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        航海仿真系統(tǒng)在模擬LNG船舶進(jìn)出港拖輪配置中的應(yīng)用

        2012-08-23 02:02:10錢旭菲朱現(xiàn)場上海海事大學(xué)商船學(xué)院中國上海201306
        科技視界 2012年34期
        關(guān)鍵詞:拖輪危險(xiǎn)品船型

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

        0 引言

        近年來,隨著我國石油、天然氣需求量的不斷增大,越來越多的危險(xiǎn)品船進(jìn)出我國各地的港口和航道,自2008年以來,我國危險(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,還存在比尺效應(yīng)等問題。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,讓計(jì)算機(jī)在模擬過程中動(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m3LNG船舶靠泊模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析圖

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

        26.7萬m3LNG船舶出港航行航道沿程風(fēng)流壓差角

        26.7萬m3LNG船舶掉頭靠泊配套拖輪使用功率圖

        26.7萬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

        隨著我國船舶航海仿真系統(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)揮越來越大的作用,為我國能源進(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)展趨勢論文集[C],2001.

        [2]楊神化,肖英杰.船舶操縱模擬器在上海LNG接收站碼頭方案選擇中的應(yīng)用[A].中國航海學(xué)會(huì):2004年度學(xué)術(shù)交流會(huì)優(yōu)秀論文集[C],2004.

        [3]熊振南,翁躍宗,周世波.船舶操縱模擬器在港口通航安全評(píng)估中的應(yīng)用[J].集美大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,編輯部郵箱2008年01期.

        [4]陳錦標(biāo),肖英杰,龔雪根,潘杰,應(yīng)士君.用船舶操縱模擬器論證“洋山港一期深水航道建設(shè)設(shè)計(jì)方案”可行性//2003海上航行安全管理與教育論文集[C],2003.

        [5]錢華忠.船舶操縱模擬器在港航設(shè)計(jì)論證上的應(yīng)用研究[J].中國航海,2003(01).

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