解读水尺计重标准.docx

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解读水尺计重标准

水尺计重是应用“阿基米德定律”的典型范例   

   最近，由于众所周知的原因，检验鉴定业务量大幅下降。

这样也好，我能有时间把我上世纪80年代起草，1993-11-4发布，1994-01-01实施的《进出口商品重量鉴定规程 水尺计重》进行全面解读。

逐条分析编写思路，结合具体问题，谈谈《规程》的指导意义。

在这里，请大家提出宝贵意见和建议。

当然，所谈及内容均未正式发表，请勿转载或引用。

   解读《进出口商品重量鉴定规程水尺计重》共分十个部分，题目分别为：

一、水尺计重是应用“阿基米德定律”的典型范例

二、具备正规的船舶图表，是水尺计重的必要条件

三、水尺计重准确度5‰由“误差分析”推导所得

四、船舶水尺标记、图表及测量器具的基本要求

五、水尺计重中一些船舶与航运的术语和重要知识

六、水尺计重基本计算公式及所包含物理量的定义

七、船上技术数据的计算都源于原设计图的坐标系

八、根本氏排水量纵倾校正是水尺计重公式的核心

九、压载水正确测量、计算是水尺计重最重要环节

十、水尺计重是一项综合许多学科内容的科学技术

1．主题内容与适用范围

本规程规定了水尺计重的基本要求，船舶吃水及船用物料的测定方法和计算步骤。

本规程适用于大批量（相对于受载船舶之载重量）的散装及其他衡重方法不易确定重量1）的海运货物的重量鉴定。

   水尺计重方法主要依据“阿基米德定律”，在上世纪六十年代初由日本工程师根本广太郎创立的。

而现在有些培训教材中讲述水尺计重原理的文章，却把船舶当成为一大型“衡器”。

我们知道“阿基米德定律”和“衡器”原理是截然不同的。

“衡器”是计重工具，计重的工具不一定都是“衡器”！

   《规程》中适用范围所述“大批量”是指相对大的量，比如：

5000吨货物，对于载重量是5-6万吨的船来说是小批量；对于载重量为5-6千吨的船来说就是大批量。

以前曾有规定：

水尺计重的最少量是——吃水改变量大于一米，且装卸货期间不允许泵压载水。

   记得在上世纪90年代，一次出口两万吨散装菜籽粕，要求分7批装船，每批都要做水尺计重。

其中最小的一批只有一千吨。

结果呢，大家可以可想而知，做出的分批重量数根本无法接受！

真是吃力不讨好！

两三万吨载重量的船，其TPC（每厘米吃水吨）大概40吨/每厘米，装载一千吨货大约吃水改变0.25米。

这样水尺计重中仅观测水尺一项，其不确定度为0.005米，约为20吨，就是装一千吨货可能偏差20‰！

后来，我们是做整船水尺重量出证，其分批重量根据发货数按比例分摊出证。

   当初起草规程时，水尺计重做的都是外贸交接，因此《规程》中指明的是对“海运货物的重量鉴定”，随着船运散装货市场的发展，内贸中许多散船运装货也需要做水尺计重。

特别是江河中的船舶，也急需规范散装货装运的计量。

因此，我觉得以后修改《规程》时，应该把这里的“海运”改为“水运”，其他方面内贸交接应完全参照外贸的规定。

当然，目前的内贸船的水尺标记及载重量图表很不规范，如何规范此类船舶，将在以后的章节中具体写出。

具备正规的船舶图表，是水尺计重的必要条件

2．术语

水尺计重

   测定承运船舶的吃水及船用物料（包括压载水）。

依据船舶设计部门以完工图制作的、或船舶检验部门审定的船舶的正规图表，计算载运货物重量的鉴定工作。

   水尺计重所用的船舶资料数据，静水力图表和水舱舱容图表，是必须船方在装货前准备好的。

   为何要规定必须是以“完工图”制作的图表？

比如，建造于八十年代初的散装货轮：

一方面在造船实际放样时，允许误差很大（据说是5%）；另一方面一套造船设计图纸，要用上好多年，同类船舶造二三十艘，而在造船期间设计如进行改动，也不会在新船图表上显示。

这样，就算是姐妹船，其差异也是很大的。

因此，以船舶“完工图”制作的图表，进行水尺计重是必需的，是水尺达到其计重准确度可靠保证。

经过多年比较发现，以完工图制作的日本图表，重复性（Repeatability）和再现性（Reproducibility）都比较好。

以这些船做水尺计重，一般都比较准。

   我国船舶图表审定的归口单位是船检局。

不过有些地方（内河）船检局，实在不敢恭维，有时在船上可以拿出两本该船主要数据不同的，同时都盖有船检审定章的图表；有时图表只有两三页纸，竟也盖着船检部门的红印；有时船上连水尺标记都还没勘绘，竟然也拿出了船检认可的载重量表！

   作为商检，在使用船方图表进行水尺计重时，应对这些图表进行把关。

船方如果没有这些正规图表，或者所持图表明显失准，就该把这些船判为不具备水尺计重条件的船舶。

请他们找正规的船检重新标定后再进行水尺计重。

其实这些工作我们不做，还有谁会去做呢？

我们不管，还有谁会去管呢？

   作为商检，没有比“力求船舶制表准确”更高的要求了！

如果你手拿一杆失准的秤，坐在市场公平秤的窗口内，你还会有所作为吗？

水尺计重准确度5‰由“误差分析”推导所得

3．计重准确度

   水尺计重过程中，影响其计算准确度的因素很多。

如果船舶制表准确度在1‰，其水尺计重准确度可以在5‰之内。

   所有贸易关系人，不管是发货人还是收货人，都很关心水尺的计重准确度。

但是往往又把它同免陪率混淆。

   水尺计重准确度包括船舶制表、观测水尺、水舱测量、港水密度测量的准确度及计算公式、及修正公式的舍入误差等。

我们知道，船舶图表制表方式是多种多样的，大致分为曲线图和表格两种。

（以前有些船舶是用静水力曲线图、水舱舱容曲线图，还要加上曲线图测量误差。

如今船上所见的曲线图越来越少了）。

而综合所有这些线性无关的误差，又不能用简单的算术和来得出。

当时我曾经用“误差分析”的方法，分析了十几条船，共计几十航次的数据。

得到上述“计重准确度小于5‰”的结论。

当然船上如果是那种曲线图，船舶本身制表准确度就高达3‰，那么这样的船综合准确度很难保证小于5‰；还有就是再好的船如果只是少量装卸，也是得不出5‰的结果的。

   那份“水尺计重误差分析”论文，是我收集资料和理论推导，花费了许多时间；但还是有不少人都看不懂，拿着论文来问我，为什么是5‰？

我一下子很难说清楚，如果一两句话就能说清楚，那还用得着花精力写吗？

只能这样回答，当看完我的论文，你就知道答案了。

现在的人们写规程，都不愿去完成依我看是必须的环节。

你写的是“计重”规程，人们完全按照规程的要求操作，在这样的操作下，你连能达到多少准确度都说不清，还写什么规程！

什么时候，我把20年前写的论文从箱底翻出来，到在这里晒一晒。

不过推导过程是及其枯燥无味的，想必没有人会愿意尝试的。

   现在有些船公司规定，船上散装货水尺计重误差必须小于3‰！

我说，你船舶图表制表准确度就高达2-3‰，怎么可能做到这个要求呢？

在这样的规定下，船方就做小动作，他在暗处我们商检在明处，稍不留心就会出错。

记得以前商检与船方关系一直不错，其一是水尺计重的国际惯例是5‰；其二是船方不负散装货短重责任。

这样就没必要做手脚。

因此，如没有人为因素，一般装卸两地的水尺重量差，一般是不会超过5‰的。

   顺便说一下，日本造船企业造的船，一直是配备以“完工图”制作的图表，这样的图表，其计重准确度完全能达到小于1‰。

当时我在起草规程时就注意到了，我国的造船企业要赶上世界水平，也因该做到这一点。

后来，韩国的船也用“完工图”制作的图表了。

可是，二十年过去了，你有几次看到过我们自己的“完工图”制作的图表？

船舶水尺标记、图表及测量器具的基本要求

4.水尺计重基本要求

4.1船舶的水尺、载重线标记字迹要清晰、正规、分度正确。

4.2具备本船有效、正规的下列图表：

 a.容积图或可供艏艉水尺纵倾校正的有关图表；

 b. 排水量或载重量表；

 c. 静水力曲线图表或可供排水量纵倾校正的有关图表；

 d. 水油舱计量表及水油舱液深纵倾校正表，或可供纵倾校正的有关图表。

4.3 不具备有关纵倾校正图表者，吃水差应调整或保持在此期间0.3m（或1ft）以内。

4.4 备妥、检查下列器具

 a. 经检定准确度为万分之五的铅锤密度计；

 b. 容量大于500mL的港水取样器和玻璃量筒；

 c. 电子计算器、钢直尺、钢卷尺、干舷尺、直角尺、量水尺、量油尺、以及分规等测算器具。

4.5 查明下列实际情况

 a. 各项图表上的计算单位、比例倍数、公英制、海淡水、容量和重量等；

 b. 淡水、压载水、燃油等舱位的分布情况和储存量，以及压载水的密度；

 c. 燃油、淡水的每日消耗量和装卸期间的变化；

 d. 货舱污水沟（或井）、尾轴隧道和隔离柜等处的污水；

 e. 铺垫物料和其他货物重量，以及装卸货期间的变动。

   为使船舶运载货物的水尺计重结果达到预期的计重准确度，必须对船舶设定最低要求。

但事实上船舶及图表不规范的情况经常发现！

   水尺标记不正规的有：

分度不按规定10cm厘米，而是从8cm～12cm都有；数字下的横线不是水平的，有的倾斜角有10°～15°；左右水尺标记相差20cm；艉水尺标记由于位置关系是倾斜的，但还是标了10cm字高，这样如果倾斜角有45°，实际字高只有7cm；更有甚者一条不到90米的船，装货后中垂50cm！

我问大副，你的船不会折断吗？

他说这是“沙滩船”，出厂时就这样。

其实我知道，这是应付海事检查，前后水尺标记有意标小的。

   船舶图表不正规的有：

姐妹船用统一的造船设计图表，图表没有标出本船有效的船名；航行证书、船舶资料、静水力曲线图，满载载重量永远对不上号；几张A4纸复印的表，只有第一张有船名，无法相信这些表与这条船有联系。

没有排水量、水舱纵倾修正表，水舱纵倾修正表还可以自己做一个，但排水量纵倾修正表是无法人工作出的。

   不具备排水量纵倾修正表，理论上可以把船调至30cm以内，事实上空船吃水差无论如何是调不到30cm以内的。

   一般准确度为万分之五的铅锤密度计，是由商检自己配备的，特别港水是淡水的码头。

因为内河测定港水用的是淡水密度计（ρ=0.9950～1.0000），而海轮上一般配备都是海水密度计（ρ=1.0000～1.0300）。

铅垂密度计只有在规定范围内才呈其线性特性。

比如：

准确度为万分之五、测量范围为1.0000～1.0100的铅垂密度计，用作测量ρ=0.9990的淡水，其准确度就不是万分之五了。

   其他器具，一般都是船方配备的，自己带些计算器、直尺即可。

当然能带一把量水尺，更能保证测量的准确性。

   必须注意查明的其他实际情况，我将在以后的章节中一一阐述。

水尺计重中一些船舶与航运的术语和重要知识

5.测定

5.1船舶吃水

5.1.1用目力观测或测看或实测艏、艉、舯的左右吃水数。

5.1.2船舶无舯水尺标记或不能直接观测舯水尺读数者，可从船舶左右舷甲板线或夏季载重线上缘测至水面的距离，同时核对法定干舷高度。

5.2港水密度

   测看水尺的同时，用港水取样器，从船中舷外吃水深度一半处，取得港水样品，用密度计测定其密度。

5.3淡水、压载水

   用量水尺逐舱测量淡水和压载水的深度，测量管总深度，要注意左右两舱的测量管总深度应基本一致。

5.4污水

   货舱污水沟、尾轴隧道和隔离柜等处存有较多污水且在装卸货期间有所变动，可按其实际形状进行测定。

5.5燃油

   用量油尺逐舱测量燃油的油深，每日消耗量在3t以下，亦可由船方自行测定，并提供贮油量。

   船舶的型吃水、实际吃水，教课书上一般是这样定义的：

   船舶的型吃水——是指船中处自龙骨上缘至实际水线间的垂直距离，型吃水亦称设计吃水。

   船舶实际吃水——等于船舶相应的型吃水加上龙骨板的厚度。

   但是人们往往把实际观测到的水尺，错误地当作“船舶实际吃水”。

   一条新船在勘绘载重线和水尺标记时，把基线（龙骨上缘）作为原点，分别量出甲板线、夏季满载水线等，水尺标记也是从基线（或基线以上0.4米）开始勘绘的。

观测到水线所覆盖的水尺标记，是不包括龙骨高度的！

   为了对两者加以区别，这里用了“观测水尺”这一个名词。

   现在有些权威的培训教材上，错误地把水尺标记写作：

“应以横线的下缘为基准线”。

这个原则性错误直接导致水尺读数错误，横线宽度一般为20mm，也就是说每次水尺少看20mm，对于万吨轮大约将产生几十吨的误差。

   我们知道船上的所有标记都服从一个原则——以数字的下缘或以横线的上缘为基准线。

   甲板线——是一条与干舷甲板相平行，长300mm、宽25mm的水平线，甲板线应勘绘在船中的两舷，其上边缘一般应通过干舷甲板上表面向外延伸与船壳外板表面的交点。

对舷缘为圆弧形的散装船，甲板线应勘绘在圆弧与船壳外板的切线上。

   有些权威的培训教材上却把甲板线写成“是一条上缘与主甲板上沿相切的水平线……”。

主甲板基本呈水平状态的，水平状态的物体哪来的上沿？

要说最高点，应该在横向的船中位置。

其实现在要想写得准确并不难，只要网上搜索一下各种“规范”“标准”即可，不能自认为是权威，拍脑袋写东西。

结果是误人子弟！

   “夏季载重线”与“载重线圈和横线”的横线，高度一般是持平的。

从远处看进出港口的大轮，那上下分别用两种颜色油漆的分界线，就是夏季载重线。

很容易看出这条船是否超载！

   不过，仅仅规范的船是这样的！

现在不少船为了应付海事检查，把这条分色线往下移动，远远望去，水线是露出来了，就好像没有超载一样！

其它画成弧线的、画成前低后高的……，各式各样应有尽有。

   由于我们一直是沿着“阿基米德定律”这个思路在走，就必须对这个物体产生浮力的介质进行测定。

这就是我们所要测定的——港水密度。

   一般情况下，停泊的大轮周围的港水密度，相差是不大的。

我们只要在船中部吃水深度的一半处取得水样即可。

   但是在特殊情况下（比如停泊位置的旁边，正好有一个淡水的入海口；等等……），就需增加取水样点，使取得的水样更具代表性。

   取得的水样后，马上应找个无风的地方测定港水密度！

   有个酷热的夏天，取得水样后，马上在大副办公室测得港水密度为：

ρ=0.9950 算好后发现所装货物短少，大副认为是当时港水密度看错了，应该是ρ=0.9980！

我说你办公室的室温只有18度，经过一个多小时的计算，水样的水温已经是与室温达到平衡了。

重新去水样再测，结果还是一样。

大家可以算一下，由于这个问题，港水密度产生的差异超过3‰！

   由于在装卸货过程中，淡水和压载水是变动的。

因此“测量水舱”是水尺计重中最重要的环节！

如果掌握不好，其不确定度也许是“观测水尺”的几倍！

   测量管的总高，是我们须重点关注的。

由于测量管底部有意无意的堵塞，都将使量得的测量数据不准，从而使计算出的压载水结果失实！

另外，测量管的总高数值还可以判断该舱在舱顶部分，制表是否有问题。

我的论文《如何判断船舶压载水舱制表的准确性》，就谈到了这个问题。

   压载水的测量的问题还有很多，以后列一个题目专门讨论。

   由于在装卸货期间，一般只是辅机消耗燃油，燃油量变动很少。

我们可以按照船舶日消耗量计算。

如果船上加油，则可以核对加油发票。

但是，要注意的是在此期间是否有废油泵出！

由于现在收废油的都是些私人的小划子，交易往往是私下交易的。

没人知道收掉多少废油，其实如果收掉10吨，那么我们的水尺计重结果就会多算10吨。

   顺便提一下，如果在装卸货期间，收废品的收掉了绑扎、支撑、垫舱物料，也会使水尺计重结果数比实际卸货数大！

水尺计重基本计算公式及所包含物理量的定义

6.计算

6.1水尺计算

根据所测的艏、艉、舯的左右吃水数，以及水尺计重公式，得到拱陷校正后平均吃水（D/M）。

6.1.1公式：

Fps=1/2·（Fp+Fs）                ……………………

（1）

Aps=1/2·（Ap+As）                ……………………

（2）

T=Aps–Fps                          ……………………（3）

Mps=1/2·（Mp+Ms）                ……………………（4）

Fc=T·dF/（Lbp+dF–dA）       ……………………（5）

Ac=T·dA/（Lbp+dF–dA）       ……………………（6）

Mc=T·dM/（Lbp+dF–dA）       ……………………（7）

Fm=Fps+Fc                           ……………………（8）

Am=Aps+Ac                           ……………………（9）

Mm=Mps+Mc                          ……………………（10）

Tc=Am–Fm                           ……………………（11）

MFA=1/2·（Fm+Am）                ……………………（12）

D/M=1/8·（Fm+Am+6Mm）            ……………………（13）

式中：

 Fp  ――艏左吃水数，m（ft）；

 Fs  ――艏右吃水数，m（ft）；

 Ap  ――艉左吃水数，m（ft）；

 As  ――艉右吃水数，m（ft）；

 Mp ――舯左吃水数，m（ft）；

 Ms  ――舯右吃水数，m（ft）；

 Fps ――艏平均吃水，m（ft）；

 Aps――艉平均吃水，m（ft）；

 T   ――艏艉吃水差，m（ft）；

 Mps——舯平均吃水，m（ft）；

 Fc  ——艏吃水校正值，m（ft）；

 Ac  ——艉吃水校正值，m（ft）；

 Mc  ——舯吃水校正值，m（ft）；

 Lbp——两垂线间船长，m（ft）；

 dF  ——艏吃水点至艏垂线间距离，m（ft）；

 dA  ——艉吃水点至艉垂线间距离，m（ft）；

 dM ——舯吃水点至船舯间距离，m（ft）；

 Fm ――纵倾校正后艏平均吃水，m（ft）；

 Am ――纵倾校正后艉平均吃水，m（ft）；

 Mm ――纵倾校正后舯平均吃水，m（ft）；

 Tc  ――艏艉纵倾校正后吃水差，m（ft）；

 MFA――纵倾校正后艏艉平均吃水，m（ft）；

 D/M――拱陷校正后平均吃水，m（ft）。

   国家标准中早就有明确规定，撰写国家标准必须用国际计量单位！

但是当初在实际工作中经常会遇上英制图表的船舶，于是就破例允许暂时把英制的图表和公式列上。

我想，现在删去“英制”部分的时机已经成熟，以后修订的《规程》不将提及“英制”的问题。

   当初，我在起草时的原始公式（3）（7）（8）（9）分别是：

   T=Fps–Aps，Fm=Fps–Fc，Am=Aps–Ac，Mm=Mps–Mc

   其关键点就是艉倾时，吃水差T的“正负”问题。

在航海专业的教材上定义：

吃水差T等于艏吃水减去艉吃水，船舶在艉倾时吃水差T小于零！

因此，大部分大副都认同是这样的。

在规程鉴定会上有人提出，“吃水差T应等于艉吃水减去艏吃水”。

由于鉴定会上所提问题不多，我只能违心地答应修改。

于是就有了现在的版本。

我想请大家思考一下（读航海的朋友就不必说了，你们已经是先入为主了），究竟该如何定义吃水差T？

   在公式（5）（6）（7）中分母上的（Lbp+dF–dA），有位镇江的同行曾经问我公式是否有错，在dF和dA前的符号，怎么是一个‘+’一个‘–’？

   由于dF和dA不仅有大小，而且有位置（垂线前或后）变化。

这样的dF和dA都是矢量，即有数值大小及有方向的量。

比如：

艏吃水点在艏垂线后0.8米，则dF=–0.8；艉吃水点在艉垂线后5.4米，则dA=5.4。

这样定义的公式有个好处，在编制计算程序时，只要在这个设定的坐标系上，遵循前‘+’后‘–’的原则，其他就无需再考虑其修正值究竟是加还是减！

   顺便提一下，培训教材上对于艏、艉垂线的定义是错误的。

首先它引进了错误的艏柱、艉柱概念。

大家不妨网上搜索一下“艏柱艉柱”。

绝大部分的搜索结果是西方古帆船的模型制作、木质海洋渔业船舶……等等。

现代的所造钢铁船，那里还有“艏柱艉柱”？

所述的“艉柱后缘”更是令人啼笑皆非！

不知是从何处抄袭而来！

   船舶规范上只有艏艉垂线和舯线，没有“舯垂线”这样的说法！

   另外在水尺计重的有个重要的物理量在《规程》中没有提及，就是——装载拱垂值Mps–MFA，当拱垂值小于零表明船舶“中拱”；拱垂值大于零表明船舶“中垂”。

根据经验，正常的拱垂值为Lbp/1200；极限的拱垂值为Lbp/800；危险的拱垂值为Lbp/600。

船上技术数据的计算都来自原设计图的坐标系

6.1.2吃水校正

a.船舶具备艏、艉、舯水尺纵倾校正表，可据以校正，必要时予以核对；

b.艏吃水校正值：

艏倾时（+）艉倾时（–）；

c. 艉吃水校正值：

吃水点在垂线前，艏倾时（–）艉倾时（+）；吃水点在垂线后，艏倾时（+）艉倾时（–）。

6.1.3 船图上标明吃水点至垂线间距离，可查取数据，根据公式予以校正。

6.1.4 船图上未标明吃水点至垂线间距离，则应由以下方法确定：

6.1.4.1 艏吃水点至艏垂线间距离

将艏吃水按船图上的比例缩小，用分规量出艏吃水点，并测量该点至艏垂线间距离。

再按比例放大即得艏吃水点至艏垂线间实际距离dF。

6.1.4.2 艉吃水点至艉垂线间距离

船图上标明艉水尺标记，则可按求dF之方法量出艉吃水点至艉垂线间的距离。

如图上未标明艉水尺标记，则可在船舷侧以目测或实测确定为艉吃水点至舵杆中心之间的实际距离。

6.1.4.3 吃水点至相应垂线间距离值：

在垂线前为（+）在垂线后为（–）。

6.1.5 艏艉垂线的确定

船图上无两垂线时，可将夏季载重线高度，按船图比例缩小，作一平行于基线的水线与船首相交，并以此相交点作一垂直于基线的垂线为艏垂线，以舵杆中心线为艉垂线。

6.1.6 舯吃水的确定

a. 舯吃水从甲板线测定时：

   舯左（右）吃水等于法定干舷加夏季载重线高度减左（右）舷实测干舷高度。

b. 舯吃水从夏季载重线测定时：

  舯左（右）吃水等于夏季载重线高度减左（右）舷实测干舷高度。

   在这一节主要讲的是艏艉吃水点至艏艉垂线距离的确定，其实从公式（13）可以看出：

舯吃水在拱陷修正中的权，是艏艉吃水的6倍。

舯吃水点至舯线距离更要求十分准确。

由于“载重线圈”必须勘绘在船中位置，所以只有当满载时，舯吃水标记才会离开舯线，但由于满载时的吃水差又不可能很大，因此舯水尺的修正频率不是很高。

值得注意的是：

有条船在出厂时，舯水尺标记就向后标错一个肋骨位（0.70米）。

这样的船，如果忽略了舯水尺的修正，特别是空船时，那就将出大问题！

   遇到过这样一条船，其右舷勘绘的是公制，从水尺标记到艏艉吃水点至艏艉垂线距离；而左边则全都是英制，这个公英制标明的距离明显有差异。

这时该如何修正呢？

规程上也没答案啊！

我在左右平均前，先将左和右分别对水尺纵倾修正，然后再做左右平均，最后在做拱陷修正。

情况就是这样，没有现成的模板，只能根据规程的主题来现场发挥！

   从艏艉垂线的作图确定，你会对艏艉垂线的定义有进一步认识。

事实上，船舶设计就是从确定船舶坐标系开始的。

以舵杆中心线为Z轴；以基线为