VLCC船舶主船体分舱优化方法研究
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摘要
随着世界经济的发展，人们对石油能源的需求量日益增大，VLCC成为海上石油运输的主要载体之一，其远距离运输的良好经济性使之成为不可替代的船型。但与此同时，随着不断发生的油船海损事故，以及人们对环境保护意识的增强，其分舱和稳性问题已经引起人们的高度重视，并逐渐制定了相应的强制性规范，至今已对分舱和稳性有了严格而详尽的要求。
为了探讨各种舱室要素在油船典型载况条件下对完整稳性、分舱以及破舱稳性的影响，本文通过大量的计算分析，对参数进行了分类比较，得出了各主要舱室要素变化对船舶破损后剩余稳性的影响规律，并可用于指导分舱设计。
论文主要研究内容包括：
(1)系统地阐述了MARPOL规范对油船分舱以及船舶稳性的要求及其注意点。对规范的新规定进行了研究，分析其变化对现代大型油船分舱设计的影响，并探讨了解决的方法。
(2)通过对超大型油船主船体货油舱段的舱室要素进行分析，探讨了双壳体压载舱的划分方式和尺度变化对破舱稳性的影响，并讨论了不同压载方式对MARPOL规范新规定的船底撕裂后剩余稳性的影响。重点对压载舱的组合形式、双舷侧宽度和双层底高度进行分析讨论，并给出其变化规律曲线。这样就可以对分舱方案进行调整，确定要变化的舱室要素及其变化程度，为设计人员提供参考。
(3)在理论研究的基础上，进行油船分舱设计和方案比较，运用Skip CAD System软件进行计算并校核结果。对于不满足规范要求的参数进行分析，根据舱室要素的变化规律，对船舶分舱及总布置设计进行改进，使之从稳性的角度考虑达到规范的要求。
本文对今后采用遗传算法或模糊优化算法等优化方法对分舱和破舱稳性计算进行建模时，目标函数的选取以及约束条件、遗传算子、主要影响因素的确定起到参考的作用，是前期的、基础性的工作。
With the development of international economy, the requirement of oil is greatly increasing. Now VLCC has become the main vessel of seaborne oil transportation. The excellent economic efficiency in long distance transportation makes VLCC most important vessel type. At same time, there are more and more shipwrecks and people have realized the importance of protecting environment experts begin to put their strength on VLCC's subdivision and stability. Some compellent criterions of subdivision and stability have been established.
The paper discusses how the factors of compartment influence the subdivision and damage stability. The author gives the rules of damage stability through many calculations, analyses and comparison when the main factors of compartment changes. The conclusion can be used to direct subdividing.
(1) Introduce the constraints of subdivision and stability in MARPOL. The paper studies MARPOL in detail, analyzes the influence of variation on the designing of modern large tanker. The solution is also discussed in this part.
(2) By transforming the main factors of large oil tank ship's compartment, the paper discusses the damage stability can be influenced when the partition and size of double-hell ballast tank change. On the contrary, different have influence on the remainder stability in MARPOL. This section is to analyze the combination modes, the width between two sides of ship and the height between the top and bottom of compartment. Then the according curve is presented. After this, one can adjust the subdivision plan. This could also direct the designer to conform which compartment should be changed and give the limit of change.
(3) Compare the different designing plan of tanker's compartment in theory and apply Ship CAD System to do calculation and check. The paper studies the factors dissatisfying the criterion to mend the plan according to the change rule. At last the plan will satisfy the criterion at the aspect of stability.
In future, Genetic Algorithm and Fuzzy Optimization Algorithm might be used in building the model of subdivision and damage stability. The paper does some preliminary and foundational work in selection of objective function, constraint condition, genetic operator and key factors in the model.
为了探讨各种舱室要素在油船典型载况条件下对完整稳性、分舱以及破舱稳性的影响，本文通过大量的计算分析，对参数进行了分类比较，得出了各主要舱室要素变化对船舶破损后剩余稳性的影响规律，并可用于指导分舱设计。
论文主要研究内容包括：
(1)系统地阐述了MARPOL规范对油船分舱以及船舶稳性的要求及其注意点。对规范的新规定进行了研究，分析其变化对现代大型油船分舱设计的影响，并探讨了解决的方法。
(2)通过对超大型油船主船体货油舱段的舱室要素进行分析，探讨了双壳体压载舱的划分方式和尺度变化对破舱稳性的影响，并讨论了不同压载方式对MARPOL规范新规定的船底撕裂后剩余稳性的影响。重点对压载舱的组合形式、双舷侧宽度和双层底高度进行分析讨论，并给出其变化规律曲线。这样就可以对分舱方案进行调整，确定要变化的舱室要素及其变化程度，为设计人员提供参考。
(3)在理论研究的基础上，进行油船分舱设计和方案比较，运用Skip CAD System软件进行计算并校核结果。对于不满足规范要求的参数进行分析，根据舱室要素的变化规律，对船舶分舱及总布置设计进行改进，使之从稳性的角度考虑达到规范的要求。
本文对今后采用遗传算法或模糊优化算法等优化方法对分舱和破舱稳性计算进行建模时，目标函数的选取以及约束条件、遗传算子、主要影响因素的确定起到参考的作用，是前期的、基础性的工作。
With the development of international economy, the requirement of oil is greatly increasing. Now VLCC has become the main vessel of seaborne oil transportation. The excellent economic efficiency in long distance transportation makes VLCC most important vessel type. At same time, there are more and more shipwrecks and people have realized the importance of protecting environment experts begin to put their strength on VLCC's subdivision and stability. Some compellent criterions of subdivision and stability have been established.
The paper discusses how the factors of compartment influence the subdivision and damage stability. The author gives the rules of damage stability through many calculations, analyses and comparison when the main factors of compartment changes. The conclusion can be used to direct subdividing.
(1) Introduce the constraints of subdivision and stability in MARPOL. The paper studies MARPOL in detail, analyzes the influence of variation on the designing of modern large tanker. The solution is also discussed in this part.
(2) By transforming the main factors of large oil tank ship's compartment, the paper discusses the damage stability can be influenced when the partition and size of double-hell ballast tank change. On the contrary, different have influence on the remainder stability in MARPOL. This section is to analyze the combination modes, the width between two sides of ship and the height between the top and bottom of compartment. Then the according curve is presented. After this, one can adjust the subdivision plan. This could also direct the designer to conform which compartment should be changed and give the limit of change.
(3) Compare the different designing plan of tanker's compartment in theory and apply Ship CAD System to do calculation and check. The paper studies the factors dissatisfying the criterion to mend the plan according to the change rule. At last the plan will satisfy the criterion at the aspect of stability.
In future, Genetic Algorithm and Fuzzy Optimization Algorithm might be used in building the model of subdivision and damage stability. The paper does some preliminary and foundational work in selection of objective function, constraint condition, genetic operator and key factors in the model.
引文
[1] http ://response. restoration. noaa. gov/photos/ships/ships. html. photos of some of the world's largest oil spills
[2] http://mt. sopris. net/mpc/military/c2vlcc, html Sudden Emergencies of Supertankers/VLCC's
[3] http://response. restoration. noaa. gov/oilaids/spilldb. pdf Oil Spill Case Histories Database
[4] 杨樊庆，徐菊英，钱新之．世界巨型油船(VLCC)发展综述．船舶，1994，(6)：1-8
[5] 莫克K．未来的VLCC．大连船研．1992专辑
[6] VLCC Lifetime experience benefits new generation. The Mortor Ship, 1993, NO4:50-54
[7] 张炳炎．船舶设计之我见[J]．中国造船，1998，(10)：9-13
[8] 長塚誠治．二重船殼構造発注状況．1992，(11)：55-63
[9] 郜焕秋，盛万安．集装箱船破损稳性模型试验研究．船舶力学，1999，3(2)：1-6
[10] 周良根．巨型油船(VLCC)船型和主尺度方案论证．船舶，1994，(4)：1-7
[11] Options for building or replaling VLCCs.The motor Ship,1992,(4)
[12] 龙涛．浅述船舶分舱原理及中小型船舶分舱应注意的问题．广东造船，2000，(3)：12-13(35)
[13] 杨博良，钱培英，黄鸿权．“客船分舱与稳性等效规则”分析及电算方法．中国造船，1983，(1)：45-55
[14] 沈同熹．双底双壳油轮稳性计算方法的探讨．中国造船，1993，(1)
[15] 张明霞．基于NURBS曲线的船舶破舱稳性计算方法研究．大连理工大学博士学位论文，2002，(12)
[16] Bruce C, Nehrling. Recognizing and using patterns in preliminary ship compartmentation. Computer Applications in the Automation of Shipyard Operation and Siip Design. 1976
[17] Berlin W. Interactive design of ship compartmentation. Computer Applications in the Automation of Shipyard Operation and Ship Design, 1985
[18] Hills B W S, Phil M C. An efficient compartmentation method for use in preliminary ship design. Computer Applications in the Automation of Shipyard Operation and Ship Design, 1989
[19] 吉剛煦。自由水動作用関考查．日本造船協会論文集，昭和37年6月，第11号：81-88
[20] 栖元寿郎，清水茂俊．巨大耐沖突強度．日本造船協会論文集，昭和45年12月，第128号；287-294
[21] IACS. Overview of Initiatives Taken for safety of Bulk Carriers-SE/BCS. 1995
[22] IMO. Chapter Ⅻ-Additional Safety Measures for Bulk Carriers. Amendments to the Annex to the International Convention for the Safety of Life at Sea 1974,MSC68.1997
[23] 刘恒楠译．关于巨型油船(VLCC)潜在泄油量设计方案研究．船舶，1994(1)：39-43
[24] 赵耕贤．大型油船结构设计．船舶，1992，(6)：34-47
[25] Annon. Europe's new hope:E3 tanker unveiled. The Naval Architect, 1991. NO8:476-479
[26] 柳存根，姚震球．双壳体巨型油船破舱稳性分析．华东船舶工业学院学报，1996，Vol10，(3)：13-20
[27] 蒋玮，潘斌，胡安康．MARPOL13F和25A对巴拿马型油船总体方案的影响．船舶2002，(5)：12-14
[28] 别安社，徐元锡，祝业浩．增强结构气浮稳性的分舱法及优化分析．中国港湾建设，
2003，Totall22，(1)：1-4
[29] 林焰，杨槱，纪卓尚等．油船主船体隔舱划分的神经网络专家系统．中国造船，1994，(3)：1-10
[30] 林焰，纪卓尚，王世连，张忠业．油船主体分舱CAD软件系统．造船技术，1995，(3)：38-41
[31] 林焰，纪卓尚，李树范，戴寅生．油船分舱设计仿真技术．造船技术，1994，(1)：12-17
[32] 林焰，符平，纪卓尚，戴寅生．基于数据库的船体大表面分舱方法研究．中国造船，1999，(3)：16-24
[33] 王自力，顾永宁．提高VLCC侧向抗撞能力的一种新式双壳结构．船舶力学，2002，(1)：27-36
[34] 日本海事部材数25％削減成功．日本海事，1993，(2)：23-25
[35] Annon.'Arosa'Japan's frist double hull VLCC. Shipping World and Shipbuilder, 1992, (11)
[36] 格兰路德M．过去与未来的VLCC市场．大连船研，1992专辑
[37] 应明华．超大型油船的今昔与将来．大连船研，1993专辑
[38] Bjrnnan A. The VLCC for the year 2000. The Naval Architect, 1992, (4)
[39] 顾雅娟．超宽浅吃水双尾鳍30万吨超大型油船船型前期开发研究．中国船舶及海洋工程设计研究院硕士生论文，2003年4月
[40] 王建平，赵海莲．油轮的破舱稳性要求及其应用．航海技术，1997，(1)：21-23
[41] Intertanko evaluates enhanced mid-deck tanker。The Naval Architect，1991，(6)：291-295
[42] 王建华．世界油轮市场分析及我国油轮运输战略．世界海运，1992，(2)
[43] 宋寅纪．新一代V-马克斯VLCC-S-2000．船舶工业技术经济信息，1999，(171)：21-23
[44] 程文铮．世界巨型油船市场．船市行情，1994(6)
[45] 李家庆．1993年世界油轮市场展望．世界海运，1993，(1)：15-19
[46] 姚震球．裘泳铭．巨型油轮(VLCC)的发展和前景。华东船舶工业学院学报，1994年12月
[47] Bjrrman A.The VLCC for the year 2000.The Naval Architect,1992,(4)
[48] 闵美松，丁勇，覃晓青．对VLCC舱室形状描述和自由液面修正的若干考虑．船舶工程，1995，Vol．(4)
[49] 严家文，吴永昌．新一代计算及辅助舱容计算软件(TANK)．船舶，1995，Vol(3)
[50] 盛振邦，杨尚荣，陈雪深．船舶静力学．上海交通大学出版社，1988
[51] 马涅采夫．船舶不沉性理论．北京：国防工业出版社
[52] 朱照辉．基于数据库的船舶破舱稳性计算确定型方法研究．大连理工大学硕士生学位论文，1999，3
[53] 国际海事组织．73／78防污公约综合文本1997，人民交通出版社，1998．
[54] 中华人民共和国船舶检验局．船舶与海上设施法定检验规则-国际航行海船法定检验技术规则．1999第二分册
[55] 江彦桥．海洋船舶防污染技术．上海交通大学出版社，2000：152-161
[56] 中国船舶工业总公司．船舶设计实用手册总体分册．国际工业出版社，1998
[57] 周良根．巨型油船(VLCC)船型和主尺度方案论证．船舶．1992(4)：1-7
[58] 刘恒楠译．关于巨型油船(VLCC)潜在泄油量设计方案研究．船舶．(1)：39-43
[59] 杨博良，钱培英，黄鸿权．“客船分舱与稳性等效规则”分析及电算方法．中国造船，1983．(1)：45-55
[60] 宋德华．油船总体设计．船舶，1997，(5)：54-62
[61] 黄衍顺，郭振邦．散货船破舱稳性计算．天津大学学报，1999，32(6)：702-705
[62] 闵美松，丁勇．VLCC破损稳性计算研究．哈尔滨工程大学学报，1995，16(4)：7-13
[63] 沈同熹．双底双壳油轮稳性计算方法的探讨．中国造船，1993，(1)
[64] 钱新之，杨樊庆．当代主要造船国家造船业及船型技术发展．江南船舶设计，1992，(3)：28-36
[65] 蒋玮，潘斌，胡安康．MARPOL13F和25A对巴拿马型油船总体方案的影响．船舶，2002(5)：12-14
[66] 宋德华，邵笠敏．大型油船总体设计中满足MARPOL新规定的考虑要点．船舶，1992，(6)：18-28
[67] 林莉，王刚，蔡承德．超大型油船VLCC的结构设计和强度．船舶，2003，(1)：30-34
[68] 宋德华．为满足MARPOL新规定的大型油船总体设计中考虑要点．船舶，U674．133．(1)：8-14
[2] http://mt. sopris. net/mpc/military/c2vlcc, html Sudden Emergencies of Supertankers/VLCC's
[3] http://response. restoration. noaa. gov/oilaids/spilldb. pdf Oil Spill Case Histories Database
[4] 杨樊庆，徐菊英，钱新之．世界巨型油船(VLCC)发展综述．船舶，1994，(6)：1-8
[5] 莫克K．未来的VLCC．大连船研．1992专辑
[6] VLCC Lifetime experience benefits new generation. The Mortor Ship, 1993, NO4:50-54
[7] 张炳炎．船舶设计之我见[J]．中国造船，1998，(10)：9-13
[8] 長塚誠治．二重船殼構造発注状況．1992，(11)：55-63
[9] 郜焕秋，盛万安．集装箱船破损稳性模型试验研究．船舶力学，1999，3(2)：1-6
[10] 周良根．巨型油船(VLCC)船型和主尺度方案论证．船舶，1994，(4)：1-7
[11] Options for building or replaling VLCCs.The motor Ship,1992,(4)
[12] 龙涛．浅述船舶分舱原理及中小型船舶分舱应注意的问题．广东造船，2000，(3)：12-13(35)
[13] 杨博良，钱培英，黄鸿权．“客船分舱与稳性等效规则”分析及电算方法．中国造船，1983，(1)：45-55
[14] 沈同熹．双底双壳油轮稳性计算方法的探讨．中国造船，1993，(1)
[15] 张明霞．基于NURBS曲线的船舶破舱稳性计算方法研究．大连理工大学博士学位论文，2002，(12)
[16] Bruce C, Nehrling. Recognizing and using patterns in preliminary ship compartmentation. Computer Applications in the Automation of Shipyard Operation and Siip Design. 1976
[17] Berlin W. Interactive design of ship compartmentation. Computer Applications in the Automation of Shipyard Operation and Ship Design, 1985
[18] Hills B W S, Phil M C. An efficient compartmentation method for use in preliminary ship design. Computer Applications in the Automation of Shipyard Operation and Ship Design, 1989
[19] 吉剛煦。自由水動作用関考查．日本造船協会論文集，昭和37年6月，第11号：81-88
[20] 栖元寿郎，清水茂俊．巨大耐沖突強度．日本造船協会論文集，昭和45年12月，第128号；287-294
[21] IACS. Overview of Initiatives Taken for safety of Bulk Carriers-SE/BCS. 1995
[22] IMO. Chapter Ⅻ-Additional Safety Measures for Bulk Carriers. Amendments to the Annex to the International Convention for the Safety of Life at Sea 1974,MSC68.1997
[23] 刘恒楠译．关于巨型油船(VLCC)潜在泄油量设计方案研究．船舶，1994(1)：39-43
[24] 赵耕贤．大型油船结构设计．船舶，1992，(6)：34-47
[25] Annon. Europe's new hope:E3 tanker unveiled. The Naval Architect, 1991. NO8:476-479
[26] 柳存根，姚震球．双壳体巨型油船破舱稳性分析．华东船舶工业学院学报，1996，Vol10，(3)：13-20
[27] 蒋玮，潘斌，胡安康．MARPOL13F和25A对巴拿马型油船总体方案的影响．船舶2002，(5)：12-14
[28] 别安社，徐元锡，祝业浩．增强结构气浮稳性的分舱法及优化分析．中国港湾建设，
2003，Totall22，(1)：1-4
[29] 林焰，杨槱，纪卓尚等．油船主船体隔舱划分的神经网络专家系统．中国造船，1994，(3)：1-10
[30] 林焰，纪卓尚，王世连，张忠业．油船主体分舱CAD软件系统．造船技术，1995，(3)：38-41
[31] 林焰，纪卓尚，李树范，戴寅生．油船分舱设计仿真技术．造船技术，1994，(1)：12-17
[32] 林焰，符平，纪卓尚，戴寅生．基于数据库的船体大表面分舱方法研究．中国造船，1999，(3)：16-24
[33] 王自力，顾永宁．提高VLCC侧向抗撞能力的一种新式双壳结构．船舶力学，2002，(1)：27-36
[34] 日本海事部材数25％削減成功．日本海事，1993，(2)：23-25
[35] Annon.'Arosa'Japan's frist double hull VLCC. Shipping World and Shipbuilder, 1992, (11)
[36] 格兰路德M．过去与未来的VLCC市场．大连船研，1992专辑
[37] 应明华．超大型油船的今昔与将来．大连船研，1993专辑
[38] Bjrnnan A. The VLCC for the year 2000. The Naval Architect, 1992, (4)
[39] 顾雅娟．超宽浅吃水双尾鳍30万吨超大型油船船型前期开发研究．中国船舶及海洋工程设计研究院硕士生论文，2003年4月
[40] 王建平，赵海莲．油轮的破舱稳性要求及其应用．航海技术，1997，(1)：21-23
[41] Intertanko evaluates enhanced mid-deck tanker。The Naval Architect，1991，(6)：291-295
[42] 王建华．世界油轮市场分析及我国油轮运输战略．世界海运，1992，(2)
[43] 宋寅纪．新一代V-马克斯VLCC-S-2000．船舶工业技术经济信息，1999，(171)：21-23
[44] 程文铮．世界巨型油船市场．船市行情，1994(6)
[45] 李家庆．1993年世界油轮市场展望．世界海运，1993，(1)：15-19
[46] 姚震球．裘泳铭．巨型油轮(VLCC)的发展和前景。华东船舶工业学院学报，1994年12月
[47] Bjrrman A.The VLCC for the year 2000.The Naval Architect,1992,(4)
[48] 闵美松，丁勇，覃晓青．对VLCC舱室形状描述和自由液面修正的若干考虑．船舶工程，1995，Vol．(4)
[49] 严家文，吴永昌．新一代计算及辅助舱容计算软件(TANK)．船舶，1995，Vol(3)
[50] 盛振邦，杨尚荣，陈雪深．船舶静力学．上海交通大学出版社，1988
[51] 马涅采夫．船舶不沉性理论．北京：国防工业出版社
[52] 朱照辉．基于数据库的船舶破舱稳性计算确定型方法研究．大连理工大学硕士生学位论文，1999，3
[53] 国际海事组织．73／78防污公约综合文本1997，人民交通出版社，1998．
[54] 中华人民共和国船舶检验局．船舶与海上设施法定检验规则-国际航行海船法定检验技术规则．1999第二分册
[55] 江彦桥．海洋船舶防污染技术．上海交通大学出版社，2000：152-161
[56] 中国船舶工业总公司．船舶设计实用手册总体分册．国际工业出版社，1998
[57] 周良根．巨型油船(VLCC)船型和主尺度方案论证．船舶．1992(4)：1-7
[58] 刘恒楠译．关于巨型油船(VLCC)潜在泄油量设计方案研究．船舶．(1)：39-43
[59] 杨博良，钱培英，黄鸿权．“客船分舱与稳性等效规则”分析及电算方法．中国造船，1983．(1)：45-55
[60] 宋德华．油船总体设计．船舶，1997，(5)：54-62
[61] 黄衍顺，郭振邦．散货船破舱稳性计算．天津大学学报，1999，32(6)：702-705
[62] 闵美松，丁勇．VLCC破损稳性计算研究．哈尔滨工程大学学报，1995，16(4)：7-13
[63] 沈同熹．双底双壳油轮稳性计算方法的探讨．中国造船，1993，(1)
[64] 钱新之，杨樊庆．当代主要造船国家造船业及船型技术发展．江南船舶设计，1992，(3)：28-36
[65] 蒋玮，潘斌，胡安康．MARPOL13F和25A对巴拿马型油船总体方案的影响．船舶，2002(5)：12-14
[66] 宋德华，邵笠敏．大型油船总体设计中满足MARPOL新规定的考虑要点．船舶，1992，(6)：18-28
[67] 林莉，王刚，蔡承德．超大型油船VLCC的结构设计和强度．船舶，2003，(1)：30-34
[68] 宋德华．为满足MARPOL新规定的大型油船总体设计中考虑要点．船舶，U674．133．(1)：8-14