(天津海運職業(yè)學(xué)院，天津 300350)

國內(nèi)外現(xiàn)在均有使用先進(jìn)的大型船舶模擬器來研究港口船舶通航和港口建設(shè)安全評估等實際工作，而且新公約下船員培養(yǎng)過程中也要利用模擬器來完成BRM(駕駛臺資源管理)的考核。在未來，大型船舶模擬器的應(yīng)用前景必將更加廣闊?，F(xiàn)在我們來探討一下如何制定大連30萬噸級原油碼頭船舶航行及靠離泊安全模擬試驗的方案。

一、模擬試驗概述

大連港正在施工建設(shè)中的30 萬噸級原油碼頭位于遼東半島、大連灣東北部，港址位于大孤山沙坨子南側(cè)海域，與鮎魚灣相鄰(圖1-1)。該碼頭陸上距大連經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)10km，距大連西太平洋石油化工有限公司約7km，水上距大連灣約12.5km。根據(jù)港口安全和操作部門的要求，從船舶操縱安全角度出發(fā)，碼頭建成后，對其航道、掉頭水域以及泊位前沿水域是否滿足30萬噸船舶在各種載況及外界條件下的航行及靠離泊安全的要求進(jìn)行模擬試驗論證。

圖1-1 大連港口附近水域示意圖

二、船舶操縱模擬試驗方案的設(shè)備和考慮的因素

1.模擬試驗設(shè)備

模擬試驗平臺為大連海事大學(xué)V.Dragon-3000A型大型船舶操縱模擬器,它采用了先進(jìn)的分布交互仿真和高層體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想、可以和互聯(lián)網(wǎng)方便相連的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將系統(tǒng)的各計算機(jī)相互連接。該系統(tǒng)包括：教練員控制臺、主本船及視景系統(tǒng)、副本船及視景系統(tǒng)、多媒體教室與桌面系統(tǒng)，每一套系統(tǒng)均包括與本船相似的各種訓(xùn)練軟件(導(dǎo)航儀器、帶三維視景的船舶操縱、雷達(dá)與ARPA、ECDIS與GMDSS等模擬功能)。

V.Dragon-3000A型大型船舶操縱模擬器具有較高的仿真精度，模擬器的性能指標(biāo)完全滿足挪威船級社(DNV)有關(guān)大型船舶操縱模擬器的性能標(biāo)準(zhǔn)(NO.RP-DTP-23-99 Rev.1)和其他國際公認(rèn)的模擬器標(biāo)準(zhǔn)以及中國海事局和STCW公約對用于培訓(xùn)和V.Dragon-3000A 型大型船舶操縱模擬器采用當(dāng)今先進(jìn)的技術(shù)手段和方法，如計算機(jī)成象技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、無縫拼接寬視場角環(huán)幕投影技術(shù)等。

可根據(jù)試驗設(shè)計的方案，通過先進(jìn)的船舶模擬器來實現(xiàn)(如圖1-2)，效果逼真并趨于實際。

圖1-2 模擬實驗的效果截圖

2.影響安全的因素

(1)人為因素的影響

船舶駕駛員是決定船舶操縱安全的關(guān)鍵因素之一，船舶設(shè)備再先進(jìn)也離不開船舶駕駛員的正確操作和監(jiān)控。作為操縱人員操船時應(yīng)遵循下列原則。

1)泊位前沿操縱特點

進(jìn)港靠泊時，船舶從航道進(jìn)港至泊位前沿的航行過程中，需向右轉(zhuǎn)向30°，在船舶抵達(dá)泊位之前，由于船速較低，用右滿舵不可能轉(zhuǎn)過如此大的角度，需要用拖輪協(xié)助轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向后，將船舶平行擺在離泊位一定距離上，然后進(jìn)行平行靠泊?！按禂n風(fēng)”靠泊時，船舶抵達(dá)泊位前沿時距離泊位的寬度應(yīng)大一些，“吹開風(fēng)”靠泊時，該寬度應(yīng)小一些。特別是壓載狀態(tài)情況下靠離泊，更應(yīng)嚴(yán)格遵循這些原則。

2)船舶靠離泊操縱方式

根據(jù)上述船舶載重狀態(tài)的靠離泊情況，本泊位未來可能既有滿載靠泊、壓載離泊情況，還可能有壓載靠泊、滿載離泊的情況。在選擇靠泊方式時一般遵循下列原則：

滿載船進(jìn)港靠泊時，采用“順靠”方式，離泊為壓載，采用“掉頭離”方式；壓載船進(jìn)港靠泊時，采用“掉頭靠”方式，離泊為滿載，采用“順離”方式。

滿載進(jìn)港靠泊應(yīng)選擇在頂流(漲潮流)時機(jī)，滿載出港也應(yīng)選擇在頂流(落潮流)時機(jī)，并應(yīng)避免急漲急落時進(jìn)行靠離泊作業(yè)。

壓載掉頭受風(fēng)的影響較大，若環(huán)境允許應(yīng)選擇向下風(fēng)的掉頭方式進(jìn)行操縱。

(2)環(huán)境因素的影響

從船舶操縱角度來講，大連30萬噸級泊位通航水域分為兩段，第一段是航道以外自然水深航區(qū)。該航段的特點是水域較寬，在此操作船舶不太困難。第二段是航道至泊位前沿部分，長度約1.62海里，該航段為船舶航道航行、掉頭操縱和靠離泊區(qū)域，水深及水域均受到限制，操縱相對困難，是模擬試驗的重點水域。

1)航道通航特點

顯然，第二航段風(fēng)險性要比第一航段大得多，也是模擬試驗的重點。由于航道長度只有3000m，而30萬噸VLCC慣性較大，因此，在船舶進(jìn)入航道端部時是控制船速的關(guān)鍵時刻。并根據(jù)船舶停船性能的特點，適時停車，以便在泊位前沿的適當(dāng)位置把船停住。必要時，可適時運用拖輪協(xié)助減速。由于進(jìn)港航道的兩側(cè)為海產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，船舶只能在370米的航道內(nèi)航行，船速過低時，舵效降低，風(fēng)、流的作用也增強(qiáng)，因此，在風(fēng)大、流急的條件下，該段航程船舶操縱十分困難。

2)風(fēng)的影響

根據(jù)大連港的風(fēng)力風(fēng)向的統(tǒng)計資料，常風(fēng)向為N向，次常風(fēng)向為S和NW向。航道走向(017°-197°)與常風(fēng)向(N)交角為17°；與次常風(fēng)向(S 和 NW)交角分別為163°和62°。從保證船舶安全的角度來看，模擬試驗中對操船安全影響較大的風(fēng)向NW和SE，風(fēng)力選取6 和7 級。

3)海流的影響

從氣象統(tǒng)計資料來看，大連30萬噸級原油碼頭附近水域為往復(fù)流，漲落潮流流向(約 225°)基本與碼頭走向平行(2°交角),但與航道走向成28°的交角；落潮流流向(約054°)與碼頭線交角約7°，與航道走向成37°的交角。

4)潮高的影響

由于航道水深受限，滿載低潮時富裕水深較小，將使船舶操縱受到影響。船舶壓載出港時，航道、碼頭水域的水深不受限制，可以在任意潮高時間通過航道和靠離泊。

5)波浪的影響

碼頭水域常浪向為SE向，與航道交角約118°(或 62°)，與碼頭軸線交角約88°(或 92°)；次常浪向為SSE向，與航道交角約140°(或 40°)，與碼頭軸線交角約110°(或 70°)；強(qiáng)浪向為SSW 向，與航道交角約185°(或 5°)，與碼頭軸線交角約155°(或25°)。船舶在出港時若遭遇常浪向，可能引起較大的橫搖和升沉運動，進(jìn)而增加船舶的吃水。

(3)船舶因素的影響

根據(jù)大連30萬噸級原油碼頭的營運計劃，船舶因素的影響主要考慮船舶載重狀態(tài)、進(jìn)港初始船速等。

1)船舶進(jìn)出港的載況類型

根據(jù)港口設(shè)計部門的要求和大連30萬噸原油碼頭投產(chǎn)后的需求，船舶進(jìn)出、靠離 30 萬噸原油碼頭的營運種類一般包括四種類型：

滿載進(jìn)港靠泊；空載離泊出港；空載進(jìn)港靠泊；滿載離泊出港。

2)進(jìn)出港船速的影響

船舶航速的大小是決定船舶在航道中航行安全的重要因素之一。因此，船舶駕駛員一定要以安全航速謹(jǐn)慎駕駛，與當(dāng)時的情況和環(huán)境相適應(yīng)，從而保證船舶的航行安全。

3、拖輪的運用

(1)影響拖輪作用效率的因素

1)拖力、推力作用點

可根據(jù)實際情況按照下列原則確定拖輪帶纜位置：需轉(zhuǎn)向或掉頭時，為了獲得最大的轉(zhuǎn)船力矩，帶纜位置應(yīng)盡可能接近船首和(或)船尾；需平移時，為了獲得最大的平移力，合力作用點應(yīng)盡可能接近船舶首尾方向的重心水平位置。

2)拖力的垂直角

拖纜垂直角大小將會影響拖力的使用效率。由于試驗中30萬噸VLCC 壓載狀態(tài)時的吃水只有10 m 左右，水面以上的船舷高度為20 m左右，而拖輪的拖纜長度是有限的(一般為 100 m)，且在使用中要留有一定的余量，不可能將100m 的拖纜全部使用。拖輪拖帶效果如圖1-3所示。

圖 1-3 拖輪拖帶效率示意圖

經(jīng)計算，出纜長度為80m時，效率為96%；出纜長度為60m時，效率為94%。因此，實際使用中應(yīng)適當(dāng)增加使用拖輪的總功率。

(2)拖輪馬力及其數(shù)量

使用拖輪的數(shù)量應(yīng)根據(jù)港口實際情況確定。除考慮船舶本身的運動所需拖輪功率外，還應(yīng)考慮風(fēng)、流和波浪的影響。另外，根據(jù)經(jīng)驗，對于VLCC 船舶，應(yīng)使用大馬力拖輪。船舶在港口靠泊操作過程中，既有大角度轉(zhuǎn)向又有掉頭回轉(zhuǎn)，因此，其操作難度要遠(yuǎn)大于一般船舶。

三、模擬試驗方案的設(shè)計

綜合考慮到上述因素的影響和操船的安全，針對最不利于船舶操縱的情況，有針對性地設(shè)計了以下模擬試驗方案：

1.滿載進(jìn)港靠泊

(1)漲潮流(225°)1kn, N 風(fēng) 6 級，6 艘拖輪協(xié)助

(2)漲潮流(225°)1kn, NW 風(fēng) 7 級，5 艘拖輪協(xié)助

(3)漲潮流(225°)2kn, NW 風(fēng) 6 級，6 艘拖輪協(xié)助

(4)漲潮流(225°)1kn, SE 風(fēng) 6 級；5 艘拖輪協(xié)助

(5)漲潮流(225°)2kn, SW 風(fēng) 6 級，6 艘拖輪協(xié)助

(6)落潮流(045°)1kn, NW 風(fēng) 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(7)落潮流(045°)2kn, NW 風(fēng) 6 級，6 艘拖輪協(xié)助

(8)落潮流(054°)1kn, SE 風(fēng) 5 級；5 艘拖輪協(xié)助

(9)落潮流(054°)2kn, SE 風(fēng) 5 級；6 艘拖輪協(xié)助

2.滿載離泊出港

(10)落潮流(054°)2kn, NW 風(fēng) 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(11)漲潮流(225°)2kn, SE 風(fēng) 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(12)落潮流(054°)2kn, SE 風(fēng) 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(13)漲潮流(225°)2kn, NW 風(fēng) 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

3.壓載進(jìn)港掉頭靠泊

(14)漲潮流(225°)1kn, NW 風(fēng) 7 級，5 艘拖輪協(xié)助

(15)落潮流(054°)2kn, NW 風(fēng) 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(16)落潮流(054°)1kn, SE 風(fēng) 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(17)落潮流(054°)2kn, SE 風(fēng) 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

4.壓載掉頭離泊出港

(18)落潮流(054°)2kn, NW 風(fēng) 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(19)漲潮流(225°)2kn, NW 風(fēng) 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(20)落潮流(054°)1kn, SE 風(fēng) 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(21)落潮流(054°)1kn, S 風(fēng) 6 級，4 艘拖輪協(xié)助

(22)漲潮流(225°)2kn, SW 風(fēng) 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

5.特殊情況滿載進(jìn)港靠泊

(23)橫流(107°)1kn, NW 風(fēng) 6 級，6 艘拖輪協(xié)助

(24)橫流(107°)1kn, SE 風(fēng) 6 級，6 艘拖輪協(xié)助

上述設(shè)計方案中每種試驗可進(jìn)行 2～3 次模擬，其方案種類和試驗次數(shù)可以根據(jù)引航員的經(jīng)驗和實際情況進(jìn)行取舍或增加。

四、模擬試驗方案的實施

船舶操縱由船長及大連港一級以上的引航員執(zhí)行操縱。針對不同的風(fēng)流條件，進(jìn)行一系列模擬操船。模擬操船水域為自進(jìn)港航道第一燈浮至泊位之間的水域。模擬試驗表明，每次模擬操船所需時間與實船操縱基本一致，約需時 40 分鐘～1.5 小時。每次試驗都對船位、航向、航速、主機(jī)工況、操舵舵角等運動參數(shù)以及風(fēng)流數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，可為后期的分析試驗結(jié)果提供數(shù)據(jù)支撐。

五、結(jié)束語

總之，只有通航安全評估人員充分考慮到各方面的影響因素，才能對試驗環(huán)境有針對性地進(jìn)行模擬試驗，從而保證實驗數(shù)據(jù)的代表性，最終才能為港口和船舶的雙方安全提供指導(dǎo)性地服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]金一丞，洪碧光，張秀鳳.船舶操縱模擬器在船舶通航安全評估中的應(yīng)用[J].中國航海，2003， (03).

[2]戴建鋒.港口船舶交通安全評價的研究[D].武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003.

[3]李偉，史國有，洪碧光.大連港香爐礁航道通航安全論證[J].大連海事大學(xué)學(xué)報，2003,29(02).

[4]洪碧光. 船舶操縱[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2011.