基本介紹
積載介紹,基本要求,裝載能力,保證強度,保證穩性,保證吃水差,模型及套用,模型建立,計算實例,研究背景,
積載介紹
從貨物的安全出發，積載時應注意防止各種貨物之間的串味、污染及重貨壓輕貨等情況發生；從船舶安全出發，積載時應避免船體局部受載過重、易燃易爆等危險貨物靠近機艙，還要使積載後的船舶在首尾吃水及穩定性方面符合航行要求。對積載不當造成的貨損，承運人負賠償責任。
基本要求
裝載能力
船舶的裝載能力包括：載重、艙容和裝載液體貨、重大件；危險品；冷藏貨、貴重貨物的特殊能力三個方面。
船舶的載重能力根據載重線、航程、航道與港口水深，由船方核定。
充分利用裝載能力，首先要儘量使船舶達到滿載滿艙，做到輕重貨物合理搭配，不僅整船考慮輕重搭配，每個艙也要儘可能做到輕重搭配。在滿艙而不能滿載時，可選些不怕雨淋日曬的甲板貨，以增加船舶載重量。
特殊裝載能力的充分利用，也是一個不容忽視的問題，因為特殊貨物不是每艘船都能裝運，配載人員要掌握船、貨情況，充分利用這種能力和機會。
保證強度
合理地配置貨物，保證積載滿足船體強度要求，對延長船舶使用壽命和保證船舶安全運輸都有重大意義。與積載關係密切的主要是保證船舶的縱向強度、局部強度和扭轉強度不被破壞。保證縱向強度就是要使船舶縱向彎曲變形不超過允許範圍。保證船體縱向強度就是按浮力在船長方向的分布規律，分配各艙的載重量，使浮力、重力不僅全船平衡，在各艙也應基本上做到平衡。保證船體局部強度就是要儘量使艙底和加班均衡受載，不超負荷。船舶建造出廠時，均有各層甲板及艙底的單位面積最大允許均布載荷和集中負荷的資料。使用船舶時，應做到不超負荷。保證扭轉強度就是要使兩舷的重量分布平衡，不僅是全船平衡，而且要使各舷的左右舷重量分布都平衡
保證穩性
重心越低，穩性越好，但船舶會因為復原力矩過大而產生劇烈的搖擺；重心偏高，穩性又感不足，這就提出了適度穩性的要求。適度穩性指的通常是一個範圍，而不是一個確定的具體數值，各船的要求也不盡相同。船舶配積載時，應根據各船的具體情況，憑經驗確定各層艙的重量分配比例，以控制重心高度，達到適度穩性的要求。
保證吃水差
船舶吃水差就是首吃水與尾吃水的差值。通常船舶航行需要有一定的尾傾，而不允許有首傾。因為適當的尾傾有利於螺旋槳和舵工作，也可防止船首上浪。有時船舶通過淺航道，為了多裝些貨則要求平吃水，沒有吃水差。船舶積載應滿足船舶對吃水差的要求。在實踐中各船往往都有自己的經驗，用按比例分配各貨艙的載重量來保證吃水差要求。
模型及套用
散貨船積載是指在船長指導下，依據船公司下達的航次貨運任務，由船舶大副具體計畫並實施的、將航次貨物在具體船艙合理分配的一項業務活動。選擇航次貨載和油水在各艙不同的質量分配方案，將直接影響船舶重心的橫向、縱向和垂向位置，影響船舶質量沿船長的分布，並決定船舶吃水、橫傾角、縱傾狀態、穩性指標以及船體總縱強度和局部強度狀況。顯然，理論上必定存在一種兼顧滿足船舶各項指標要求的最佳航次積載方案。與其他類貨船相比，因散貨船承載貨種比較單一，尋求其最佳航次積載方案的方法相對簡單。
對於最佳化積載問題，文獻研究滿足一定約束下以彎矩最小為目標，建立各艙貨物分配的數學模型，並給出算法和算例；文獻分析一船在8種工況下的靜水剪力和靜水彎矩，通過計算得出在最危險工況下的最大靜水剪力和靜水彎矩；文獻根據裝載計算軟體依據船體強度曲線的變化趨勢提出一種指導策略，從可行方案集合中選出最佳化方案。本文考慮船體彎矩，且兼顧船體剪力、局部強度、吃水差和穩性等多項要求，通過設計一種特別形式的目標函式，建立通用的散貨船最佳化積載數學模型。針對計算實例藉助LINGO軟體編程求解出全局最優解，從而獲取設定的最佳化積載方案。
模型建立
散貨船積載的特點是：船舶吃水差條件易於滿足，穩性的調整範圍非常有限，而船體多個剖面上剪力和彎矩指標變化幅度較大。據此，在建立的散貨船最佳化積載模型中考慮下列約束條件：
(1)第k(0)貨艙初始配貨質量mk(0)(設有K個貨艙，k(0)∈[1，K])之和等於航次貨載總質量m0，即相對於船舶初始配貨狀態，第k貨艙配貨質量改變數Δmk(k∈[1，K])之和為0.0，即
(2)第k貨艙配貨質量的改變數Δmk應大於等於-mk(0)(即第k艙實際配貨質量應大於等於0)，且小於等於該艙艙容限制下最大裝載量mk(max)減去mk(0)。
(3)船舶第n(設共使用N個壓載水艙，n∈[1，N])個壓載艙實際壓載質量應大於或等於0.0，且小於或等於該艙艙容限制下最大壓載量mn(max)；同時船舶壓載水總質量不得大於設定值m'0(當然mn(max)≤m'0)，且不得導致船舶因壓載而發生超載情況。
在上述約束條件下，建立的目標函式是追求規範要求的船前部、中部和後部最少7個強度校核剖面上的剪力比(即實際剪力與最大允許剪力之比)和彎矩比(即實際彎矩與最大允許彎矩之比)均小於1.0(或100%)，且其中的較大值為最小。
為了具體求解散貨船最佳化積載數學模型，採用的數據處理方法是：先設定某一滿足船舶航次裝載量和航次油水儲備量(無壓載水)要求的初始裝載狀態(這裡推薦的是按艙容比例分配各貨艙配貨質量)；隨後分別計算出相對於各貨艙初始裝載量下載入和減載0.5q(該艙裝載量3%左右)時的船舶吃水差、初穩心高度、各個設定的強度校核剖面上實際剪力和彎矩改變數的平均值。對於計畫壓載的各個壓載水艙，也按與貨艙相同的方法計算出載入qt時的船舶吃水差 t，hGM和強度數據的改變值。
計算實例
為驗證數學模型，嘗試採用通用最佳化模型求解軟體LINGO編程，藉助德國SEACOS公司開發的SEACOS V3.21版散貨船裝載系統軟體平台，完成散貨船最佳化積載實例計算。SEACOS V3.21版散貨船裝載系統是通過多家船級社認證、功能較強且套用廣泛的一種散貨船裝載計算軟體。該軟體具有能實現貨物自動最佳化配艙的功能。其演示軟體中包含一艘典型的9個貨艙尾機型散貨船的資料(見表1)。
表1 MV Seabulk主要參數
表1 MV Seabulk主要參數研究背景
在滿足船體強度、吃水差和穩性等要求前提下，通過研究各艙配貨質量與船舶設計時設定強度校核剖面上的剪力和彎矩之間的函式關係，建立最佳化貨物積載的數學模型。採用上述最佳化模型確定各艙配貨質量，其計算結果優於SEACOS裝載軟體最佳化計算功能給出的結果。本文給出的船舶最佳化配貨數學模型不僅能夠最佳化散貨船的強度指標，而且可將此模型推廣套用到散裝液貨、貨櫃等其他類型船舶。
從計算實例可以發現，船體某些剖面上剪力和彎矩幾乎不隨貨艙配貨質量的改變而改變，但通過適當改變不在貨艙範圍內的某些壓載艙的壓載量，則可以明顯最佳化船體特定強度校核剖面上的剪力和彎矩指標。此外，在上述計算實例中，船體某些強度校核剖面上的最佳化LINGO值與SEACOS軟體測試值之間還存在一定的誤差，這類誤差可以通過下述方法予以減小或消除：將已獲得的最佳化模型的計算結果作為初始裝載狀態，進行再一輪的初始狀態數據取樣和數學模型最佳化求解。
