基于Optimoor軟件的30萬噸級油碼頭泊位長度比選分析

吳周翔 栗珂

摘 要：對比船舶系泊物理模型試驗得到的系纜力的值與Optimoor模擬得到的系纜力的值，其結果表明船舶靠泊系纜狀態下的系纜力的值能被數模軟件Optimoor較準確地計算出。通過不利風、浪、流等自然條件計算得到的船只系纜狀態，比選出較優的碼頭泊位長度。

關鍵詞：系泊;油碼頭;泊位長度;Optimoor

1 概述

隨著國內經濟的高速發展，我國對于石油的需求亦日趨旺盛，這些原油絕大多數通過成本相對低廉的海上運輸進入國內，由此，需要有與之匹配的裝卸油碼頭。同時國內碼頭逐漸向大型化、專業化方向發展，越來越多的30萬噸級油碼頭進入設計、建設階段。

大型油碼頭往往需要超過22 m的碼頭前沿水深，同時對碼頭平面區域需求少，因此，為減少投資造價以及減少水域浚深對水域環境的造成的危害，其具有兩個特點：（1）建設地點選擇相對遠離海岸、自然水深較深的開敞式、無掩護海域;（2）碼頭平面布置多采用“蝶形”，工作平臺、靠船墩、系纜墩等經過引橋相連，裝卸平臺上面的輸油臂通過管道與陸域罐區連接。因此，需要優化泊位長度等平面布置因素，減少開敞式水域復雜多變的風、浪、流等對碼頭墩臺結構受力的影響，降低墩臺結構所受的船舶系纜力、撞擊力，同時控制船只的橫移、縱移、橫搖、縱傾、升沉和回旋等滿足規范和使用要求。

筆者以粵東某30萬噸級油碼頭設計為例，參照30萬噸級油船的實船資料，通過Optimoor系泊系統分析軟件模擬極端工況下船舶的系纜狀況，同時以船舶系泊實驗的系纜數據對Optimoor軟件的可靠性進行驗證，從而對碼頭的泊位長度進行比選。

2 Optimoor軟件介紹

Optimoor是美國Tension Technology International 公司研制的船舶系纜計算軟件。Optimoor軟件應用范圍為初步確定裝卸環境標準、系泊環境標準、最優系泊方式、最大船舶荷載。該軟件靜力模塊是通過靜力計算來考慮外荷載。通過運用OCIMF協會的公式、輸入實際的風、浪、流的值來模擬船舶收到的風、水等荷載。波浪荷載是通過波高和風荷載疊加計算出來。在結構受到拖輪荷載、冰荷載、或其他船舶荷載對結構產生作用力時，需要手動計算這些外力和力矩，然后輸入上述參數到軟件中，得到數值。在計算波浪作用下的船舶運動時，Optimoor采用了頻域分析的方法，給出波浪作用下不同船型 6 個運動分量的振幅響應因子[1]。系纜力、擠靠力、快速脫纜鉤收到的力的數值等都可通過該軟件計算得到，能得到各個纜繩在最不利情況下受到的內力，對于港口工程結構計算中這類軟件是很實用的。

3 項目概況及設計條件

建設規模：兼靠5萬噸級～30萬噸級油船的碼頭一座;防波堤工程1座。

設計條件如下：

設計高水位，1.87 m;設計低水位，0.30 m;逃逸風速，22.6 m/s;流，0.4 m/s;纜繩材料，44 mm鋼纜，破斷力1 070 kN;11 m尼龍尾纜（Φ96 mm），破斷力1 290 kN;系纜方式，4 222。

4 數值模擬結果與物理模型結果的比對

通過軟件Optimoor建模，用其中一個具有代表性的風、浪、流條件進行計算，通過表1相同工況下船舶系泊物理模型實驗各纜繩系纜力值和數值模擬系纜力值的比對可知，Optimoor計算結果和系泊物理模型試驗結果，兩者總體相符，其結果表明船舶靠泊系纜狀態下的系纜力的值能被數模軟件 Optimoor較準確地計算出，Optimoor得到的系纜力值整體上偏小，說明該軟件的計算結果較系泊物理模型試驗結果保守，該軟件可以用來模擬外部環境條件不利情況下船舶的靠泊、系纜情況。

5 碼頭泊位長度比選

在英國BS、美國UFC（美國國防部三軍基礎設施統一標準）以及OCIMF（石油公司國際海事論壇）《系泊設施指南》中，蝶型碼頭泊位長度建議為1.1～1.2倍的設計船長[2]。根據《海港總體設計規范》（JTS 165-2013），單個蝶型布置泊位長度按下列計算公式進行計算。

Lb=（1.1-1.3）L

式中：Lb——泊位長度（m）;

L——設計船長（m）。

Lb=（1.1-1.3）×334=（367.4～434.2）m

該工程為30萬噸級原油碼頭，同時考慮到靠泊船型的向下兼容性，泊位長度初步擬定為410 m和385 m，運用Optimoor，不利工況下410 m泊位長度和385 m泊位長度的系纜力計算結果見表2～表3。

通過對各工況組次，通過對比各典型的風、浪、流情況下Optimoor計算出來的船舶系纜力的值，可以得到如下結論：

（1）泊位長度為410 m時系纜力值的最大值總體上小于385 m泊位長度時的系纜力值的最大值，泊位長度為410 m時系纜力的值的分布較385 m泊位長度時均勻，泊位長度取值為410 m。

（2）泊位長度過大或過小時，船的最大系纜力強度比均將顯著提高。

（3）根據《系泊設備指南》，纜繩的最大系纜力強度比不應超過55%。數值模擬結果均滿足，能在上述工況下達到安全泊穩條件。

6 結論

本文采用Optimoor軟件進行系纜力數值模擬計算，將船舶系泊物理模型試驗的系纜力數據與Optimoor軟件的計算成果對比，結果證明數模軟件 Optimoor 能較好地模擬船舶在靠泊系纜過程中纜繩的受力狀態。采用該軟件計算碼頭在不利的風、浪、流條件下船舶各系纜力的分布情況，并比選出較優的碼頭泊位長度為410 m，數值模擬結果均滿足《系泊設備指南》要求，可以用于工程實踐之中。

參考文獻：

[1]吳澎，姜俊杰，張廷輝，等.開敞式蝶形碼頭墩位平面布置的優化研究[J].水運工程，2009（1）：175-182.

[2]于亮，安翔，楊靜思.Optimoor在開敞式油碼頭平面優化設計中的應用研究[J].中國水運，2017，17（3）：163-164+167.

[3]湯建宏，韓巍巍.基于Optimoor的30萬噸級油碼頭泊穩系纜力計算[J].水運工程，2015（6）：42-45.