配载仪也会出错！横摇周期怎么算都不对！

韩国大山船厂1011TEU系列船舶配载仪GM0计算值较实际值偏小情况分析及对策

我司在韩国大山船厂（DAE SUN SHIPBUILDING & ENGINEERING CO.,LTD）于2018年至2019年陆续接新船6艘，此系列船舶均略小于一万总吨，总长141.00m，型宽24.80m，型深11.20m，夏季满载吃水8.20m，满舱标箱1011TEU，主机功率6331KW X 119.7RPM，侧推功率740KW。相对于我司其他类型日本自引型船舶来说，总长较短（通俗来讲为七个半舱），型宽较宽（横向为10列），载箱量较多，主机功率稍小，侧推功率较大。

在该系列船工作10月有余，在长期工作中逐渐对配载仪有了较为透彻的认知。在我轮配载仪中显示，压载舱的边舱自由液面对G0M影响较小，底舱自由液面对G0M影响较大，比如NO.4F WBT-C的自由液面对G0M的影响值可达到1m，但是在实际测算中，发现配载仪对GM0的计算误差太大，如下列三个实例：

1、时间2020-01-08，航次2002W，自横滨开向名古屋，地点相模滩，西南风7级，浪4级。配载仪计算自摇周期15.1s，Allowable G0M=1.437m，Current G0M=1.83m，货物重心高度选择45%。实际测得横摇周期9.5s，对应Current G0M=4.6m。调整底舱自由液面，使得Current G0M=1.657m，对应自摇周期15.9s，但是经过实测，自摇周期仍然为9.5s。航行至骏河湾南部时，风力9级，浪5级，由于风浪太大，波浪周期9s，自摇周期9.5s，处于谐摇状态，横摇幅度很大。由于剧烈横摇，危及船舶安全，于是开往骏河湾抛锚。锚地西风7级，浪4级，锚抓牢完车舵之后，再次调整自由液面，将所有底舱压载水比例调整到90%，Current G0M=0.5m，远远小于Allowable G0M=1.436m，但是经过实测，横摇周期仍然为9.5s，经配载仪数据模拟，相当于各底舱都没有自由液面。

2、时间2020-01-15，航次2003E，自上海开向名古屋，地点东海，北风四级，浪三级。配载仪计算横摇周期15.08s，Allowable G0M=1.554m，Current G0M=1.626m，货物重心高度选择45%。实际测得实际横摇周期13.3s，对应实际Current G0M=2.122m，比计算值大0.496m，船上有两个底舱不满舱，一个为90%，另一个为15%，经配载仪数据模拟，相当于这两个底舱都没有自由液面。

3、时间2020-01-19至01-26，航次2006W，我轮于日本大岛附近海域空船压载漂航待泊。各底舱水量为70%至80%，配载仪计算横摇周期13.8s，Allowable G0M=1.400m，GM=6.495m，GG0=4.139m，Current G0M=2.356m。实际测得实际横摇周期8.3s，即对应实际Current G0M=6.5m，经配载仪数据模拟，相当于各个底舱没有自由液面。

2020-01-28，我轮进行“进入封闭处所和救援”演习，模拟位置为压载舱四舱底舱，上午打开两个道门进行机械通风，下午进行演习。演习结束之后再次进入四底舱，仔细核实压载舱内部结构，从而分析自由液面对G0M的影响情况。通过研究对比压载底舱结构和图纸，两者是完全一致的。

由于四舱底舱位于船舶整体中部，横剖面为标准矩形结构，现进行理论分析：

根据图纸查得，该底舱长度为L=13.64m，液面最宽为B=22.84m，自由液面惯性矩计算如下:

ix=LB3/12=13.64*22.843 /12=13543.2m4，

ρix=1.025*13543.2=13881.8Mt.m

分析结果如下：

1、ρix=13881.8Mt.m和99.999%时Actual FSM=13728.5Mt·m相近，由此可知配载仪显示的Maximum FSM=11584.6 Mt·m是错误的；

2、此数据是完全没有考虑纵向分隔情况下的理论数据，但是实际上由压载舱图纸和实际内部结构来看，压载舱是分为许多相对独立的小舱室，如附图所示。

0%---18%，近似24等分；

18%---82%，近似分为8大2小舱室，粗略计算可视为9等分，计算结果偏于安全；

82%---100%，近似26等分。

以2015E航次，青岛---东京航次为例，排水量Δ=14929Mt，

（1）当NO4F WBT-C压载水量比例为0%---18%时，纵向分隔将压载舱近似24等分，

18%时，自由液面惯性矩最大

δGM= ρix /Δ=8625.7/ 14929=0.58m

GG0= δGM/242=0.001m≈0。

（2）当NO4F WBT-C压载水量比例为18%---82%时，纵向分隔将压载舱近似9等分，

18%时：

δGM= ρix /Δ=8625.7 / 14929=0.58m

GG0= δGM/92=0.007m≈0。

82%时：

δGM= ρix /Δ=12930.2 / 14929=0.87m

GG0= δGM/92=0.011m≈0。

（3）当NO4F WBT-C压载水量比例为99.999%时，纵向分隔将压载舱近似26等分，

δGM= ρix /Δ=13881.8 / 14929=0.93m

GG0= δGM/262=0.0014m≈0。

由此实际测算和理论分析都可知，压载底舱自由液面对稳性的影响近乎于零。所以不能通过压载水自由液面来调整G0M，只能是通过货物来调整。由于船舶整体结构的布局，我轮GM一直偏大。而GM值过大则会使船舶在波浪中的横摇周期短，摇摆幅度大，不仅影响船舶整体安全性，还会影响船舶正常工作，导致设备和货物易受损、人员感到不适。所以每次做配载工作时，都会仔细核实GM，甚至在某些情况下，还会告知码头配载将重货调整至甲板一、二层，十吨至二十吨的放在甲板三层，十吨以下的放在甲板三、四层，空箱和轻箱下舱，用以调整GM，尤其是在货量较少的情况时。

在后续几个航次中，根据装载状态进行压载水的调整，不管底舱压载水比例多少，均将自由液面影响值调为0，测得实际横摇周期和计算值基本保持一致。稳性过大有其弊也有其利，在重载甚至满载时也会有足够的稳性，载货能力远超其他类型的一万总吨船舶。如我轮2029E航次，自青岛开向平泽，航线部主管提前通知预计全船装货9500Mt，所以抵港前排出了适量的压载水，以保证正常的货物配载。经模拟装载，我轮在燃油、淡水全满时，可载货10000Mt左右，仍可保证有足够的稳性。（在此提醒各位，此举主要是为了航行安全，输出报告记得使用标准数据）

每次做配载工作之前，我都会查看海浪分析图和海浪预报图，尤其关注海浪周期，以此来调整配载方案，确定最小船舶自摇周期，避免谐摇。历史上，19世纪初法国昂热市的一座大桥因大队士兵齐步走产生的频率与大桥的固有频率吻合，导致桥梁断裂坍塌。这种现象被称为“共振”，与谐摇的原理相似。船舶在波浪中航行时，如果其横摇固有周期与波浪周期接近，也会产生类似的谐摇现象，加大船舶摇荡的幅度，可能导致翻船。

‌谐摇‌是指当船舶在波浪中航行时，如果横倾力矩的周期与船舶的自摇周期一致，船舶的横摇角会显著增加，导致船舶摇摆最剧烈，甚至倾覆。谐摇的产生主要是由于作用在船上的外力矩呈周期性变化。当横倾力矩的作用方向与稳性力矩一致，并且横倾力矩的周期与船舶的自摇周期一致时，船舶的横摇角会显著增加，即发生谐摇。

‌中国沿海波浪的周期一般为0.5s--25s‌。海浪是由风产生的海面波动，其周期通常在这个范围内‌。具体来说，海浪的周期是指波浪从一个波峰到下一个波峰所需的时间，这个时间范围涵盖了从零点几秒到数十秒不等。在长期的工作中发现，中国沿海海浪周期以6s--12s居多，与此同时，我轮在正常配载时，自摇周期非常接近这个区间，不可避免地会遭遇谐摇现象。

根据船在波浪中的横摇的理论，在Tθ/Tb=1（Tθ自摇周期，Tb海浪周期）的附近区间内，存在一个摆幅较大的谐摇区，这个区间相当于：0.7

为了避免谐摇，可以采取以下措施：

1、‌调整船舶配载‌：在配载时使GM（稳性高度）的取值在合理范围内，满足稳性要求的同时也能避开谐摇区，通常应避开船舶横摇周期与波浪周期比值为0.7到1.3的区间。

2、‌调整航速‌：航速的改变可以有效改变谐摇频率；

3、调整航向：调整航向，可以彻底破坏波浪与船舶之间的频率关系，改变船舶在波浪中的遭遇周期。

集装箱班轮航线较为紧张，采取调整航速和调整航向的措施会在一定程度上影响到正常的班期安排，所以应首先合理配载来调整GM，来确定合适的横摇周期，避免谐摇。在合理配载的前提下，如若仍需避免谐摇状态，再考虑调整航速和航向，以保证航行安全和货物安全。

上海海丰海事服务有限公司船长：陆相辉

2024年12月12日

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