楊 博， 吳曉蓮， 馬躍洲

(1.上海船舶研究設計院, 上海 201203; 2.上海船舶工藝研究所, 上海 200032)

基于NAPA二次開發(fā)的船舶破損控制文件編制

楊 博1， 吳曉蓮1， 馬躍洲2

(1.上海船舶研究設計院, 上海 201203; 2.上海船舶工藝研究所, 上海 200032)

為了高效便捷地編制船舶破損控制文件，基于Naval Architectural Package (NAPA)軟件的MANAGER工具二次開發(fā)damage control booklet manager程序。介紹MANAGER工具及二次開發(fā)程序的計算流程和使用方法。重點研究船舶進水最終狀態(tài)的圖形化顯示，使高級船員能夠直觀清晰地掌握船舶發(fā)生破損事故時的實際情況，增加自身的生存幾率，從而提高船舶實際運營的安全性。

船舶破損；破損控制；NAPA；進水最終狀態(tài)

0 前言

SOLAS公約于1992年要求新造船應為貨船和客船的高級船員提供包含有船舶破損相關資料的小冊子[1]，平時做好預防性控制工作，一旦船舶發(fā)生破損，可為高級船員提供有關船舶水密艙室、維護艙室邊界、保持分割有效性等準確信息，判斷進水情況的嚴重性，通過指導后盡可能恢復船舶穩(wěn)性[2]。2006年SOLAS公約修正案要求對于概率破艙穩(wěn)性要求的船舶，應為船長提供一種簡單易懂的方式評估船舶在涉及一個或一組艙室發(fā)生破損后的生存能力[3]。

NAPA的全稱為Naval Architecture Package，該軟件是由芬蘭的NAPA公司開發(fā)的主要用于船舶總體性能計算和船體結構設計的專用軟件。從1975年芬蘭瓦錫蘭船廠開始開發(fā)NAPA軟件，到1989年成立獨立的NAPA公司，再到如今NAPA軟件的使用遍布多家船級社、船廠和船舶設計公司。NAPA軟件40年來不斷更新升級，已經成為主流的船舶性能計算軟件。本文利用該軟件的MANAGER工具[4]，二次開發(fā)了名為damage control booklet manager的程序用以船舶破損控制文件的編制，并重點研究船舶進水最終狀態(tài)的圖形化顯示，使得高級船員直觀清晰地掌握船舶發(fā)生破損事故后的生存能力，以實現(xiàn)SOLAS公約要求的簡單易懂的評估方式供船長決策[5]，提高船舶實際運營的安全性。

1 NAPA MANAGER工具

NAPA MANAGER工具是在NAPA軟件中用以運行和開發(fā)MANAGER程序的工具[6]。MANAGER程序是宏[7]文件的組合，可以對一批對象執(zhí)行一些特定的指令。MANAGER是NAPA中的萬能工具，幾乎可以執(zhí)行任何指令。對比使用宏文件來說，MANAGER工具的最大好處在于為用戶提供了圖形接口，界面友好，方便操作，達到了所見即所得的效果[8]。

如圖1所示，MANAGER窗口由目錄樹區(qū)域、預覽區(qū)域、輸入區(qū)域和標準工具箱等4部分組成。目錄樹區(qū)域用以顯示MANAGER程序的結構，其中的目錄項展開后，其包含的子項便顯示了出來。預覽區(qū)域用以顯示圖形、文字或表格形式的計算結果。輸入區(qū)域用來輸入初始變量，它由一系列的變量表VERDEF組成。標準工具箱用以執(zhí)行指令。

2 船舶破損控制文件編制

圖2所示為二次開發(fā)的damage control booklet manager程序窗口。在目錄樹區(qū)域顯示程序結構，在Damage Control Booklet目錄下有Used Criteria，Argument，Damage Cases，Result after Damaged，Print等5個子項。其中，前3個用于變量輸入，第4個用于計算并顯示計算結果，Print用于打印計算結果。

圖1 MANAGER 窗口

圖2 damage control booklet manager程序窗口

2.1 計算流程

計算流程如圖3所示。

圖3 計算流程圖

2.2 穩(wěn)性衡準定義

穩(wěn)性衡準[9]是判斷船舶發(fā)生破損后的生存能力的重要指標。在子項Used Criteria，單擊左側Edit Source按鈕可以編輯破艙穩(wěn)性的衡準，并存儲在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫DB2中。根據(jù)SOLAS公約概率破艙穩(wěn)性計算方法對生存概率的計算，定義如下5條衡準。

(1) Criterion: PROGR, 'No progr. flooding'

Maximum heeling angle < FA deg。

(2) Criterion: MINFRB, 'Minimum freeboard > 0'

Maximum heeling angle < FRB deg。

(3) Criterion: MAXHEEL, 'Maximum heeling angle < 25 deg.'

Maximum heeling angle < 25 deg。

(4) Criterion: MAXGZ, 'Maximum righting lever > 0.12 m'

Maximum GZ > 0.12 m

Range: EQ, FAUN。

(5) Criterion: RANGE, 'Range of the righting lever > 16 deg.'

Range of positive part of the GZ curve > 16 deg

Range: EQ, FAUN。

2.3 基本參數(shù)定義

在子項Argument中輸入或選擇用于計算破損控制的基本參數(shù)。Damage stability hull為用于計算的穩(wěn)性船體；Ship model arrangement為用于計算的帶屬性的艙室布置；Opening arrangement table為開口列表；Compartment connections為艙室連接表；Heeling angles用于定義需要計算哪些角度；Calculation and output option用于定義計算方法；Freeboard deck edge curve為干舷甲板邊線曲線。

上述參數(shù)的定義需要與提交船級社認可的破艙穩(wěn)性計算保持一致。在定義Calculation and output option時，PERM表示用破損液體艙的滲透率替代結構系數(shù)；NOPROGR表示不研究累進進水；CDISP表示定排水量算法。這3個參數(shù)是基于概率破艙穩(wěn)性算法給出的NAPA定義。同時需要注意的是，如果研究累進進水，需要選擇WEPROGR選項。允許累進進水的開口類型定義為unprotected或weathertight；不允許累進進水的開口類型定義為wenoprogressive或unnoprogressive。

2.4 初始條件和破損工況定義

子項Damage Cases用于定義初始條件[10]和破損工況。在右下角輸入區(qū)域填寫NAPA宏命令后，單擊其上方保存按鈕，可將定義保存至項目數(shù)據(jù)庫DB1中。

初始條件取最深分艙吃水、部分吃水和輕載服務吃水，分別定義初穩(wěn)心高和縱傾值，其中最深分艙吃水和部分吃水的縱傾取0 m，輕載服務吃水取實際縱傾，與破艙穩(wěn)性計算保持一致。宏命令格式如下所示。

INIT DCB_INI01 'Full draught (dmax=8.10 m, GM=0.95 m)'

T 8.10

GM 0.95

OK

INIT DCB_INI02 'Partial draught (dmax=7.078 m, GM=0.9 m)'

T 7.078

GM 0.9

OK

INIT DCB_INI03 'Light service draught (dmax=5.544 m, GM=2.0 m)'

T 5.544

TR -1.605

GM 2.0

OK

IGR DCB_INI

INI DCB_INI01 DCB_INI02 DCB_INI03

OK

該示例最后將3個初始條件定義到初始條件組DCB_INI中。示例中INIT為初始條件的名稱定義；T為吃水；GM表示初穩(wěn)心高；TR表示縱傾值。

為了便于船長簡單明了地評估船舶破損，計算的破損工況一般選取機艙區(qū)域和各貨艙區(qū)域分別單獨破損時的工況。宏命令格式如下所示。

DAM DCB_D01 'Damage of Cargo hold1'

STA FINAL

ROO R1.01 R2.02SP R2.01P R8.56

OK

…

DGR DCB_D

DAM DCB_D01 …

OK

該示例中：R1.01為第一貨艙；R2.02SP和R2.01P為R1.01左舷的邊壓載水艙和雙層底壓載水艙；R8.56為R1.01左舷的舷側空艙；DCB_D01為該破損工況的名稱定義。其他破損可按此格式分別定義。最后將各破損工況定義到破損工況組DCB_D中。

滲透率按照SOLAS公約關于概率破艙穩(wěn)性的有關定義(已在Ship model arrangement定義，與破艙穩(wěn)性計算保持一致)。

2.5 計算結果輸出

單擊子項Damage Cases左側force update按鈕進行破損控制計算并生成計算結果。計算結果包括進水最終狀態(tài)的船舶浮態(tài)總結表和各破損工況進水最終狀態(tài)的圖形化顯示。

程序后臺用于計算的宏命令如下：

SEL CASE @DAMCBIGR_/@DAMCBDGR

CAL @DAMCBIGR_/@DAMCBDGR。

其中：@DAMCBIGR為之前定義的初始條件組；@DAMCBDGR為之前定義的破損工況組。

3 船舶進水最終狀態(tài)圖形化顯示

船舶進水最終狀態(tài)圖形化顯示是本文研究的重點，顯示結果的范例如圖4所示，其中：最上方為船舶破損后的安全度標識；中間圖示為船舶進水后的浮態(tài)；左下方為船舶進水后的復原力臂(GZ)曲線[11]；右下方為船舶進水最終狀態(tài)的有關穩(wěn)性參數(shù)。

圖4 船舶進水最終狀態(tài)圖形化顯示范例

船舶破損后的安全度標識：綠色表示安全；黃色表示存在危險；紅色表示船舶傾覆[12]。當5個破損穩(wěn)性衡準全部滿足要求則判斷為綠色；部分穩(wěn)性衡準不滿足要求則判斷為黃色；如果最終狀態(tài)的橫傾角小于進水角或初穩(wěn)心高小于0，判斷為紅色。后臺程序代碼如下：

asg dres @cnc(dasinit(iini),'/',dasdam(idam)) stage=*last

@if abs(dadrgmgm(1))>999 then

@colour='RED'

@else

@if or(abs(dadrheel(1))>abs(dadrfa(1)),abs(dadrheel(1)>999),dadrgma(1)<0) then

@colour='RED'

@else

@if or(dadrgm(1)

@colour='YELLOW'

@else

@colour='GREEN'

@endif

@endif

@endif

船舶進水最終狀態(tài)的浮態(tài)圖形通過如下代碼繪制，命名為prof和sec，并分別臨時存儲到數(shù)據(jù)庫中，prof為側視圖，sec為橫剖面圖。

set get setprof

drw float @cnc(dasinit(iini),'/',dasdam(idam)) stage=*last

!send to db name=prof !

set get setsec

drw float @cnc(dasinit(iini),'/',dasdam(idam)) stage=*last

!send to db name=sec !

復原力臂曲線圖形通過如下代碼繪制，命名為gz臨時存儲到數(shù)據(jù)庫中。

!gr +f

!e

pq gz heel gz

POO GZ, BOX=AXIS, LGTEXT=S, size=(0.3 0.2),

LEGEND, LGTYPE=IL, FONT=DIAG, NET=BGNET thi=2.5 tha=2.5,

ARG: AXIS=Z, RANGE=OFF,

GZ: AXIS=LB, PEN=A1, RMARG=*0.1,

EPHI: AXIS=LB, RANGE=GZ, PEN=A2, LABEL='',

MS: AXIS=LB, RANGE=GZ, PEN=A3, LABEL='',

IMRES: AXIS=LB, RANGE=GZ, PEN=A4, LABEL='',

RESMRG: AXIS=LB, RANGE=GZ, PEN=A1, LABEL=''

pld gz @cnc(dasinit(iini),'/',dasdam(idam)) max=1 stage=*last

!send to db name=gz !

通過讀取如表1所示的變量獲得船舶進水最終狀態(tài)的有關穩(wěn)性參數(shù)。將各參數(shù)同樣做成名為text的圖形存儲到數(shù)據(jù)庫中。

表1 有關破損參數(shù)的NAPA變量

最后，將各圖形從數(shù)據(jù)庫中取出，按照圖4所示進行定位，生成新的圖形用于報告中，代碼如下：

dr

!e

draw temp

sca 1

fig prof (0 -1.2) size 5 1 ul

fig sec (5.5 -1) size 1.5 1.5 ul

fig gz (0 -2.5) size 3.5 4 ul

fig text (4 -2.5) size 3 4 ul

end

!sent to db name=damcon.D@idam_I@iini !

fig damcon.D@idam_I@iini size 0.163 0.163 lm。

4 結語

基于NAPA軟件二次開發(fā)的damage control booklet manager程序，通過定義破損穩(wěn)性衡準、輸入計算參數(shù)、定義破損工況、計算和打印即可快速生成破損控制文件。全文詳細介紹了包括安全度標識、浮態(tài)、復原力臂曲線和各穩(wěn)性參數(shù)的進水最終狀態(tài)圖形化顯示功能實現(xiàn)。目前，該程序已應用于1 100箱集裝箱船、31 000 t多用途船、12 500 t多用途重吊船等50艘船，編制的破損控制文件能夠非常直觀地為船長提供指導，極大地提高了船舶實際運營的安全性。

[ 1 ] IMO. International convention for the safety of life at sea (SOLAS) consolidated edition[S]. 2014.

[ 2 ] 秦臻, 張德高. 干貨船破損控制手冊的編制[J]. 中國航海, 2002(2): 35-40.

[ 3 ] IMO. Guidelines for damage control plans and information to the Master (MSC.1/Circ.1245)[S].2007.

[ 4 ] Napa Ltd. NAPA manuals [R]. 2013.

[ 5 ] 劉聯(lián)明, 嚴一超, 林嘉昊，等. 基于穩(wěn)性實時計算技術的船舶破損智能扶正系統(tǒng)研究[J]. 船舶, 2015(4): 118-122.

[ 6 ] 謝云平, 李娟, 劉可峰. 基于NAPA的螺旋槳圖譜設計模塊開發(fā)研究[J]. 造船技術, 2008 (6): 38-41.

[ 7 ] 周煜, 張時運. NAPA二次開發(fā)在船舶概率破艙穩(wěn)性校核中的應用[J]. 南通航運職業(yè)技術學院學報, 2013, 12(3): 26-30.

[ 8 ] 楊博. 概率燃油艙保護計算在NAPA中的實現(xiàn)[J]. 上海造船, 2010 (2): 17-20.

[ 9 ] 羅維明. 用ExcelVBA處理TRIBON輸出的油船破艙穩(wěn)性報告文件[J]. 廣船科技, 2012(1): 51-53.

[10] 孫家鵬. 破艙穩(wěn)性新規(guī)范探討[J]. 上海造船, 2009 (4): 28-33.

[11] 郝寨柳, 劉祖源, 程細得，等. 破損部位裝載方式對破艙穩(wěn)性的影響[J]. 武漢理工大學學報(交通科學與工程版), 2015, 39(1): 38-40.

[12] Peickert Ch. Model Booklet for Container Vessels - Damage Control Booklet[S]. Germanischer Lloyd, 2005.

Compiling of Damage Control Booklet Based on NAPA Secondary Development

YANG Bo1, WU Xiaolian1, MA Yuezhou2

(1. Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute, Shanghai 201203, China;2. Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute, Shanghai 200032, China)

In order to compile ship damage control booklet efficiently and conveniently, the damage control booklet manager program was secondarily developed based on NAPA NANAGER Tool of Naval Architectural Package (NAPA).The MANAGER Tool and secondary development program are introduced. The graphical display of ship final flooding stage is emphatically introduced, which make officers know the survivability directly and clearly when ship is damaged and improve safety of ship operation.

ship damage; damage control; NAPA; final flooding stage

楊 博(1981-)，男，高級工程師，現(xiàn)從事船舶總體設計和研發(fā)工作。

1000-3878(2017)01-0083-06

U662

A