内河双燃料船LNG储气罐位置的确定

陈 峰，李岳洋

(1．宿迁宿城地方海事处，江苏宿迁223800;2．江苏现代造船技术有限公司，江苏镇江212003)

0 引言

在当今节能环保与可持续发展的必然趋势下，在传统的内河航运方面，要想有效地优化动力系统，提高运输效率，减少对环境和生态的影响，需要发展新型能源作为内河航运动力的燃料，替代现有柴油发动机动力。内河柴油-LNG双燃料动力船舶正是应这一要求而产生的。确定LNG储气罐的安放位置是柴油-LNG双燃料动力船首先要解决的问题。LNG储气罐可以安放的位置有:货舱处、艉部甲板处，或者是机舱处所。如果舱容有剩余，可以将剩余舱容部分建一个隔离空舱，单独安放LNG储气罐。LNG储气罐是一个圆柱型的桶状物，LNG储气罐的安放形式有:水平放或者是竖立放。本文将对内河散装货船利用模糊层次综合分析法确定LNG储气罐的安放位置及安放形式。

1 模糊层次分析法(FAHP)

层次分析法是美国运筹学家，匹兹堡大学的A．L．Saaty教授于20世纪70年代提出的一种定性分析和定量分析相结合的系统分析方法。层次分析法通过明确问题，建立层次分析结构模型，构造判断矩阵，层次单排序和层次总排序5个步骤计算各层次构成要素对于总目标的组合权重，从而得出不同可行方案的综合评价值，为选择最优方案提供依据。

2模糊层次分析法的具体应用

本文以某典型的内河运砂船为设计对象。由于内河柴油-LNG船较传统的船舶来说，只是增加了1套LNG供气系统(LNG储气罐是本文考虑的重点)，因此本篇重点考虑LNG储气罐对内河运砂船的影响。本文选择货舱、艉部甲板、机舱等位置利用模糊层次分析法对上述的3个位置进行模糊综合评判，以确定LNG储气罐的安放位置。

本文所建立的评价指标体系如图1所示。

图1 多层次模糊综合评价指标体系

本文所选取的运砂船的设计要素为:

总长 68．00 m

满载水线长 67．176 m

两柱间长 64．80 m

总宽 15．14 m

型宽 15．00 m

型深 4．50 m

设计吃水 3．80 m

梁拱 0．18 m

肋距 0．50 m

方型系数 0．877

水线面系数 0．975

剖面系数 0．995

2．1 货舱位置多层次模糊综合评价

2．1．1 构造判断矩阵

根据各专项的评价，按图1的层次结构，构造判断矩阵。其中λmax为判断矩阵最大特征根;n为不确定常数;CI为度量判断矩阵偏离一致性指标;RI为判断矩阵的平均随机一致性指标;CR为判断矩阵具有满意的一致性;E为总体评价矩阵;W为各指标的权重;R为特殊因素(单项指标)的评价矩阵;U为评价指标体系，U的总体评价矩阵E的公式E=WR。采用DELPHI法由数位专家利用1～9标度法进行各指标重要度打分，利用AHP法计算各指标的权重W，并进行一致性检验。第1层判断矩阵结果见表1，第2层判断矩阵结果见表2～表4。

表1 判断矩阵A～B数值

表2 判断矩阵B1～C数值

表3 判断矩阵B2～C数值

表4 判断矩阵B3～C数值

由以上可知，货舱位置处的第1层判断矩阵和第2层判断矩阵均满足一致性的要求。

2．1．2 评语集计算

根据实际情况和经验，确定隶属函数的阈值为(3，7，10)，专家对LNG储气罐安放位置艏部甲板处评价指标体系的打分为 U={4，3，5，4，5，3，2，4}。根据隶属函数公式得评价矩阵为:

由U的总体评价矩阵E中按判断矩阵B1、B2、B3得到总体评价矩阵 EB1、EB2、EB3:

根据评价等级的划分，V=(3，7，10)，则 W货舱=EA1V=3．861 2

2．2 艉部甲板位置多层次模糊综合评价

2．2．1 构造判断矩阵

根据各专项的评价，按图1的层次结构，构造判断矩阵。采用DELPHI法利用1～9标度法进行各指标重要度打分，利用AHP法计算各指标的权重W，并进行一致性检验。第1层判断矩阵结果见表5，第2层判断矩阵结果见表5～表8。

表5 判断矩阵A～B数值

表6 判断矩阵B4～C数值

表7 判断矩阵B5～C数值

表8 判断矩阵B6～C数值

由以上可知，艉部甲板处的第1层判断矩阵和第2层判断矩阵均满足一致性。

2．2．2 评语集计算

根据实际情况和经验，确定隶属函数的阈值为(3，7，10)，专家对LNG储气罐安放位置艏部甲板处评价指标体系的打分为 U={4，3，5，4，5，3，2，4}。根据隶属函数公式得评价矩阵为:

由U的总体评价矩阵E中按判断矩阵B4、B5、B6得到总体评价矩阵 EB4、EB5、EB6:

根据评价等级的划分，V=(10，7，3)，则W艉部甲板=EAV=7．095 8

2．3 机舱位置多层次模糊综合评价

2．3．1 构造判断矩阵

根据各专项的评价，按图1的层次结构，构造判断矩阵。采用DELPHI法利用1～9标度法进行各指标重要度打分，利用AHP法计算各指标的权重W，并进行一致性检验。第1层判断矩阵结果见表9，第2层判断矩阵结果见表10～表12。

表9 判断矩阵A～B数值

表10 判断矩阵B7～C数值

表11 判断矩阵B8～C数值

表12 判断矩阵B9～C数值

由以上可知，机舱处的第1层判断矩阵和第2层判断矩阵均满足一致性的要求。

2．3．2 评语集计算

根据实际情况和经验，确定隶属函数的阈值为(3，7，10)，专家对LNG储气罐安放位置艏部甲板处评价指标体系的打分为 U={4，3，5，4，5，3，2，4}，根据隶属函数公式得评价矩阵为:

由U的总体评价矩阵E中按判断矩阵B7、B8、B9得到总体评价矩阵 EB7、EB8、EB9:

根据评价等级的划分，V=(10，7，3)，则 W机舱=EA3V=3．846 9

W货舱=3．861 2，W艉部甲板=7．095 8，W机舱=3．846 9。W艉部甲板明显大于其他的模糊综合评价，故本文选择第2种方案，即将LNG储气罐安放在艉部甲板处。

由于艉部甲板处的面积较小，且考虑到LNG储气罐在船舶航行过程中的稳定性，故将其放在艉部甲板沿船宽方向，即横放在船舶的艉部甲板上。

3 结语

本文将模糊层次分析法应用到具体设计上，选择货舱、艉部甲板、机舱位置，利用模糊层次分析法对上述的3个位置进行模糊综合评判，以确定LNG

储气罐的安放位置。最后得到的具体结论对此类型散货船来说，将LNG储气罐沿船宽方向安放到艉部甲板的中心线上。

［1］ 曾广武，郝刚．设计方案优选和排序中的模糊综合评判方法［J］．中国造船，1987，17(3):48-57．

［2］ 刘玉君，纪卓尚，董守富．基于模糊综合考评的船型方案工艺性选择［J］．中国造船，1995，25(3):17-22．

［3］ 李希胜，施艳．基于模糊层次分析的工程项目综合效益评价方法［J］．森林工程，2010，26(4):85-89．

［4］ 刘元丰，唐兴莉．基于模糊综合评判方法的船舶航行安全评价［J］．重庆交通学院学报，2004，(3):123-126．