国内航行海船吨位丈量计算的精度控制和简化算法

中国船级社质量认证公司 佟 鑫

船舶吨位分为总吨位和净吨位。总吨位代表船舶的总容积，是衡量船舶大小的主要参数，它用于船舶登记、区别船舶等级、计算保险费及衡量船舶技术管理的标准等；净吨位代表船舶能用于营利的有效容积，净吨位又称计费吨，它是船舶向港口交纳各种税收和费用的依据。因此，提高船舶吨位丈量计算的精度显得尤为重要。

“国内航行海船法定检验技术规则（2011）”，分别对国内航行海船船长大于、等于24m和小于24m的船舶给出了吨位丈量方法。对于船长小于24m的海船在“规则”第二篇的2.1和2.2中给出了简易计算方法，计算难度较小，并且此类海船在实际工作中遇到的较少。因此，本文所述计算过程除指明外，针对国内航行船舶的计算均指船长大于、等于24m的船舶。

“规则”确定的丈量计算方法

针对船长大于、等于24m的国内航行海船，“国内航行海船法定检验技术规则”（2011）给出了如下吨位丈量计算方法。

船舶总吨位（GT）

船舶总吨位GT= K1(V1+V2)

式中： K1—系数， K1=0.2+0.02Log10V或由“规则”表2.1.1查得；

V1—上甲板以下所有围蔽处所的型容积（m3）；

V2—上甲板以上所有围蔽处所的型容积（m3）；

（1）上甲板以下所有围蔽处所的型容积V1的计算，“规则”（2011）给出了以下三种方法。

（a）通过修正的型深D′，利用排水容积曲线直接求V1；

（b）用邦氏曲线求甲板边线下的容积，加上梁拱容积及船首尾垂线以外部分的容积，即得V1；

（c）用《国际航行海船法定检验技术规则》第2篇第2章给出的“辛氏”法求得容积V1。

以上三种计算方法在“规则”中有详细论述，本文不再赘述。

（2）上甲板以上所有围蔽处所型容积V2的计算。

上甲板以上所有围蔽处所型容积丈量方法与《国际航行海船法定检验技术规则》第2篇第2章1.6和1.7所述丈量方法相同。

船舶净吨位（NT）

船舶的净吨位NT=K2GT

式中：GT为按“规则”量计所得的总吨位。K2可从“规则”2011中表2.2.1中查得。

吨位丈量的几点认识

所需图纸的确定

按“国内航行海船法定检验技术规则”（2011）进行吨位丈量的船舶，需要的主要图纸有：总布置图、型线图、典型横剖面图、 静水力曲线图、邦氏曲线图。在确定吨位丈量所需图纸时，应从船舶现有图纸和船舶结构特点出发，考虑以下三点因素：

（1）由于总布置图不能完全表达主甲板生活区处所、锚链筒、海水阀箱、桅杆、起重机、通风总管等围蔽处所的详细尺寸，在计算过程中应结合船舶的上层建筑及甲板室结构图和其他上述围蔽处所的图纸。

（2）若在丈量计算过程中采用“规则”（2011）中静水力曲线法求V1,则可以不准备邦氏曲线图和型线图，仅利用静水力曲线图即可；若在丈量计算过程中采用“规则”（2011）中邦氏曲线求V1,则可以不准备静水力曲线图和型线图，仅利用邦氏曲线图即可；若在丈量计算过程中采用“规则”（2011）中“辛氏”法求V1，则可以不准备静水力曲线图和邦氏曲线图，仅利用型线图即可。在实际吨位丈量图纸准备过程中，笔者认为型线图、静水力曲线图、邦氏曲线图三份图纸最好准备两份以上，这样可以通过一种方法计算V1后，再用另外一种方法验证，从而保证V1计算结果的准确性。

（3）在船舶吨位丈量计算过程中所取用的尺度数据应严格控制误差。在确定吨位丈量所需图纸后，计算工作开始前，必须将所选图纸与实船进行核对，确认船长、船宽、型深、货舱口的长与宽及数量、艏艉楼的长度与高度，各层甲板室长、宽、高及外形等尺寸是否与图纸相符。如果有不符的情况，应在图纸上标记出来，在吨位丈量计算过程中以实船结构尺寸为准。

船舶上甲板的确定

在吨位丈量计算过程中，所用的甲板长度为“规则”中定义的上甲板（量吨甲板）长度。上甲板是指最高一层露天全通甲板，在露天部分上的一切开口，均设有永久性关闭装置，而且在该甲板下面船旁两侧的一切开口，也有永久性水密关闭装置。在确定船舶上甲板过程中，应注意以下情况：

（1）如船舶具有阶梯形上甲板，则取最低的露天甲板线和其平行于甲板较高的延伸线作为上甲板；

（2）甲板下的舷边有开口，且无关闭装置，而舷内有水密舱壁和甲板予以限界，则此开口下面的第一层甲板作为上甲板；

（3）对于完全延伸到船宽的不连续上甲板的船舶，不连续长度超过1m,则应按照阶段性上甲板处理；如不连续的上甲板不延伸到舷侧，则按上甲板平台以下的壁龛处理。

精度控制和简化算法

关于上甲板以下围蔽处所容积的计算

“国内航行海船法定检验技术规则”（2011）关于V1的计算给出了3种计算方法，分别是静水力曲线法、邦氏曲线法、辛氏法。下面笔者介绍一下在实际操作中使用静水曲线法和辛氏法这两种方法的见解。

（1）用静水力曲线求V1

采用静水力曲线求V1的方法比较简便快捷，但是此方法带来误差比较大。因为静水力曲线仅给出到满载吃水处，以上部分需要用曲线的“外延法”或“插值法”。笔者在用静水力曲线计算V1的方法时，为了提高吨位丈量计算的精度，使结果更加准确，采用了AUTOCAD 软件绘制所选取的计算曲线末端的简易曲线，因为离船底线越高，船舶的曲率变化越小，静水力曲线的末端曲率趋于平稳，故从末端趋势入手绘制出其延伸线，并在延伸线上取得目标值。相对来说，这样做可以尽可能地减少用静水力法所带来的误差。下面笔者以计算过的一条国内航行散货船为例，介绍一下这个方法。

在用静水力曲线法计算该船V1时，该船所提供的静水力曲线中仅有排水量曲线，无法找到排水型容积曲线，故选择排水量曲线作为计算曲线。该轮的设计吃水为13.2m,满载吃水为15m,经修正后的型深为18.6m，所以通过在排水量曲线上取点用AUTOCAD 软件绘制出13.2m～15m之间的排水量曲线，然后按照这条曲线的曲率绘制出延伸线部分，从延伸线上取得18.6m处的排水量数值。在得到具体过程如下：

第一步，用EXCEL生成吃水—排水量的点坐标，为使绘制的曲线直观表达曲率，本船在生成坐标点时将横坐标吃水扩大了10000倍（扩大倍数应适船舶实际情况确定）。

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第二步，将生成的吃水—排水量坐标点输入AUTOCAD 软件得到计算曲线，并按此曲线趋势绘制其延伸线，从而取得修正型深（吃水18.6m）处的排水量为114400t。

第三步，将得到的排水量数值进行转化，用排水量114400t,除以海水密度1.025kg/m3，再除以附体系数（本船附体系数取1.003），最终得到该船V1=111321.68m3。

（2）用辛氏法求 V1

目前，不少营运的船舶缺少静水力曲线和邦氏曲线计算资料，在这种情况下就要采用《国际航行海船法定检验技术规则》第1分册第二章第二节给出的“辛氏”法来计算V1，辛氏法在三种方法中最为繁琐，但同时计算结果最为准确。在实际计算过程中，笔者用AUTOCAD 软件绘制出辛氏法所选取的各分长点处横剖面曲线，然后用AUTOCAD 软件直接读取各分长点处横剖面面积，这样做既简化了“规则”中所述横剖面辛氏积分的过程，又避免了积分过程中带来的计算误差，提高了计算结果的精确度。下面结合笔者做的一条港口工程船吨位丈量，介绍一下此方法的过程。

第一步，通过船舶的型线图和型值表，读取辛氏法所选取各分长点处横剖面的半宽值和水线高，并用EXCEL生成半宽值—水线高坐标值。如下表（以所选取的0站分长点为例）。

0站分长点半宽（mm) 水线高(mm) 生成坐标2514 1200 2514,1200 2548 1400 2548,1400 2582 1600 2582,1600 2616 1800 2616,1800 2858 3200 2858,3200

第二步，利用各站生成的坐标在AUTOCAD软件中绘制所选取各分长点处的横剖面，然后用AUTOCAD 软件读取各分长点横剖面的面积。下图所示为用AUTOCAD 软件绘制的各分长点处剖面图。

第三步，将以上数据代入“规则”中给出的表格，进行辛氏积分，最终求得V1。

甲板以上不规则围蔽处所容积的确定

在“规则”中规定甲板以上围蔽处所的容积确定采用该围蔽处所的平均长度×平均宽度×平均高度。但在实际吨位丈量过程中，对于甲板以上不规则的围蔽处所，无论是从图纸量取，还是现场测量，都难以得到所谓“平均”数值。笔者总结了几个甲板以上常见不规则处所容积的确定方法，如下。

（1）上层建筑部分不规则舱室

确定上层建筑不规则舱室，应比对图纸所显示的数据，结合现场测量确定该规则舱室的轮廓尺寸，可以用AUTOCAD软件绘制该舱室的几何草图，在AUTOCAD 软件中直接读取其面积。对该不规则舱室进行几何划分，然后分区域计算容积再求和。例如，笔者在对一条港口工作船的不规则主甲板室容积确定时采用了如下方法：

第一步，通过总布置图纸量取和实船测量，确定了该船主甲板室地板和顶棚的轮廓尺寸，在AUTOCAD 中绘出草图，通过面积读取功能得到地板 面 积S1=94.01m3， 顶棚面积S2=91.54m3。（ 如下图）。

第二步，在AUTOCAD 中绘制出主甲板室纵剖面图，主甲板室高度为2.6m，对其进行几何划分，将其分为1m和1.6m两个部分（如下图）。

第三步，两部分分别求体积，再求和。

该船主甲板容积V=S1×1+(S1+S2)×1.6÷2=242.45m2!

（2）烟囱容积确定

对于大吨位船舶的大烟囱的量取较为困难，难以得到平均截面积和平均高度。笔者在进行烟囱容积量确定时，通过图纸和现场实测确定烟囱上下端口的面积，将烟囱纵剖面看成一个梯形进行计算，可得：

烟囱容积=（上端口面积+下端口面积）×烟囱高度÷2

（3）舱口围板高度确定。

由于船舶主甲板存在梁拱和舷弧，笔者认为确定舱口围板高度应以实船测量为准，最好能在横向和纵向舱口围多取几个高度值，然后取平均值作为舱口围板的计算高度。

由于船体是一个不规则的复杂空间体，船舶吨位丈量计算是一个连续近似、积分的过程，选择不同的计算方法或不同的人来计算，计算结果可能完全不同。所以在进行船舶吨位丈量时，要从实际船舶船型特点和现有图纸情况出发，选取适宜的计算方法，严格控制每个计算步奏的误差范围，从而保证吨位丈量计算结果的精度。