（4）本经验公式仅适用于设计前期钢料估算及初步成本测算，不适用于精度要求较高的钢料估算。

参考文献

[1] 方学智， 刘厚森， 刘增荣. 船舶设计原理[M]，华中科技大学出版社，      2013.

[2] 同济大学数学系. 工程数学线性代数[M]. 高等教育出版社，2014.

[3] 李庆扬. 数值分析[M]. 清华大学出版社，2008.