六點浮筒系泊系統的設計研究

馬震 樊亮亮

摘 要：浮筒系泊系統近些年發展較為迅速，對于外海浪況較為復雜的大型船舶系泊多采用單點系泊方式，對于內河浪況較好的小型碼頭泊位有采用多點系泊的方式。對于浮筒系泊的系攬計算以及多點系泊的系攬和作業方法，目前國內外還沒有規范給出明確的說明。本文基于海外某礦砂出運碼頭的六點系泊數模實驗成果以及國外的一些規范要求，給出六點浮筒系泊的靠離泊方案和系泊拉力的選用標準，并給出六點系泊下船舶對于波浪的響應結果，給類似的碼頭設計提供依據。

關鍵詞：浮筒系泊;系攬;波浪響應;散貨碼頭

中圖分類號：P75? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）05-0071-03

1緒論

近二十年來，浮筒系泊系統的發展較為迅速。對于外海波浪狀況較為復雜的情況，一般采用單點系泊的結構方式[1] [2]。而對于內河碼頭，波浪狀況較為良好，船舶噸級不是很大的情況下，可采用多點系泊的結構方式[3] 4]。而目前針對浮筒系泊的理論計算以及多點系泊的系泊和作業方法，目前國內外還沒有規范給出明確的說明。浮筒系泊系統相對于傳統的順岸式碼頭以及外海墩式蝶形布置的碼頭，在成本上有絕對的優勢，因此對于外海多點系泊方案的研究具有非常大的實用價值。

本文基于海外某礦砂出運碼頭的系泊數模實驗成果以及國外的一些規范要求，給出六點浮筒系泊的靠離泊方案和系攬拉力的選用標準，并給出六點系泊對于波浪的響應結果，給類似的碼頭設計提供依據。

2 項目概況

2.1項目簡述

本文工程項目位于非洲某區域，項目為澳大利亞某公司出運礦砂所用。本項目為一個離岸式的碼頭結構，項目方案包括一個座550m的引橋，一套六點浮筒系泊系統、兩個靠船墩以及工作平臺。方案的平面布置圖詳見圖1。

2.2設計水位

設計使用水位采用50年的重現期進行結構設計。

設計高水位：+3.66m;設計低水位：+0.90m;

極端高水位：+3.97m;極端低水位：+0.66m。

2.3波浪要素

本項目主要的設計波浪要素見表1。

2.4風速

本項目風速數據見表2。

2.5水流

本項目水流數據見表3。

2.6設計船型

本項目的設計船型為散貨船，船舶噸級為3萬噸級～6.8萬噸級，詳細的設計船型數據見表4。

3 六點系泊系統的研究

本項目為了將方案優化做到極致，采用固定式的裝船機+六點系泊系統的方案。本項目采用SimFlex4軟件，對于六點系泊系統的系泊以及作業進行了深入的模擬，從而驗證了當前的總平面和系泊方式的合理性和可行性，并通過模擬過程得出系泊過程中浮筒的拉力，詳細的船舶系泊布置方案見圖2。

3.1船舶允許運動量

本項目的船舶允許運動量根據規范PIANC規范《Criteria for Movements of Moored Ships in Harbours》[5]中的相關規定進行，詳見表5。

3.2單個浮筒的系攬失效準則

本項目單個浮筒以纜繩和錨鏈的工作承載能力作為單個浮筒的極限值，具體的承載力見表6。

3.3船舶靠離泊分析

3.3.1船舶靠泊過程分析

本項目采用SimFlex4軟件，詳細模擬整個操船和系泊的過程，過程圖詳見圖3。根據模擬過程可知，由拖輪在帶纜，在回旋區域調頭;在靠近工作平臺的區域系5號、4號、3號浮筒，再由此三個浮筒控制縱向船速;再系1號和2號浮筒，將船身控制至平行碼頭方向;再由2號浮筒和3號浮筒配合拖輪緩慢停靠靠船墩;最后，由船錨最終固定船舶位置。

3.3.2船舶離泊過程分析

在船舶離泊過程中，首先通過船錨和5號浮筒收纜，2號和3號浮筒放纜，讓船舶先緩慢脫離碼頭作業平臺;再脫開2號和3號浮筒，收纜船錨和5號浮筒，使得船舶加速脫離碼頭作業區域;再脫離1號和4號浮筒，通過船錨和5號浮筒，并且輔助拖輪對船舶進行轉向，使其可以對準航道方向;最后脫開5號浮筒，收起船錨，駛入航道。詳細的模式過程圖見圖4。

3.4船舶系泊分析

由于本項目采用固定式的裝船機，船舶作用過程中需要通過移船的形式對船舶的不同位置進行裝載，依次裝載的順序為船舶中艙，船舶前艙和船舶后艙。本項目依次對三個艙位作業情況下的系攬狀態進行了詳細的分析。

根據數模試驗結果可知，船舶運動量均滿足規范要求。在進行前艙裝填時，船舶的運動量最大;對于系攬點的拉力，所有的拉力均小于船舶纜繩的極限承載力。船舶在進行前艙裝填時，出現304.14kN的最大拉力。根據OCIMF[6]規范的相關規定，將纜繩的極限承載力作為單個系攬點的極限拉力設計值，并以此來選取浮筒以及錨的型號。

3.5船舶敏感性分析

本項目對六點系泊下船舶對于不同浪向的波浪做敏感性分析，得出船舶在不同頻率不同方向波浪作用下的船舶響應。考慮橫向波，縱向波和與船體縱向夾角45°波的整體相應，詳細的結果見圖5～圖10。圖中，黑色實線代表滿載下橫向浪況;藍色實線代表滿載下船體45°方向浪況;紅色實線代表滿載下縱向浪況;黑色虛線代表壓載下橫向浪況;藍色虛線代表壓載下船體45°方向浪況;紅色虛線代表壓載下縱向浪況。

本項目根據該響應結果，一方面可以讓運營方根據實際的波浪情況選擇作業情況，另外一方面也驗證了當前水文條件下總平面布置的合理性;同時，該結果也可以為類似六點系泊的方案選址提供參考。

4 結語

本文主要得出以下幾點結論：

（1）針對大型散貨碼頭，本文結合工藝設備的方案，提出采用固定式的裝船機加浮筒系泊的設計方案，相對于常規墩式蝶形結構的碼頭設計方案，極大地節約了項目成本，為其他類似的工程項目提供了方案參考。

（2）本文通過對船泊靠離泊的過程模擬，給出了針對六點系泊的靠離泊系攬方法，為六點系泊系統地使用提供參考。

（3）本文詳細分析不同浪況作業情況下浮筒錨固點的拉力以及船泊運動量，得出作業過程中的最不利工況和最大拉力點，為項目的安全作業提供依據;同時，將得到的拉力與纜繩極限承載力相對比，最后建議采用纜繩極限承載力作為浮筒以及錨的型號選取依據，為其他項目的設計提供參考。

（4）本文對六點系泊下的船舶波浪響應做了詳細的分析，分析不同方向下船舶對于不同頻率波浪的響應情況，一方面驗證了本項目方案的可行性，另外一方面為其他類似項目的選址和平面設計提供重要參考。

參考文獻：

[1]劉孟琦，張寧川.CALM系泊30萬噸級油輪動力響應試驗研究[D].大連：大連理工大學，2020.

[2]閆斌，譚巍. 15萬噸級FPSO限位設計與實踐[J].中國水運，2017（05）-0338-03.

[3]李偉峰，史國友，王慶武.鴨綠江口4萬噸級雙浮筒系泊系統設計與計算[J].水運工程，2012（2）-0069-05.

[4]陳凱敏，東培華，季小強，王琦瑋. 張家港港務集團臨時停泊區雙浮筒[J].中國水運，2017（11）-0008-03.

[5]International Navigation Association. Criteria for Movements of Moored Ships in Harbours [S].Belgium：Maritime Navigation Commission.， 1995.

[6] Oil Companies International Marine Forum. Mooring Equipment Guidelines [S]. British： British Library， 1995.