算山碼頭30萬噸級油輪系泊安全模擬計算分析

梁帥，徐澍，李沖

（1.寧波北侖海事處，浙江 寧波 315000；2.大連海事大學，遼寧 大連 116026）

1 引言

隨著經濟的不斷發展，中國對原油的需求量大量增加，大型油碼頭的數量也在不斷地增加。由于大型油輪對波浪的相應幅度大，受風面積也更大，因此對大型油碼頭的穩泊條件與系纜安全研究可以減少事故的發生。以寧波舟山港算山碼頭為例，由于該碼頭受潮流影響較大，泊位系纜位置配布不合理，導致纜繩受力不均勻等原因，曾在2014-2020年間多次發生船舶斷纜事件和船舶漂移事件。因此對該碼頭的系纜力進行研究分析是十分有必要的。

目前對于系纜力的研究主要有兩種方式，第一種研究方法是通過物理模型實驗獲得基礎性數據并進行研究。陳中一通過研究25 萬噸級油碼頭的系纜力，分析出流速對系纜力的影響是最大的[1]；陳杰等通過經驗公式計算的方式對寧波遠東碼頭11 泊位大型散貨船安全穩泊措施進行研究，提出了合理的系纜方式[2]；陳榮國等通過研究斷纜事故，提出如何保持纜繩均勻受力的措施[3]；張春星等對目前躉船碼頭系纜力計算中存在的問題,應用《港口工程荷載規范》（JTS144-1-2010）對一實際碼頭系纜力進行了計算，驗證碼頭系纜方案的安全性[4]。

第二種是通過數模軟件對不同環境下的系纜力進行研究分析。郝慶龍等開發了一種基于實船技術的船舶系纜力實測系統，在現實環境下進行系纜力的動態數據采集[5]；王翔等基于Ariane 軟件對風浪流共同作用下的碼頭系泊進行模擬，結果表明和試驗數據具有一致性[6]。

目前針對實際碼頭的系纜安全研究較少，由于船舶系泊安全與碼頭的實際環境密切相關，不同的碼頭需要單獨進行研究。所以本文以算山碼頭2 號泊位為例，使用Optimoor 軟件并結合碼頭的實際情況，對船舶系泊安全進行分析。

2 算山碼頭概況

寧波舟山港算山碼頭2 號泊位位于北侖港區的西部，碼頭位為蝶形布置，泊位長度608m，前沿設計泥面標高-23.8m，碼頭方位角132°～312°。高樁墩式結構，4 個主靠船墩，2 個副靠船墩，6 個系纜墩，1 個30 萬噸級工作平臺，2 個5 萬噸級工作平臺組成。靠船墩之間設2 組靠船鋼簇樁作為靠船設施，分別布置在2號、3 號和4 號、5 號靠船墩之間，簇樁中心距3 號、4號靠船墩16m，距2 號、5 號靠船墩16.5m，鋼簇樁為每組5 根，中心間距為155m。。圖1 為算山碼頭2 號泊位平面布置圖。

3 模擬計算條件設置

模擬計算軟件采用美國國際張力技術公司（Tension Technology International，簡記為TTI）開發的Optimoor系泊系統計算優化軟件。

模擬計算過程中，算山碼頭2 號泊位的纜繩布置方案分為4 個方案：

方案1：4-2-2，即艏艉纜各4 根，艏艉橫纜各2 根，艏艉倒纜各2 根，共16 根纜繩，所用泊位長度550m。

方案2：6-2-2，即艏艉纜各6 根，艏艉橫纜各2 根，艏艉倒纜各2 根，共20 根纜繩，所用泊位長度450m。

方案3：6-2-2，共計20 根纜繩。方案3 與方案2的區別是將橫纜和倒纜出纜孔位置和系纜墩進行交換。所用泊位長度450m 約為船長1.35 倍，使用2 組快速脫纜鉤。

方案4：6-2-2，共計20 根纜繩。系泊方案與碼頭現有系泊方案一致，使用3 組快速脫纜鉤。

考慮到算山碼頭2 號泊位風、流、浪的合作用，本次系泊數值模擬計算試驗按對系泊安全較不利的環境條件設置。

風的條件設置分為SW風6～8級和SW風7～9級。

流的設置為，漲潮流流向320°，與碼頭夾角8°，最大潮流流速1.8kn；落潮流流向140°，與碼頭夾角8°，最大潮流流速1.8kn。

波浪的設置為，順浪：NW 浪，有效波高（H1/3）1.6m，周期8s；橫浪：SW 浪，有效波高（H1/3）1.2m，周期8s。

4 模擬計算結果分析

在方案1 中，纜繩所占泊位長度長，對船舶橫向運動束縛小。算山碼頭2 號泊位方案1 艏纜位置H218 和H217，艉纜位置H115 和H113，所用泊位長度550m，約為船長1.65 倍。系纜力和護舷撞擊力均在安全允許范圍之內，表明纜繩和護舷配置可以滿足系泊安全需要。

方案2 中纜繩所占泊位長度適宜，但艏艉纜角度過大。方案2 采用6-2-2 帶纜方式，共用20 根纜繩。其中首纜位置H217 和H216，尾纜位置H115 和H201，所占泊位長度450m，約為船長1.36 倍。由于所用泊位長度適宜，艏艉纜對于船舶橫向運動束縛力增大，一定程度上增大了船舶系泊安全性。

為了進一步探究30 萬噸級VLCC 在2 號泊位的系泊安全，擬在方案2 的基礎上，將艏艉橫纜和艏艉倒纜的出纜孔位置進行調換，纜繩布置方案為6-2-2-2-2-6，即方案3。

為了進一步探究30 萬噸級VLCC 在2 號泊位的系泊安全，擬在方案3 的基礎上，纜繩布置方案為6-2-2-2-2-6，將船尾6 根纜繩采用2-2-2 布置，即方案4。

5 安全系泊風力極限值分析及措施

模擬計算結果顯示，纜繩布置方案3 和方案4 在同等泊穩條件下系泊安全性優于纜繩布置方案1 和方案2。

在方案3 的基礎上增加了流速，重新進行系泊數值計算（即方案4），在潮流增加的情況下船舶的運動量和系纜力均有所增加。方案3 與方案4 系泊纜繩均20 根，纜繩布置方案首尾各6-2-2，只是系纜鉤的使用略有區別。方案3 使用了2 組快速脫纜鉤，方案4 使用了3 組快速脫纜鉤。

由此可得到在2 號泊位船舶系泊過程中，各纜繩布置方案的安全系泊風力極限值。具體情況見表1。

表1 2 號泊位安全系泊風力極限值

目前碼頭采取的系泊方案為方案四，由于30 萬噸級油輪纜繩配備數量為20 根，到港船舶系泊已將船方所有纜繩全部使用。在經過實際考察，為保障大型船舶系泊安全，在碼頭上增加系泊纜車是目前碼頭方采用的比較有效的方法。它可以根據系泊需求在不同的位置增加系泊纜車，從而增加船舶系泊纜繩總數量。

6 結語

結合算山碼頭30 萬噸級油碼頭的水文環境及設計方案，通過Optimoor 軟件對30 萬噸級油輪系泊在某碼頭泊位各種工況系泊受力的計算，分析影響船舶系泊安全的因素，形成碼頭安全穩泊方案及抗風等級標準，實現船舶科學安全的系泊。

Optimoor 軟件可以實現系泊安全分析，可供船舶和碼頭工作人員、港口規劃以及船舶設計人員使用。在實驗中，通過對不同環境下的系纜方案進行模擬，驗證得出2 號泊位由于系纜布置不對稱，導致系泊纜繩長度相差較大，系泊纜繩受力不均。隨著貨物數量、潮位變化以及風流條件對系泊纜繩的影響，長度較短、角度較大的纜繩荷載增加很大，潛在出現斷纜的風險。通過實驗的驗證，提出合理的系泊方案與系泊條件，可以有效避免再次發生斷纜事故。