錢旭菲 朱現(xiàn)場(chǎng)（上海海事大學(xué)商船學(xué)院 中國(guó) 上海 201306）

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)石油、天然氣需求量的不斷增大，越來(lái)越多的危險(xiǎn)品船進(jìn)出我國(guó)各地的港口和航道，自2008年以來(lái)，我國(guó)危險(xiǎn)品船進(jìn)出港口的數(shù)量激增。以洋山港危險(xiǎn)品船流量為例，進(jìn)出港口的危險(xiǎn)品船數(shù)量的激增，一方面給港口的船舶通航帶來(lái)很大壓力；另一方面給運(yùn)輸沿線人們的安全和環(huán)境帶來(lái)巨大的危險(xiǎn)。危險(xiǎn)品船進(jìn)出港航行安全的評(píng)價(jià)越來(lái)越受到人們的重視。涉及危險(xiǎn)品船航行的研究可采用物理模型試驗(yàn)和實(shí)船試驗(yàn)的方法進(jìn)行，但物理模型試驗(yàn)要耗費(fèi)較大的人力和物力，費(fèi)時(shí)長(zhǎng)，還存在比尺效應(yīng)等問(wèn)題。實(shí)船試驗(yàn)費(fèi)用更加昂貴，有時(shí)甚至存在極大危險(xiǎn)性。因此利用航海仿真系統(tǒng)研究危險(xiǎn)品船舶操縱運(yùn)動(dòng)并評(píng)價(jià)其航行安全得到了越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。

1 航海仿真系統(tǒng)

航海仿真系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬船舶在海上航行的設(shè)備，能模擬各種海況下船舶航行和靠離泊作業(yè)，并根據(jù)模擬結(jié)果的分析，提出通航要求和船舶的操船方法，為航行和工程設(shè)計(jì)及論證提供科學(xué)依據(jù)。

1.1 模擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1）船舶（規(guī)劃船型）進(jìn)出航道模擬仿真試驗(yàn)；

2）船舶（規(guī)劃船型）在掉頭水域模擬仿真試驗(yàn)；3）船舶（規(guī)劃船型）靠離泊模擬仿真試驗(yàn)。

1.2 模擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1）航道寬度是否滿足船舶（規(guī)劃船型）的通航要求；

2）船舶回旋水域是否滿足船舶（規(guī)劃船型）回旋能力要求；3）碼頭泊位長(zhǎng)度是否滿足船舶（規(guī)劃船型）靠離泊要求。

1.3 通航安全評(píng)估的一般步驟

船舶在港口的通航安全評(píng)估可根據(jù)船舶航行過(guò)程分為兩個(gè)階段:航道航行階段和靠離泊階段。航道航行階段通航安全的指標(biāo)主要包括航道寬度、水深、船舶密度、礙航物等；靠離泊階段，安全指標(biāo)包括旋回水域、拖輪的使用情況等。

安全評(píng)估的一般步驟如下：

1）確定評(píng)估的目的和要求。確定論證需要解決的問(wèn)題，如判定設(shè)計(jì)航道的寬度是否合理，水深是否滿足船舶進(jìn)出港口的要求，回旋水域與設(shè)計(jì)的差異，船舶在航道航行時(shí)的操縱方法和難易程度等。

2）電子海圖的制作。模擬航行離不開(kāi)電子海圖，因此要選用最新版的紙質(zhì)海圖進(jìn)行數(shù)字化處理，并依據(jù)工程設(shè)計(jì)資料對(duì)電子海圖進(jìn)行改正。

3）外界環(huán)境的模擬。為了模擬實(shí)際的船舶操縱和航行情況，應(yīng)向模擬器輸入風(fēng)、流、潮汐等資料。最好的辦法是建立適合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的風(fēng)和流仿真數(shù)據(jù)庫(kù)，讓計(jì)算機(jī)在模擬過(guò)程中動(dòng)態(tài)讀取風(fēng)、流數(shù)據(jù)，這樣得出的模擬結(jié)果精度將大大提高。

4）船型的選擇及檢驗(yàn)。所選擇的船型能描述船舶在以下幾方面的操縱情況:定速航行時(shí)避碰操船；加、減速操船；低速操船；淺水影響下操船；岸壁、橋墩等影響下操船；風(fēng)、流影響下操船；附屬操縱設(shè)備控制下操船；風(fēng)、浪等外力作用下的操船等。

5）模擬方案的制定與實(shí)施。為確保模擬結(jié)果具有實(shí)際指導(dǎo)意義，操縱模擬人員應(yīng)具有1978年海員培訓(xùn)、發(fā)證和值班標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際公約所規(guī)定的資質(zhì)，還可以聘請(qǐng)熟悉模擬水域的引航員來(lái)指導(dǎo)模擬操船，以提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖1 26.7萬(wàn)m3LNG船舶進(jìn)出港模擬試驗(yàn)軌跡圖

6）對(duì)模擬航行結(jié)果的分析。首先，要進(jìn)行一定數(shù)量的模擬航行，以獲得足夠的數(shù)據(jù)。其次，應(yīng)確定合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)，常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)有:航跡帶寬度，模擬操縱時(shí)間，回旋水域等。評(píng)估的結(jié)果應(yīng)做出特定條件下船舶通航是否安全的判斷，給出確保安全通航的操船方法，還可提出航道和港口助航物的設(shè)置及交通管理建議等。

2 實(shí)例分析

現(xiàn)利用航海仿真系統(tǒng)對(duì)以粵東LNG一體化項(xiàng)目碼頭工程進(jìn)行船舶通航安全的工程論證。根據(jù)該工程附近水域風(fēng)流情況（在選擇風(fēng)、流時(shí)可取對(duì)操船最不利的定常風(fēng)向、風(fēng)速，極限流向、流速；亦可以根據(jù)風(fēng)流實(shí)時(shí)變化采取人工實(shí)時(shí)修正的方式輸入。）制定相應(yīng)的工況表，對(duì)LNG規(guī)劃船型進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

2.1 根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)得出LNG船舶操縱模擬實(shí)驗(yàn)圖（圖1）

表1

2.2 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理

對(duì)靠離泊模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖進(jìn)行測(cè)量得出船舶旋回所需的橫距和縱距，對(duì)所得數(shù)據(jù)處理，給出最大值。

26.7萬(wàn)m3LNG船舶靠泊模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析圖

26.7萬(wàn)m3LNG船離泊模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析圖

2.3 給出LNG船舶（規(guī)劃船型）進(jìn)出港航行航道沿程風(fēng)流壓差角、靠離泊配套拖輪使用功率圖

26.7萬(wàn)m3LNG船舶進(jìn)港航行航道沿程風(fēng)流壓差角

26.7萬(wàn)m3LNG船舶出港航行航道沿程風(fēng)流壓差角

26.7萬(wàn)m3LNG船舶掉頭靠泊配套拖輪使用功率圖

26.7萬(wàn)m3LNG船舶直接離泊配套拖輪使用功率圖

2.4 給出結(jié)論性建議

1）根據(jù)數(shù)據(jù)分析，在漲潮流不同風(fēng)向和風(fēng)速的條件下，26.7萬(wàn)m3LNG船舶進(jìn)出港航行最大風(fēng)流壓差角分別為 23.2°、24.4°，平均風(fēng)流壓差角分別為 18.7°、16.1°。 船員在操縱LNG船舶（規(guī)劃船型）進(jìn)出該港口時(shí)，可以把本次模擬的風(fēng)流壓差角作為參考。

2）通過(guò)規(guī)定的靠離泊模擬試驗(yàn)，拖輪使用艘數(shù)為3～5艘，拖輪馬力全部為6000匹，當(dāng)風(fēng)、浪、流的影響疊加時(shí)必須使用5艘且全部發(fā)揮最大功率才能使船舶安全、順利地靠上碼頭或從碼頭拉出并在回旋區(qū)域完成掉頭操作，而當(dāng)風(fēng)、浪、流的硬響相互有抵消時(shí)用3～4艘拖輪即可安全完成靠離泊作業(yè)，功率發(fā)揮要求一般。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)船舶航海仿真系統(tǒng)在LNG船舶進(jìn)出港口中應(yīng)用的不斷增多與船舶操縱模擬器的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，航海仿真系統(tǒng)將會(huì)對(duì)LNG船舶安全進(jìn)出港口發(fā)揮越來(lái)越大的作用，為我國(guó)能源進(jìn)口作出更大的貢獻(xiàn)。

［1］肖英杰.船舶操縱模擬器在碼頭項(xiàng)目航行安全論證中的應(yīng)用[A].2001航海技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)論文集[C]，2001.

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