0 引　言

港口工程现行规范和相关标准的船型资料中，给出了基于一定保证率的船舶满载吃水，但对船舶压载吃水并未提及^[1]。而这一参数在压载工况下的系泊船舶作用力计算、桥梁净空高度设计等工作中是必需的。该参数如何科学合理地取值是港工设计中的一个关键性问题，该问题的研究对港口工程具有重要的意义^[2]。因此，十分有必要结合现有相关理论与成果，对船舶压载吃水的估算方法进行研究与讨论。

船载自动识别系统（Automatic Identification System，AIS）是在甚高频海上移动频段，采用时分多址接入技术，可自动广播和接收船舶航次相关信息的系统^[3]。SOLAS公约第V章规定，航行于国际航线的300总吨以上船舶和公约国航行于国内航线的500总吨以上的船舶，从2002年7月1日起至2008年7月1日止，分段执行配备AIS船载设备^[4]。AIS应用广泛，几乎所有船舶配备AIS设备^{[5 – 6]}。因此，本文尝试收集船舶AIS提供的压载吃水数据，通过研究1 000余艘散货船的压载吃水数据，给出不同吨级散货船基于一定保证率的船舶压载吃水值。为解决船舶压载吃水的取值问题提供一种新的解决思路。

1 船舶压载吃水取值研究现状 1.1 国内研究现状

国内的相关研究主要是经验公式以及利用船舶的船型特点，以横向、纵向受风面积为切入点开展研究分析。

1）经验公式

根据海运经验，船舶空船压载后的吃水，至少应该达到夏季满载吃水的50%，冬季航行因为风浪较大，应使其达到夏季满载吃水的55%以上^[7]。该参考数据是船舶驾驶员在生产实践中的经验总结，也是航海类图书资料中给出的指导参数。但是该参数取值较粗糙，对不同的船型未区别对待。

2）依据船舶横、纵向受风面积A_XW，A_YW进行分析

有学者根据照片与实物比尺相似原理^[8]，依据受风面积对港口系泊船舶受风高度进行分析。同理，也可通过收集不同吨级的散货船图片，进行统计分析，再结合A_XW对船舶压载吃水取值进行分析。然而，船舶纵轴向断面尺寸较复杂，并且不同船型的断面尺寸变化较大，因而很难找到合适并且统一的A_XW=f（h）函数^[2]。

《港口工程荷载规范》^[9]给出了船舶满载和压载纵向受风面积的差值，船舶纵向受风面积即船舶水面上部分在船舶中横断面处的投影面积，在几何意义上是个矩形，矩形面积 $\Delta {A_{{{YW}}}} = \Delta T \cdot B$ ，则船舶满载吃水与压载吃水差值为 $\Delta T = \frac{{\Delta {A_{{{YW}}}}}}{B}$ ，船舶压载吃水计算公式为： ${T_{{\text{压载}}}} = {T_{{\text{满载}}}} - \frac{{\Delta {A_{{{YW}}}}}}{B}$ 。该方法相对于依据船舶横向受风面积A_XW进行分析的方法来说，可行性更强、精确度更高。但是该方法在实际的计算过程中，往往只是选取了船舶在一种载态下的数据进行分析。而在船舶的实际运营过程中，随着外部自然环境和水域环境的不同，船舶的载态不尽相同。因此该方法的计算结果具有一定的局限性。

1.2 国外研究现状

1）国际海事组织（IMO）公式

船舶空载航行时最小平均吃水T_min=0.02L_bp+2.0，式中：T_min为船舶最小平均吃水，L_bp为船舶垂线间长。该公式计算较为简便，但仅涉及船舶垂线间长一个参数，对不同类型的船舶未进行区别计算，在港口工程设计中具有一定的局限性^[1]。

2）日本港口研究所（PHRI）公式

船舶压载吃水与最大吃水的关系式^[10]为： ${T_{{B}}} = \alpha \cdot $ ${T_{{\rm{max}}}}^\beta $ ，式中T_B为船舶压载吃水，T_max为船舶最大吃水，取满载吃水；α、β为系数。该公式针对不同货种和吨级的船舶，给出了压载吃水与满载吃水的密切相关性，对港口工程及相关研究具有一定的指导意义。

2 船载AIS压载吃水数据统计分析 2.1 压载吃水数据的收集

为了确保船舶压载吃水选取值与实际相符，按照散货船的不同吨位，本文统计了大量当前营运船舶实际压载吃水情况。数据收集的方法主要通过船载AIS数据收集，船务公司数据收集和引航部门数据收集作为补充。

采用AIS数据收集的原因有2个：首先，AIS设备提供船舶的航次相关信息。航次相关信息由船舶驾驶员手动输入，随航次的不同而更新，其中包括船舶吃水信息。因此，AIS数据中的船舶吃水数据可以真实地反映出船舶的压载状态。其次，AIS在船舶上的应用极为广泛，几乎所有船舶都配备有AIS设备，这也为扩大压载吃水数据收集样本提供了便利。

船务公司通常需要了解其管辖船舶的航次信息，其中就包括船舶吃水信息。同样，船舶申请引航时需提供船舶相关信息，其中也包括船舶实际吃水，以便引航部门做出引航任务决策和相关安排。因此，选择船务公司数据收集和引航部门数据收集作为必要的补充。

2.2 压载吃水数据的处理分析

通过船载AIS数据收集、船务公司数据收集和引航部门数据收集3种数据收集方法得到的各吨级散货船的统计数量如表1所示，本文共收集得到1 031艘各吨级散货船的压载吃水数据。本次研究主要针对较大型船舶，35 000吨级及以上的船舶数量占到了统计总量的93%。

对收集到的处于压载状态的各种吨级散货船的吃水值数据，利用SPSS统计分析软件对其进行统计，得出不同保证率下（50%，80%，85%，90%，95%）的压载吃水值，如表2所示。

由图1可知，不同保证率下的船舶压载吃水值在50 000～100 000 DWT，120 000～200 000 DWT，250 000～300 000 DWT变化规律基本一致。不同保证率下的船舶压载吃水值在100 000～120 000 DWT，200 000～250 000 DWT产生了明显的跳跃性。

3 对比分析

综合分析船舶压载吃水取值的国内外研究现状，考虑到依据船舶横向受风面积A_XW进行分析以及依据船舶纵向受风面积A_YW进行分析2种方法都存在一定的局限性。本文选取行业认可度较高且应用较为广泛的海运经验公式（以下简称“50%T公式”）、国际海事组织（IMO）公式（以下简称“IMO公式”）、日本港口研究所（PHRI）公式（以下简称“PHRI公式”）3种计算方法与船舶压载吃水实测值进行对比分析。

通过收集《海港总体设计规范》^[11]中的设计船型尺度数据，利用50%T公式、IMO公式、PHRI公式对各吨级船型数据进行计算，计算结果如表3所示。

在海运经验公式的计算中取满载吃水的50%作为压载吃水计算值。在国际海事组织（IMO）公式的计算中，本文以总长近似代替垂线间长代入计算获得压载吃水计算值。在日本港口研究所（PHRI）公式的计算中，散货船的α、β分别取0.551、0.993计算压载吃水值。

将50%保证率、50%T公式、IMO公式、PHRI公式计算值进行比较分析，得到如图2所示的对比图。

综合分析表3及图2的计算数据，可以看出：

1）50%保证率的曲线基本位于50%T公式、IMO公式曲线的上方，即实测压载吃水数据的50%保证率取值基本涵盖了50%T公式、IMO公式计算值的取值范围。50%保证率的曲线基本位于50%T公式曲线和PHRI公式曲线之间。但在小于50 000吨级时，50%保证率的取值要大于PHRI公式的取值。在250 000吨级时，50%保证率的取值大于PHRI公式的取值。

2）80%，85%，90%，95%的保证率曲线均位于50%T公式、IMO公式、PHRI公式曲线上方。可以认为50%T公式、IMO公式、PHRI公式曲线给出了船舶压载吃水的理论计算取值下限，在船舶的实际生产运营中，根据实际情况的不同，大多数船舶的压载吃水值大于给定的理论计算取值下限。

3）50%T公式与PHRI公式曲线的变化规律基本一致，IMO公式曲线与50%T公式及PHRI公式曲线偏差较大。且船型越大，偏差越明显。这说明50%T公式及PHRI公式的取值比IMO公式的取值更保守。IMO公式曲线与50%保证率的曲线相比，也存在船型越大偏差越明显的现象。这说明船舶在实际生产和运营过程中，从保证船舶营运安全的角度考虑，压载吃水的取值也比较保守。

4 结论与建议

1）IMO公式给出的船舶压载吃水是保证船舶航行安全的最低要求，船舶在实际营运过程中，船舶压载吃水的取值要大于该要求，且船型越大，船舶压载吃水的取值越保守。

2）本文中各吨级船舶的压载吃水样本数据包括了船舶的各种载态情况，相比于依据船舶纵向受风面积A_YW进行分析的方法更具有一般性和代表性。

3）本文收集的船舶压载吃水数据真实有效，是船舶生产和营运过程中压载吃水的真实反映。通过对船载AIS数据的统计分析，得到不同保证率下（50%，80%，85%，90%，95%）的压载吃水值，可以为生产实践中的船舶压载吃水取值研究提供参考，在港口工程设计等工作中具有较强的实际应用价值。

4）以散货船为例，通过统计分析大量的AIS数据，给出了散货船压载吃水的取值。为解决船舶压载吃水的取值问题提供一种新的解决思路。在今后的研究中，可以借鉴该思路，按照杂货船、散货船、集装箱船等不同船舶类型、不同吨级收集AIS数据，统计分析得出压载吃水取值。

5）对于各船型船舶压载吃水，相关规范和标准中尚未进行统计研究。在将来规范和标准的编写过程中，可以借鉴本文提出的研究方案开展相关研究。