六點(diǎn)浮筒系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

馬震 樊亮亮

摘 要：浮筒系泊系統(tǒng)近些年發(fā)展較為迅速，對(duì)于外海浪況較為復(fù)雜的大型船舶系泊多采用單點(diǎn)系泊方式，對(duì)于內(nèi)河浪況較好的小型碼頭泊位有采用多點(diǎn)系泊的方式。對(duì)于浮筒系泊的系攬計(jì)算以及多點(diǎn)系泊的系攬和作業(yè)方法，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有規(guī)范給出明確的說(shuō)明。本文基于海外某礦砂出運(yùn)碼頭的六點(diǎn)系泊數(shù)模實(shí)驗(yàn)成果以及國(guó)外的一些規(guī)范要求，給出六點(diǎn)浮筒系泊的靠離泊方案和系泊拉力的選用標(biāo)準(zhǔn)，并給出六點(diǎn)系泊下船舶對(duì)于波浪的響應(yīng)結(jié)果，給類似的碼頭設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：浮筒系泊;系攬;波浪響應(yīng);散貨碼頭

中圖分類號(hào)：P75? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）05-0071-03

1緒論

近二十年來(lái)，浮筒系泊系統(tǒng)的發(fā)展較為迅速。對(duì)于外海波浪狀況較為復(fù)雜的情況，一般采用單點(diǎn)系泊的結(jié)構(gòu)方式[1] [2]。而對(duì)于內(nèi)河碼頭，波浪狀況較為良好，船舶噸級(jí)不是很大的情況下，可采用多點(diǎn)系泊的結(jié)構(gòu)方式[3] 4]。而目前針對(duì)浮筒系泊的理論計(jì)算以及多點(diǎn)系泊的系泊和作業(yè)方法，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有規(guī)范給出明確的說(shuō)明。浮筒系泊系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)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(duì)的優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)于外海多點(diǎn)系泊方案的研究具有非常大的實(shí)用價(jià)值。

本文基于海外某礦砂出運(yùn)碼頭的系泊數(shù)模實(shí)驗(yàn)成果以及國(guó)外的一些規(guī)范要求，給出六點(diǎn)浮筒系泊的靠離泊方案和系攬拉力的選用標(biāo)準(zhǔn)，并給出六點(diǎn)系泊對(duì)于波浪的響應(yīng)結(jié)果，給類似的碼頭設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2 項(xiàng)目概況

2.1項(xiàng)目簡(jiǎn)述

本文工程項(xiàng)目位于非洲某區(qū)域，項(xiàng)目為澳大利亞某公司出運(yùn)礦砂所用。本項(xiàng)目為一個(gè)離岸式的碼頭結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目方案包括一個(gè)座550m的引橋，一套六點(diǎn)浮筒系泊系統(tǒng)、兩個(gè)靠船墩以及工作平臺(tái)。方案的平面布置圖詳見(jiàn)圖1。

2.2設(shè)計(jì)水位

設(shè)計(jì)使用水位采用50年的重現(xiàn)期進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)高水位：+3.66m;設(shè)計(jì)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(xiàng)目主要的設(shè)計(jì)波浪要素見(jiàn)表1。

2.4風(fēng)速

本項(xiàng)目風(fēng)速數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

2.5水流

本項(xiàng)目水流數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

2.6設(shè)計(jì)船型

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)船型為散貨船，船舶噸級(jí)為3萬(wàn)噸級(jí)～6.8萬(wàn)噸級(jí)，詳細(xì)的設(shè)計(jì)船型數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

3 六點(diǎn)系泊系統(tǒng)的研究

本項(xiàng)目為了將方案優(yōu)化做到極致，采用固定式的裝船機(jī)+六點(diǎn)系泊系統(tǒng)的方案。本項(xiàng)目采用SimFlex4軟件，對(duì)于六點(diǎn)系泊系統(tǒng)的系泊以及作業(yè)進(jìn)行了深入的模擬，從而驗(yàn)證了當(dāng)前的總平面和系泊方式的合理性和可行性，并通過(guò)模擬過(guò)程得出系泊過(guò)程中浮筒的拉力，詳細(xì)的船舶系泊布置方案見(jiàn)圖2。

3.1船舶允許運(yùn)動(dòng)量

本項(xiàng)目的船舶允許運(yùn)動(dòng)量根據(jù)規(guī)范PIANC規(guī)范《Criteria for Movements of Moored Ships in Harbours》[5]中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，詳見(jiàn)表5。

3.2單個(gè)浮筒的系攬失效準(zhǔn)則

本項(xiàng)目單個(gè)浮筒以纜繩和錨鏈的工作承載能力作為單個(gè)浮筒的極限值，具體的承載力見(jiàn)表6。

3.3船舶靠離泊分析

3.3.1船舶靠泊過(guò)程分析

本項(xiàng)目采用SimFlex4軟件，詳細(xì)模擬整個(gè)操船和系泊的過(guò)程，過(guò)程圖詳見(jiàn)圖3。根據(jù)模擬過(guò)程可知，由拖輪在帶纜，在回旋區(qū)域調(diào)頭;在靠近工作平臺(tái)的區(qū)域系5號(hào)、4號(hào)、3號(hào)浮筒，再由此三個(gè)浮筒控制縱向船速;再系1號(hào)和2號(hào)浮筒，將船身控制至平行碼頭方向;再由2號(hào)浮筒和3號(hào)浮筒配合拖輪緩慢?？靠看?最后，由船錨最終固定船舶位置。

3.3.2船舶離泊過(guò)程分析

在船舶離泊過(guò)程中，首先通過(guò)船錨和5號(hào)浮筒收纜，2號(hào)和3號(hào)浮筒放纜，讓船舶先緩慢脫離碼頭作業(yè)平臺(tái);再脫開(kāi)2號(hào)和3號(hào)浮筒，收纜船錨和5號(hào)浮筒，使得船舶加速脫離碼頭作業(yè)區(qū)域;再脫離1號(hào)和4號(hào)浮筒，通過(guò)船錨和5號(hào)浮筒，并且輔助拖輪對(duì)船舶進(jìn)行轉(zhuǎn)向，使其可以對(duì)準(zhǔn)航道方向;最后脫開(kāi)5號(hào)浮筒，收起船錨，駛?cè)牒降馈Ｔ敿?xì)的模式過(guò)程圖見(jiàn)圖4。

3.4船舶系泊分析

由于本項(xiàng)目采用固定式的裝船機(jī)，船舶作用過(guò)程中需要通過(guò)移船的形式對(duì)船舶的不同位置進(jìn)行裝載，依次裝載的順序?yàn)榇爸信?，船舶前艙和船舶后艙。本?xiàng)目依次對(duì)三個(gè)艙位作業(yè)情況下的系攬狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

根據(jù)數(shù)模試驗(yàn)結(jié)果可知，船舶運(yùn)動(dòng)量均滿足規(guī)范要求。在進(jìn)行前艙裝填時(shí)，船舶的運(yùn)動(dòng)量最大;對(duì)于系攬點(diǎn)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(jìn)行前艙裝填時(shí)，出現(xiàn)304.14kN的最大拉力。根據(jù)OCIMF[6]規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，將纜繩的極限承載力作為單個(gè)系攬點(diǎn)的極限拉力設(shè)計(jì)值，并以此來(lái)選取浮筒以及錨的型號(hào)。

3.5船舶敏感性分析

本項(xiàng)目對(duì)六點(diǎn)系泊下船舶對(duì)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(yīng)?？紤]橫向波，縱向波和與船體縱向夾角45°波的整體相應(yīng)，詳細(xì)的結(jié)果見(jiàn)圖5～圖10。圖中，黑色實(shí)線代表滿載下橫向浪況;藍(lán)色實(shí)線代表滿載下船體45°方向浪況;紅色實(shí)線代表滿載下縱向浪況;黑色虛線代表壓載下橫向浪況;藍(lán)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(xiàng)目根據(jù)該響應(yīng)結(jié)果，一方面可以讓運(yùn)營(yíng)方根據(jù)實(shí)際的波浪情況選擇作業(yè)情況，另外一方面也驗(yàn)證了當(dāng)前水文條件下總平面布置的合理性;同時(shí)，該結(jié)果也可以為類似六點(diǎn)系泊的方案選址提供參考。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）針對(duì)大型散貨碼頭，本文結(jié)合工藝設(shè)備的方案，提出采用固定式的裝船機(jī)加浮筒系泊的設(shè)計(jì)方案，相對(duì)于常規(guī)墩式蝶形結(jié)構(gòu)的碼頭設(shè)計(jì)方案，極大地節(jié)約了項(xiàng)目成本，為其他類似的工程項(xiàng)目提供了方案參考。

（2）本文通過(guò)對(duì)船泊靠離泊的過(guò)程模擬，給出了針對(duì)六點(diǎn)系泊的靠離泊系攬方法，為六點(diǎn)系泊系統(tǒng)地使用提供參考。

（3）本文詳細(xì)分析不同浪況作業(yè)情況下浮筒錨固點(diǎn)的拉力以及船泊運(yùn)動(dòng)量，得出作業(yè)過(guò)程中的最不利工況和最大拉力點(diǎn)，為項(xiàng)目的安全作業(yè)提供依據(jù);同時(shí)，將得到的拉力與纜繩極限承載力相對(duì)比，最后建議采用纜繩極限承載力作為浮筒以及錨的型號(hào)選取依據(jù)，為其他項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考。

（4）本文對(duì)六點(diǎn)系泊下的船舶波浪響應(yīng)做了詳細(xì)的分析，分析不同方向下船舶對(duì)于不同頻率波浪的響應(yīng)情況，一方面驗(yàn)證了本項(xiàng)目方案的可行性，另外一方面為其他類似項(xiàng)目的選址和平面設(shè)計(jì)提供重要參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉孟琦，張寧川.CALM系泊30萬(wàn)噸級(jí)油輪動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2020.

[2]閆斌，譚巍. 15萬(wàn)噸級(jí)FPSO限位設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].中國(guó)水運(yùn)，2017（05）-0338-03.

[3]李偉峰，史國(guó)友，王慶武.鴨綠江口4萬(wàn)噸級(jí)雙浮筒系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算[J].水運(yùn)工程，2012（2）-0069-05.

[4]陳凱敏，東培華，季小強(qiáng)，王琦瑋. 張家港港務(wù)集團(tuán)臨時(shí)停泊區(qū)雙浮筒[J].中國(guó)水運(yùn)，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.