技术经济与船型论证4-2013

第四章运输船舶船型技术经济论证4.0概述1、运输船舶船型技术经济论证的目的和任务目的：在设计建造一艘新船时，应根据已定的运输任务和使用条件，在总结现有同类型营运船经验的基础上，建立不同的船型方案，通过技术经济论证，选择技术上先进、经济上合理的船型，以不断提高运输效率和经济效益。最优方案运输任务不同技术方案

评价技术经济论证运输船舶技术经济论证的任务(作用):为规划船舶发展提供科学依据,包括合理运输方式及相应船舶方案的论证,远期发展方案的论证；为制定船舶技术政策提供依据；为制定船舶设计任务书提供依据；新船设计时，选择合理的船型和设计方案:合理吨位\主要要素\主要技术性能\经济效果2、船舶技术经济论证的一般程序:(1)背景分析:通过调查研究掌握原始资料进行背景分析——4.1(2)论证方案设立——4.2(3)船型方案的技术分析、营运分析、经济分析——4.3、4.4、4.5(4)船型及设计方案优选与排序——4.6指标、4.7(5)敏感性分析和风险分析——4.8

4.1背景分析基础、依据——船型技术经济论证的第一步进行调查研究，掌握原始资料背景分析1〉限制条件——港口、运河、船闸、船台等；2〉船舶吨位——

航线的货量、运距、装卸效率等；3〉船舶航速——运距、装卸效率、船型、燃料价格等；1〉货流——现状及发展前景2〉航线——

航线的运距，气象，水文3〉港口——泊位大小、长度，水深，装卸效率，停泊时间4〉船厂5〉主机及配套设备6〉国际法规7〉现有营运船舶特点8〉国家技术政策9〉投资预算……4.2论证方案的设立船舶技术经济论证的基本方法是方案比较法通过背景分析弄清船舶营运经济条件之后，重要的问题是设立若干了方案，经过分析论证，从中选取最优方案。论证方案的设立：

主要是根据任务书要求的客货流、航线、装卸等营运条件并综合分析有关影响船型的因素后设立的；同时也要参照国内外现有同类型船的水平与动向；通常货船设立不同载重量、航速、动力装置组成的各种方案，客船与客货船还应该考虑客位、班期、客货比等。4.2.1确定运输方式与船舶类型——首要问题采用何种船舶运输方式与船舶种类来完成既定运输任务。1、运输方式同一运输任务，可以选择多种船舶运输方式，拖驳与自航船，自卸与岸卸，中转与直达，单船与船队等等，组成多种不同的方案；2、专用船还是通用船

专用船的优点：是可以提高运输效率——主要是装卸效率，缩短航运周期。专用船的缺点：船型特殊，只适合单程货载，反程往往空放，船舶利用率不高。通用船相反。各种船型：液货船：原油船、成品油船、化学品船、氨水船、磷酸船、硫酸船、沥青船、液化天然气船、液化石油气船等；散货船：一般散货船、铁矿船、铜矿船、运煤船、化肥船等；包装货物船：集装箱船、半集装箱船、滚装船等特种货物船：运木船、木屑船、重货船、牲畜船、冷藏船、香蕉船等；客船类：客船、渡船、旅游船、气垫船、高速双体船、小水线面船等。兼用船型：多用途船、车辆—散货船、集装箱散货船、集装箱滚装船等。4.2.2确定船舶载重量(吨位)1、船舶吨位主要取决于：货种、货批量、运距及装卸效率、港口与航道的尺度限制等。2、一般规律：船舶载重量越大，其经济效益越好。

客货运量充足时，载重量宜取大些；反之，应取小些。客货运量充足时，充分利用航道条件。航线运距长，平均装卸效率高，宜取大吨位，反之，载重量宜小些。货源季节波动性大，运低值大宗货物-载重量宜大些，高值小批量货物-载重量宜小些。港口有扩建，载重量宜大些。贷款利率高，船价上升比率高，现有资金少，载重量宜小些。4.2.3确定船舶航速1、船舶航速的影响因素：船舶类型、吨位、运距、装卸效率、货物价值、航区自然条件等。2、根据国内外船舶的航速概况，设立航速的大致范围：集装箱船14～22kn;多用途杂货船10～18kn；成品油船与运木船11～16kn；散货船、原油船、矿砂船11～14kn；长江中下游船队8～16kn,上游8～20kn；客船、客货船与客滚船根据具体航线与班期而立。4.2.4选定船舶动力装置1、现代船舶运输的主要动力装置：柴油机、汽轮机、燃气轮机和核动力。（燃气轮机的体积小、扭矩大、启动加速快、可靠性高、适用多种燃料，缺点是油耗高，空气吸入量大

）低速柴油机：转速小于300r/min2、柴油机的分类：中速柴油机：300～1000r/min高速柴油机：转速大于1000r/min功率在7533kW以下，船舶中速和低速柴油机并驾齐驱；7533kW以上，以低速机为主。高油耗影响柴油机选型的因素（6个）1、主机重量尺度指标对船舶技术经济性的影响低速机体积大、重量大——耗油小，噪音小；货舱容积载货量中速机单位功率重量仅为低速机的：30~40%内河及沿海小型船舶多用中速机，对舱容要求高的运木船、滚装船也多采用中速机；而油船、散货船、等对容积要求不那么突出的则用低速机。2、主机功率与转速国内(1)额定功率：指在标准状态和额定转速下，保持12小时两虚运转的功率(2)持续功率(常用功率)：指能长时间连续运转的功率，一般约为额定功率的85～90%国外(1)最大持续功率(MCR)：为环境负荷ISO条件下，柴油机可持续运转的功率；(2)持续服务功率(CSR)：为船舶海上航行时，可持续运转功率，通常为MCR的85～90%螺旋桨转速低，则推进效率高，相同航速下，主机功率也随之减少，节省了燃料，降低了成本。为了提高船舶经济型，采取低转速主机，提高推进效率，节省燃料，是选择机型时应该考虑的一个重要因素。3、燃润料费燃润料费占营运费用的30～40%。节省燃料，选择耗油率低、热效率高、且能燃烧劣质油的柴油机作为主机，有利于经济性的提高。4、主机价格动力装置在船舶造价中占据较大比例：20～40%。不同品牌的价格相差较大5、寿命与维修一般来说，低速机的寿命比中速机长，维修工作量也小；不同品牌的寿命相差较大6、振动和噪音主机激励是引起船体振动的主要振源之一共振就一般情况而言，中、高速机要比低速机的振动和噪音大2、船舶技术经济论证的一般程序:(1)背景分析:通过调查研究掌握原始资料进行背景分析——4.1(2)论证方案设立——4.2(3)船型方案的技术分析、营运分析、经济分析——4.3、4.4、4.5(4)船型及设计方案优选与排序——4.6指标、4.7(5)敏感性分析和风险分析——4.8在确定了船舶类型、吨位、主机、航速等形成论证方案之后，接下来的工作技术对诸方案进行技术分析。技术分析的主要任务是：对所设立的各船型方案进行技术参数和技术性能计算、确定排水量△、主要尺度（船长L\船宽B\型深D\吃水T）、方形系数Cb、空船重量LW、主机功率PB、航速V、舱容、稳性、横摇周期、操纵性等一系列技术性能的估算和校核。对不同类型船舶，计算其技术性能的方法也有差异，具体计算方法及估算公式参加《船舶设计原理》和《船舶静力学》有关章节。4.3船型方案的技术分析运输能力：船舶在一年内所完成的货（客）运量或货（客）运周转量称为船舶运输能力，简称“运力”。可以表示为：4.4船型方案营运分析货运量：货运周转量：2、年航次数a、年营运天数TZ：等于365天扣除修理船、航线港口冰冻封期天数等之后实际从事运输的时间。国内船舶营运期大致范围如所示。(次)一个航次为船舶航行一个往返。年航次数等于年营运天数TZ除以航次时间t，即：b、航次时间t4.5船型方案经济分析4.5.1船价估算4.5.2年营运开支（年运输成本、航运成本）4.5.3年收入及年利润4.5.1船价估算船价出其本身是重要的经济指标外，又是计算其他经济指标的基础经济数据。在不同的设计阶段估算方法也不同（已讲）

整船估算法对比估算法分项估算法详细估算法

4.5.2年营运开支（年运输成本、航运成本）

船舶年营运开支是一艘船在一年内各种开支总和，也称单船年运输成本。我国现行营运开支的估算方法，分五个大项估算，即：(一）与船价有关费用；(二）船员费用；(三）燃料费；(四）港口费；(五）其他费用。（一）与船价有关费用1、折旧费2、修理费船舶在使用过程中为保持船舶持续营运，隔一定时间（除个别损坏事故外）要进行修理，分岁修与特检等。船舶年修理费是船舶各种修理费用的年度分摊值，按船价的一定百分数计，此项费用也称修理基金提存。对远洋船修理费提存率为2.5%，沿海船为3.5%，长江船为4.5%。3、保险费保险费是用船部门向保险公司提出保险而交付的费用，一般取保价的一个百分数。远洋船向国外保险，由航运公司提出保险。保价不等于船价，在经济论证阶段可假定与船价相等，船舶年度保险费则取船价的一个百分数，一般杂货船取0.55%，油船取0.7%。（二）船员费用每船每年付给船员的费用，分基本工资、辅助工资、伙食费、航行津贴、奖金等项。我国船舶的船员费约占总营运费用的3%～5%。

（三）燃润料费用

燃润料费用是指船舶动力装置所消耗的燃料与润料费用。根据主机、副机（如发电机）、锅炉设备的功率和单位耗油量以及工作时间，按当时的燃料及润料的价格计算出船舶年度的燃料及润料费用。具体计算时要分航行与停泊两种状况。航行时主机功率取最大持续功率的80%～85%；柴油发电机功率，在航行时与用船上起货设备进行装卸时为80%，停泊时为70%；锅炉的使用，对柴油机船，航行时用废气锅炉，停泊时用燃油锅炉，其工作时间为停泊时间的25%～50%。原油船和重质成品油船要考虑暖油问题的特殊需要而另加计算。

<P73——估算的参考公式>主机所用轻、重柴油比例：远洋船为15%：85%或10%：90%；近海船为20%：80%；长江及沿海船为20%：80%。润料费可按主机、辅机的实际需要而分别细算。在论证阶段可取燃料费的一个百分数计入，海船低速柴油机取为7%～10%，中速柴油机取为10%～15%，长江船取为17%。蒸汽机装置的润料消耗比内燃机装置低得多，可取为2%。（四）港口费

港口费是在港口发生的的各种费用，港口费分与净吨有关的费用和与货吨有关的费用以及其他等项。①与净吨有关的费用包括引航、移泊、码头、港务等费用，可比例于净吨位计算；②与货吨有关的费用包括装卸费、保管费、理货费、代理费等，可比例于货物吨数计算；其他项费为使用拖轮费用、供油供水费用、开关舱费用等。

航次港口费=净吨×与净吨有关费率+货吨×与货吨有关费率+航次其他港口费用。

年度港口费=航次数×航次港口费。

对国内船舶可按现行规定标准计算。国外航行船舶，因国外港口费名目繁多，且港口规章制度各国不同，可分析同一航线相近船舶的营运实际资料确定平均单位费率（如每货吨费率或净吨费率）计算。

（五）其他费用

包括物料费、企业管理费、其他开支（如办公用品费、邮电费用、修理仪器费用等），一般占总成本的15%左右。这样，年度总成本为：4.5.3年收入及年利润

(一)年收入B货物运价按运价标准选定，因货物种类及运输里程而变

(二)年利润AC

由于企业要缴纳所得税，因此就产生税前收益和税后收益、税前利润和税后利润的概念。不计企业所得税的年收益和年利润即为税前年收益和税前年利润。税后年收益是船舶年营运收入扣除年营运费用和税金以后的余额。税后年利润是船舶年营运收入扣除年总成本和税金以后的余额。

船舶技术经济论证的基本方法是方案比较法，其过程为：设立众多的船舶方案，通过技术分析、营运分析、经济分析后，选出一组技术上可行，营运、经济上合理的船舶方案。优选标准——指标体系优选的标准是一系列的技术指标、营运指标、经济指标组成的指标体系。鉴于这些指标的数量繁多、功能各异，有的指向完全一致结果，有的却相互矛盾，没有必要在优选每一艘船舶方案时都列出所有的指标来进行比选，为此，要有针对性的挑选一组指标组成指标体系来进行优选。指标可有不同的形式，使用时须根据具体情况选择适宜的技术、经济指标。4.6评价船型方案的指标体系技术、经济指标技术性指标经济性指标不考虑时间价值的—静态指标考虑时间价值的—动态指标载重量系数、舱容利用率、稳性、横摇周期、海军系数、回转直径、载重量功率比、船舶效能等运输能力、单位运输成本、单位运量投资、综合经济指标、年利润指标、投资回收期、主要材料和燃料消耗指标等总费用现值、净现值、净现值指数、平均年度费用、必需运费率、内部收益率、投资偿还期

等

载重量系数船舶载重量与其满载排水量的比值，即为载重量系数。载重量系数大小：不仅与船型、尺度、结构、材料、航速、续航力、主机类型等因素有关，也取决于船舶的设计建造水平，预期使用寿命以及船舶规范的要求。同一种船型满足结构强度与营运的要求的条件下，载重量系数越大，船舶排水量的利用程度越高，船舶的技术经济性能越好。技术性指标：容积利用率：船舶载货容积与型容积的比值就是容积利用率，其计算方法随不同船型而不同。容积利用率的大小，与船舶类型、尺度、结构、航速、续航力、主机类型有关，也取决于船舶的设计建造水平。该指标越大越好。舱容利用率散货船、液货船集装箱船滚装船海军部系数比较船舶快速性的系数：在相同大小航速的条件下，海军部系数越大，船舶的快速性越好，主机功率与燃料消耗越小。△——排水量V——航速P——主机功率稳性安全性，使用性，技术性能船舶规范和公约要求：初稳性、稳性衡准、破舱稳性要求；不同船舶的稳性要求不同；初稳性高度与横摇和缓性的矛盾：初稳性高大，则横摇周期过短，不仅影响船舶安全，还会使船员晕船。横摇周期指船舶在做无阻尼自由横摇时，每一横摇循环所经历的时间间隔。横摇周期是船舶适航性的重要指标，过小，船舶横摇剧烈，旅客不适，船员难于工作，船上仪器设备易损坏，不利于货物与船体结构的完好，甚至造成货物急剧移动而倾覆船舶，故希望横摇周期尽可能大些。但是横摇周期过大，初稳性高会减小，不利于稳性。耐波性船舶在波浪中的运动性能6自由度横浪时，当船舶固有横摇周期与波浪周期之比为0.7~1.3时，接近谐摇区，应避开谐摇区；主尺度与船型参数的匹配，降低纵摇升沉的幅值。操纵性横向稳定性，回转性不同船型要求不同远洋运输船:侧重于航行稳定性沿海船、江河船、港作船：侧重于回转性，兼顾航向稳定性回转性极好：回转直径约1×Ls回转性良好：回转直径约3×Ls回转性差：回转直径约10×Ls影响因素：舵面积大小、船的水下形状、主尺度及船型系数振动性能船－机－桨－波浪，周期性干扰力－振动－使船疲劳、仪器设备失常、船体结构出现裂缝或疲劳破坏避免有害振动：主动控制主机激励－改变主机或船舶主要要素以改变其固有频率；改变主机布置；更换主机型号或带平衡装置；螺旋桨激励－改变尾部伴流，尾部型线设计优化1、单位运输成本船舶完成的单位运量所付的开支即为单位运输成本。单位运输成本等于年度总成本除以年运输能力。

单位运输成本是一个综合性指标，它反映了船舶技术性能（如航速）状态、劳动力消耗程度、设备资金的利用程度、企业管理水平等。在船舶技术经济论证中，常作为主要的评价指标。按这项指标评价，单位运输成本低的方案经济性好。但是在燃料价格较高及折旧费提存提高时，按这项指标将会出现船型方案的速度低和船长过短的缺点。

经济性指标：2、单位运量投资

船舶的单位运量分摊的投资（或分摊的造价）称单位运量投资指标。

单位投资指标低，表明获得单位运输能力投资少，资金利用效果好。但此指标低，并不意味着单位运输成本一定低，常用它作为辅助指标。

3、综合经济指标

这项指标既考虑投资又考虑成本的影响，故称综合经济指标。该指标越低则说明经济性越好。

4、主要材料和燃料消耗指标例如：单位运输量燃料消耗量（燃料消耗指标），单位运量钢材消耗指标。能源紧张、燃料价格高涨，节省燃料是船舶设计要考虑的重要问题，这时可以单位运输量燃料消耗作为衡准的经济指标吨海里耗油量RFD

FCD——日耗油量，t/d

DWT——载重量VS——设计航速5、平均年费用AAC——动态将投资的现值用复利计算平均分摊到每年，再加上每年平均的营运费用即为年平均费用：该指标直观的反映了每年的开支，得到广泛的应用，尤其适用于使用期不同而不考虑收入、或年收入相近的方案论证。6、必要运费率RFR——动态其含义是为达到预期的投资收益利率，单位运量所必需的运费。当知道各方案的年货运量时，采用该指标比指标更能看出各方案投资效果的好坏。该指标最小的方案就是经济上最好的方案，必需费率按下式计算

AAC——平均年费用评价指标体系确定了之后，选择适当的评价方法进行计算排序，找出最优方案。参数分析法（网格法）、模糊综合评判法、层次分析法、最优化法等。4.7船舶论证方案优选与排序_方法参数分析法（网格法）参数分析法的做法是系列变化各设计变量（载重量、载货量、船长L、船宽B、型深D、吃水T、方形系数Cb等），组成一系列的设计方案，对每个方案都进行技术经济性能的计算，然后根据评价指标体系和经验进行评价。优点：简单、直观；缺点：变量多时计算量大。变量数n=5，每个变量取值数m=3，mn=243船型参数船长船宽型深吃水方形系数最优化方法开始输入原始数据最优化算法变量是否最优设计模块输出结果结束目标函数约束条件设计变量否优化程序流程图其中：最优化问题标准形式：设计变量——需要我们确定或输入的变量

求某船的最佳主尺度，吃水d一定，船长L,船宽B,方形系数Cb对性能影响较大，可取为设计变量，其它要素可用一定的函数关系表示。目标函数——指标体系（技术指标、经济指标）评价方案优劣的标准。约束条件——限制条件。

一类是对自变量的边界约束和主要尺度比的约束（165m≤L≥185m；B≤32.2m；L/B≤6.5）一类是对性能的约束，给出对技术指标或经济指标的约束（初稳性高≥0.5m；航速≥13.5kn;造价≤1.5亿）单目标优化问题多目标优化问题具体计算参考《实用最优化方法》唐焕文多目标综合评价：指标体系有多项指标组成——模糊综合评价法、层次分析法、加权平均法、功效系数法、主次兼顾法

、专家打分法等。多目标综合评价问题解决步骤：（1）列出被评价方案；（2）建立评价指标体系，并计算出各指标值；（3）将各评价指标值进行无因次化（无量纲化）处理——使其具有可比性（4）确定各指标的权重——各指标的重要度；（5）计算得出总排序。奖学金评比问题：指标对应指标的重要程度1)学习成绩（百分制）70%2)德育（十分制）10%3)社会工作（20分制）15%4)寝室卫生（十分制）5%

指

标张三李四王二学习成绩859280德

育1089社会工作161820寝室卫生86101.列出被评价方案；2.建立评价指标体系；张三、李四、王二参加评选一等综合奖学金综合一等奖学金评比：指

标张三李四王二学习成绩8592100德

育1089社会工作161820寝室卫生86103.无因次化——具有可比性：

a.方案的指标值/各方案指标值的最大值（正项指标）；b.方案的指标值倒数/各方案指标值的最小值的倒数（负项指标）指

标张三李四王二学习成绩0.850.921德

育10.80.9社会工作0.80.91寝室卫生0.80.614.确定各指标的权重——各指标的重要度；70%,10%,15%,5%5.计算得出总排序：各指标值×权重求和张三：=0.85×70%+1×10%+0.8×15%+0.8×5%=0.856；李四：=0.92×70%+0.8×10%+0.9×15%+0.6×5%=0.886；王二：=1×70%+0.9×10%+1×15%+1×5%=0.990

王二>李四>张三例:常规方法:在对某载重量为2万吨成品油船进行方案论证时，用网格法获得4个较好方案，其相应的各项技术、经济衡准指标如下表所示，假定四项评价指标的重要度分别为：0.9、0.6、0.7、0.65。试用多目标评价方法进行方案排序，确定最优方案。评价指标方案1方案2方案3方案4造价（万元）2000220024002000净现值（万元）480520540450内部收益率13%13.5%14%13.5%投资回收期（年）55.35.85.3解：（1）建立评价指标体系，并建立矩阵（2）将各评价指标值进行无因次化（无量纲化）处理

注：本题有多种将各评价指标值进行无因次化（无量纲化）处理方法。（1）方案的指标值/各方案指标值和（正项指标）；方案的指标值倒数/各方案指标值倒数和（负项指标）（2）方案的指标值/各方案指标值的最大值（正项指标）；方案的指标值倒数/各方案指标值的最小值的倒数（负项指标）（3）确定各指标的权重（4）计算得出总排序所有总排结果为：方案1>方案4>方案2>方案3注：有多种确定各指标的权重方法。（1）重要度-专家打分法；（2）满意度法；（3）层次分析法模糊综合评判法在船舶设计中，按照同一设计要求，不同设计者可能做出不同的方案，同一设计者从不同的角度考虑，也会得出不同的方案。为了获得一个较理想的方案，设计者通常设计多个方案（例如用参数分析法产生系列方案），然后采用某种评判方法对这些方案进行考评、排序择优。在这一过程中，设计者的经验和观点、船东的要求和意愿等起着很重要的作用，而恰恰是这些因素往往具有模糊性。在船型方案选择中，如何把这种模糊性加以解析化和定量化，是船型评判中将定性分析和定量分析方法有效结合的关键问题，而的模糊综合评判方法是处理此类问题的一种可行方法。1．基本概念（1）定义方案集由若干个被评判的船型方案〔或设计方案）构成方案集V＝（V1，V2，…，Vm）。（2）选择评定指标（因素）选取表征船型方案（或设计方案）质量优劣的指标（因素），作为评判依据，组成指标集（或称因素集），记为U＝（u1，u2，…，un）。（3）对评定指标（因素）考评船型方案（或设计方案）的每项指标，总是存在一个期望值Mi和允许值mi，于是就有一个允许取值区间，记为[mi，Mi]。设在该区间上定义一个相应于最优值的模糊子集Ai，即miMi课本例题例：在对某DW＝35000t油船进行方案论证时，用网格法获得5个较好方案，其相应的各项技术、经济衡准指标如下表所示，表中方案6为人为构造的坏方案。试用模糊综合评判法进行方案排序。假如，对35000吨原油船各项评判指标的设计要求为：我们注意到：Vs，NPV在容许范围内应尽可能取大值；而RFR，P，PBP在容许范围内应尽可能取小值。根据模糊综合评判方法原理，表中各方案评判指标的满意度函数可取为：无因次化处理：表中方案1~5经满意度评定后的各性能指标评判矩阵为:各指标权重的确定：如果本例中各项衡准的重要度为：Vs，较重要；NPV，很重要；RFR，重要；P，一般；PBP，值得重视。则取方案中各指标的模糊综合评判重要度为：

Vs，0.80；NPV，0.90；RFR，0.85；P，0.70；PBP，0.75。归一化后的权向量为A＝（0.2，0.225，0.2125，0.175，0.1875）计算得出总排序：其综合评判向量为B＝A·R＝（0.298，0632，0.56