部隊(duì)海上投送滾裝船配積載模型與算法

吳曉東，蘇　鵬

(軍事交通學(xué)院 聯(lián)合投送系，天津 300161)

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部隊(duì)海上投送滾裝船配積載模型與算法

吳曉東，蘇鵬

(軍事交通學(xué)院 聯(lián)合投送系，天津 300161)

船舶配積載方案是部隊(duì)海上投送方案的重點(diǎn)內(nèi)容，也是部隊(duì)裝備裝載的主要依據(jù)。為提高船舶配積載方案的編制效率、提升運(yùn)輸安全保障，通過(guò)闡述滾裝船部隊(duì)裝備配積載的基本要求，提出滾裝船配積載的2種模型，并結(jié)合工作實(shí)際給出相應(yīng)算法。

滾裝船；裝備配積載；部隊(duì)海上投送

部隊(duì)海上投送是我軍實(shí)施戰(zhàn)略投送的重要方式之一，海上投送能力建設(shè)是應(yīng)對(duì)海上威脅、開展海上軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備的重要內(nèi)容。滾裝船是部隊(duì)海上投送的最適宜船型，能夠?qū)嵤┎筷?duì)輪式、履帶式裝備快速滾裝滾卸，大大提高裝卸載效率，提升部隊(duì)的投送能力。船舶配積載方案是部隊(duì)海上投送方案的重點(diǎn)內(nèi)容，是部隊(duì)裝備裝載的主要依據(jù)，關(guān)系到船舶裝載順利實(shí)施與船舶航行的安全。長(zhǎng)期以來(lái)，船舶配積載方案主要依賴于經(jīng)驗(yàn)與原則，急需開展較為系統(tǒng)的研究，為提高方案編制效率、提升運(yùn)輸安全保障提供技術(shù)參考。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)集裝箱船和散貨船配載優(yōu)化進(jìn)行了比較深入的研究，而對(duì)滾裝船舶配載優(yōu)化的定量研究還很少，對(duì)于針對(duì)部隊(duì)輸送需求的滾裝船配載相關(guān)研究更少。文獻(xiàn)[1]針對(duì)滾裝船配載優(yōu)化算法及其軟件化實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究，為定量化研究滾裝船配載問(wèn)題提供了借鑒。文獻(xiàn)[2]采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，從保證船舶穩(wěn)定性出發(fā)，通過(guò)最小化船舶平衡力矩來(lái)選擇裝船車輛，為滾裝船配載實(shí)現(xiàn)提供了算法參考。本文從滾裝船部隊(duì)裝備配積載的特定要求出發(fā)，提出定量化模型與實(shí)用化算法。

1　滾裝船部隊(duì)裝備配積載基本要求

在水路運(yùn)輸中，船舶配載指為每艘船舶的具體航次確定貨載任務(wù)，即確定每個(gè)航次船舶所裝貨物的品名、數(shù)量及所要運(yùn)達(dá)港口的名稱，然后匯總成一張裝貨清單。積載指根據(jù)裝貨清單上所列的貨單、本船艙室結(jié)構(gòu)性能和該航次掛港情況，研究和確定貨物在各貨艙、各層艙所應(yīng)配置的貨物名稱和數(shù)量及在艙內(nèi)的堆積位置，并提供一張按一定規(guī)范化要求繪制的船舶積載圖。在軍事運(yùn)輸中，配載也指裝載指揮所根據(jù)運(yùn)輸工具和被輸送部隊(duì)的人員、裝備及物資等情況，組織調(diào)配裝載位置和重量的工作。不難看出，對(duì)于水路運(yùn)輸而言，軍事運(yùn)輸中的配載概念其實(shí)包含了船舶配載和積載兩項(xiàng)工作內(nèi)容。因此，部隊(duì)海上輸送時(shí)，船舶配載、積載也統(tǒng)稱為配積載，或者簡(jiǎn)稱為配載。

滾裝船是能在水平方向裝卸貨物的船舶[3]，有一層或多層封閉或開敞甲板，一般不分艙且貫穿船舶全長(zhǎng)。由于滾裝船貨物裝卸方式為水平方向作業(yè)，車輛裝備可直接登上陸岸或船舶，省去許多裝卸、起重設(shè)備，簡(jiǎn)化裝卸程序；而且滾裝船可以在一般碼頭?？浚恍枰獙?duì)港口碼頭進(jìn)行大規(guī)模改造，是建制部隊(duì)海上輸送的首選船型。因?yàn)闈L裝船的自身特點(diǎn)和部隊(duì)軍事要求，部隊(duì)滾裝船配積載有著以下基本要求。

1.1保持建制完整

船舶配載應(yīng)盡量保持部隊(duì)的建制完整，以便于整個(gè)輸送過(guò)程中的組織指揮和管理。一方面，盡量按建制劃分配載區(qū)域。同戰(zhàn)斗單位、執(zhí)行同一戰(zhàn)斗任務(wù)的，能同艙的盡量同艙，裝備盡量配置在同一層甲板。另一方面，裝備配載時(shí)應(yīng)盡量考慮裝備的摩托化開進(jìn)序列。一般來(lái)說(shuō)，水路輸送是聯(lián)合投送的一個(gè)環(huán)節(jié)，離不開前后兩段公路銜接倒運(yùn)。如果裝備水路裝卸載順序與按照摩托化開進(jìn)順序一致，先裝先卸，后裝后卸，不打亂車輛裝備的開進(jìn)序列，可減少裝載前以及卸載后的車輛集結(jié)整備時(shí)間，有利于聯(lián)合投送整體行動(dòng)的快速實(shí)施。

1.2便于快速裝卸

配載方案要充分考慮到裝備裝卸的具體實(shí)施。配載時(shí)要考慮裝備裝卸時(shí)的車頭方向、行進(jìn)通道、回轉(zhuǎn)空間等因素，車輛裝備要能夠順利、快速的裝的上、卸的下，而不是簡(jiǎn)單的運(yùn)用面積利用率最大化原則進(jìn)行配載。配載方案要確保車輛裝卸時(shí)通道暢通、轉(zhuǎn)彎半徑充足，制訂配載方案時(shí)就需考慮到車輛裝載的順序與方法。有的滾裝船分為兩層或兩層以上甲板，多層甲板將貨艙上下分隔成若干裝載區(qū)域，各甲板間設(shè)置斜坡道或升降平臺(tái)，各層甲板間裝備如何上下也要充分考慮，甚至正向駛?cè)牖蛘呶膊康谷攵夹枰崆翱紤]。

1.3確保航行安全

科學(xué)合理的船舶配載方案是確保船舶航行安全的重要因素，船舶的裝載狀態(tài)直接影響到航行安全。主要體現(xiàn)在以下方面：一是載質(zhì)量要求。配載質(zhì)量不得超過(guò)船舶的凈載質(zhì)量，即船舶凈載質(zhì)量要大于裝備質(zhì)量。二是船舶穩(wěn)性要求。重型裝備配在下層艙，輕型裝備配在上層艙，以達(dá)到上輕下重，保持船舶適當(dāng)?shù)姆€(wěn)心高度；后艙多配，前艙少配，以達(dá)到前輕后重，保持船舶良好的吃水差，實(shí)踐證明，萬(wàn)噸輪適度吃水差為滿載時(shí)尾傾0.3～0.5 m，半載時(shí)尾傾0.6～0.8 m[3]。配載盡量左右平衡，縱向配載均勻分布，配載后進(jìn)行船舶穩(wěn)性及強(qiáng)度校核，以保證船舶穩(wěn)性和航行安全。一般情況下，裝備在船上應(yīng)縱向裝載，采用其他方向裝載時(shí)，應(yīng)充分考慮裝備系固的有效性。三是甲板強(qiáng)度要求。在裝運(yùn)重裝備時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮甲板強(qiáng)度問(wèn)題，確保甲板的承受能力滿足要求。一般小車甲板的平均荷載為0.2～0.3 t/m3,重車甲板的平均載荷為2～3 t/m3[4]。要嚴(yán)格管理重型車輛的超載，因?yàn)槌d將導(dǎo)致強(qiáng)度接近或超過(guò)了甲板的局部安全強(qiáng)度，使船體的某一部分發(fā)生變形，也影響到開口的水密性；嚴(yán)重時(shí)還將造成船舶穩(wěn)性急劇惡化，以致發(fā)生傾覆。

1.4充分利用運(yùn)力

滾裝船運(yùn)輸時(shí)，車輛裝備運(yùn)輸水平裝卸并分布于甲板上，甲板面積是船舶配積載的制約因素。配載時(shí)應(yīng)最大限度地利用船舶有效面積、輕重搭配，以節(jié)約運(yùn)力，縮短裝卸作業(yè)時(shí)間。船舶的可用面積必須大于裝備的占用面積，裝備之間保持一定的間距，還必須預(yù)留足夠的人員、車輛通道面積，以方便車輛裝卸和途中安全檢查。重裝備海上運(yùn)輸已有相關(guān)裝載技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，裝備的前后左右間距有明確的要求。輪式裝備前后間距不小于1 200 mm，左右間距不小于500 mm。履帶式裝備、火炮前后間距不小于1 500 mm，左右間距不小于500 mm。裝備間保持一定的間距，一方面是防止船舶航行過(guò)程中裝備位移導(dǎo)致相互碰撞，另一方面足夠的間距可以保證裝備系固空間。

2　滾裝船配積載模型

2.1基本思路

面積是船舶裝備配積載的主要制約因素。對(duì)于滾裝船而言，有其特殊性。一般的大型滾裝船，為了便于裝卸載組織，在車輛艙內(nèi)會(huì)布設(shè)若干條載車線，車輛裝備可依據(jù)載車線裝載。同時(shí)，載車線兩側(cè)預(yù)設(shè)有象腳底座、地鈴等加固點(diǎn)便于綁扎系固器材進(jìn)行加固。在配載時(shí)，可根據(jù)滾裝船的這一特點(diǎn)，將載車線長(zhǎng)度作為主要制約因素，裝備配載可變?yōu)榍蠼庋b備位于那條載車線及在該載車線的位置。

2.2模型描述

2.2.1船舶所裝載的裝備不確定

既定船舶情況下，所裝載的裝備不明確，本模型即要求解裝載盡量多的裝備。設(shè)船上共有m條載車線，將載車線排序，第i載車線的長(zhǎng)度為li，距船舶縱中心線的橫向距離為si，距船舶基線的高度距離為hj。船舶的載質(zhì)量為w，最低初穩(wěn)心高度GM，穩(wěn)心基線高度為KM，最大橫傾力矩為Tmax，空船質(zhì)量(含船舶常數(shù)、船舶補(bǔ)給質(zhì)量等)為G，空船質(zhì)心高為S，船舶排水量為Δ,空船質(zhì)心距船中縱向距離為D。共有n臺(tái)裝備供配載，第j裝備的長(zhǎng)度為cj，質(zhì)量為pj，裝載前后最小間距為dj，配載方案中，第j裝備是否配載于第i載車線用xi,j表示(0表示未，1表示有)，yj表示j裝備質(zhì)心距離船橫中心線的距離。模型如下：

∑pj·Xj(vj-KM+GM)<(KM-GM-S)G

約束(6)、(7)是考慮船舶的吃水差要求，對(duì)船上載荷重量沿縱向分布進(jìn)行控制。吃水差公式經(jīng)驗(yàn)表述為[2]

綜上，滿足上述條件的配載方案既能充分利用船舶的載運(yùn)能力，又能夠保證船舶的穩(wěn)性。

2.2.2明確船舶所裝載的裝備

3　滾裝船配積載算法

3.1模型一算法思路

一般說(shuō)來(lái)，根據(jù)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在合理配載情況，滿載的船舶必然是滿足船舶性能要求。 由此可分兩步求解該模型，首先求解船舶裝載的裝備，再進(jìn)行裝備在船舶上具體位置的求解并進(jìn)行性能的校核，也即先配載、再積載。

(2)問(wèn)題已轉(zhuǎn)化為明確船舶所裝載的裝備的配積載問(wèn)題，也即模型二問(wèn)題，參見算法求解。

3.2模型二算法思路

本模型是一個(gè)復(fù)雜的二次整數(shù)規(guī)劃，直接求解難度較大?？紤]本問(wèn)題是具體實(shí)際問(wèn)題，本文提出以下解題思路，在考慮部隊(duì)裝備開進(jìn)序列的要求下，采取分載車線依次配載的方式，配載過(guò)程中加以性能校核，逐步求解本問(wèn)題。

(1)考察船上的載車線，依據(jù)船舶均衡配載、車輛順利裝卸原則，確定每一載車線的配載順序。一是梯次裝載，即一條裝載線裝載完成后，開始第二條。適用于船舶噸位較大、部隊(duì)車輛順序要求高的情況。一般左右兩舷依次選擇，考慮車輛在艙內(nèi)的行進(jìn)方向和路徑，要確保車輛在艙內(nèi)有足夠的空間回轉(zhuǎn)。尤其是多層甲板和單艙門船舶，為提高甲板利用率，車輛在艙內(nèi)的回轉(zhuǎn)不可避免。二是穿插裝載。即船舶左右兩舷兩條裝載線依次裝載車輛。適用于船舶噸位較小或者部隊(duì)車輛順序要求不高的情況。

(2)確定裝備裝載順序。一是梯次裝載，嚴(yán)格按照部隊(duì)要求排序，為每一裝備確定其裝載順序，一般是摩托化行軍的順序；二是穿插裝載，對(duì)序列要求不高，可將裝備依據(jù)重量分成幾類，每一類裝備重量位于一個(gè)區(qū)間。配載時(shí)，各類裝備依據(jù)由重到輕的順序排序，同一類裝備依據(jù)由長(zhǎng)到短順序排序。在裝備配裝時(shí)，要考慮甲板強(qiáng)度要求。如超出強(qiáng)度要求，則換裝下一裝備。

(3)計(jì)算總載車線長(zhǎng)度及車輛占用長(zhǎng)度，得到總的載車線占用比R，多層甲板情況下，小甲板由于空間較小，用于車輛回轉(zhuǎn)空間占比相對(duì)較大，載車線利用率相對(duì)較低，計(jì)算時(shí)可酌情扣減載車線長(zhǎng)度。

(4)依據(jù)載車線順序與裝備裝載順序進(jìn)行配載。在載車線上依據(jù)放置裝備，裝備前后間距滿足裝載標(biāo)準(zhǔn)要求。每一載車線占用比Ri≥R，即認(rèn)為該線配載完成，進(jìn)行下一載車線配載。直至所有載車線配載完成。梯次裝載，依據(jù)裝備既定順序配載即可；穿插裝載時(shí)，左右兩舷盡量對(duì)稱依次配載同類裝備，最大程度保證船舶左右均衡。配載前，考察裝備荷載與甲板強(qiáng)度關(guān)系，如果考察裝備荷載大于甲板強(qiáng)度關(guān)系，則選取下一裝備配載。

(5)左右對(duì)稱的兩條載車線配載完成后即進(jìn)行船舶性能校核，如果合格則回到第(4)步繼續(xù)配載，直至所有載車線配載完畢；如果出現(xiàn)校核不通過(guò)，則對(duì)這兩條載上的車輛進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，直至通過(guò)后回到第(4)步繼續(xù)配載。

4　結(jié)　語(yǔ)

部隊(duì)海上投送滾裝船配積載涉及到船舶載運(yùn)能力、穩(wěn)性和軍事需求等諸多因素，對(duì)船舶運(yùn)力的高效合理利用是配載最求的目標(biāo)。基于載車線建立數(shù)學(xué)模型能夠較好地進(jìn)行問(wèn)題描述，在此基礎(chǔ)上，采用載車線分步式配載方法可較為高效地解決該問(wèn)題。

[1]靳志宏,金燕燕. 滾裝船配載優(yōu)化算法及其軟件化實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)航海，2010(6)：84-88.

[2]宋振洪.客滾船舶車輛的動(dòng)態(tài)裝載算法[J].計(jì)算機(jī)工程，2004(30)：522-523.

[3]王捷.海上貨物運(yùn)輸[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2015:92.

[4]中國(guó)人民解放軍總后勤部軍事交通運(yùn)輸部.武器裝備海上運(yùn)輸主要船型裝載標(biāo)準(zhǔn)：GJB 5312-2004[S].北京：總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部，2005.

(編輯：閆曉楓)

Stowage Model and Algorithm of Ro-Ro Ships for Sea Projection

WU Xiaodong，SU Peng

(Joint Projection Department，Military Transportation University，Tianjin 300161, China)

Ship stowage plan is an important part of military sea projection and it also lays the primary foundation for the equipment loading. By elaborating the basic requirement of Ro-Ro ship equipment stowage of our army, this paper presents two Ro-Ro ship stowage models and the relevant algorithms, which are of technical value for the improvement of stowage planning efficiency and the ensurance of the transportation safety.

Ro-Ro ship; equipment stowage; sea projection of our army

2015- 11-17；

2015-12- 21.

吳曉東(1976—)，男，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.04.004

E234

A

1674-2192(2016)04- 00013- 05