吳周翔 栗珂

摘 要：對比船舶系泊物理模型試驗得到的系纜力的值與Optimoor模擬得到的系纜力的值，其結(jié)果表明船舶靠泊系纜狀態(tài)下的系纜力的值能被數(shù)模軟件Optimoor較準確地計算出。通過不利風(fēng)、浪、流等自然條件計算得到的船只系纜狀態(tài)，比選出較優(yōu)的碼頭泊位長度。

關(guān)鍵詞：系泊;油碼頭;泊位長度;Optimoor

1 概述

隨著國內(nèi)經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國對于石油的需求亦日趨旺盛，這些原油絕大多數(shù)通過成本相對低廉的海上運輸進入國內(nèi)，由此，需要有與之匹配的裝卸油碼頭。同時國內(nèi)碼頭逐漸向大型化、專業(yè)化方向發(fā)展，越來越多的30萬噸級油碼頭進入設(shè)計、建設(shè)階段。

大型油碼頭往往需要超過22 m的碼頭前沿水深，同時對碼頭平面區(qū)域需求少，因此，為減少投資造價以及減少水域浚深對水域環(huán)境的造成的危害，其具有兩個特點：（1）建設(shè)地點選擇相對遠離海岸、自然水深較深的開敞式、無掩護海域;（2）碼頭平面布置多采用“蝶形”，工作平臺、靠船墩、系纜墩等經(jīng)過引橋相連，裝卸平臺上面的輸油臂通過管道與陸域罐區(qū)連接。因此，需要優(yōu)化泊位長度等平面布置因素，減少開敞式水域復(fù)雜多變的風(fēng)、浪、流等對碼頭墩臺結(jié)構(gòu)受力的影響，降低墩臺結(jié)構(gòu)所受的船舶系纜力、撞擊力，同時控制船只的橫移、縱移、橫搖、縱傾、升沉和回旋等滿足規(guī)范和使用要求。

筆者以粵東某30萬噸級油碼頭設(shè)計為例，參照30萬噸級油船的實船資料，通過Optimoor系泊系統(tǒng)分析軟件模擬極端工況下船舶的系纜狀況，同時以船舶系泊實驗的系纜數(shù)據(jù)對Optimoor軟件的可靠性進行驗證，從而對碼頭的泊位長度進行比選。

2 Optimoor軟件介紹

Optimoor是美國Tension Technology International 公司研制的船舶系纜計算軟件。Optimoor軟件應(yīng)用范圍為初步確定裝卸環(huán)境標準、系泊環(huán)境標準、最優(yōu)系泊方式、最大船舶荷載。該軟件靜力模塊是通過靜力計算來考慮外荷載。通過運用OCIMF協(xié)會的公式、輸入實際的風(fēng)、浪、流的值來模擬船舶收到的風(fēng)、水等荷載。波浪荷載是通過波高和風(fēng)荷載疊加計算出來。在結(jié)構(gòu)受到拖輪荷載、冰荷載、或其他船舶荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用力時，需要手動計算這些外力和力矩，然后輸入上述參數(shù)到軟件中，得到數(shù)值。在計算波浪作用下的船舶運動時，Optimoor采用了頻域分析的方法，給出波浪作用下不同船型 6 個運動分量的振幅響應(yīng)因子[1]。系纜力、擠靠力、快速脫纜鉤收到的力的數(shù)值等都可通過該軟件計算得到，能得到各個纜繩在最不利情況下受到的內(nèi)力，對于港口工程結(jié)構(gòu)計算中這類軟件是很實用的。

3 項目概況及設(shè)計條件

建設(shè)規(guī)模：兼靠5萬噸級～30萬噸級油船的碼頭一座;防波堤工程1座。

設(shè)計條件如下：

設(shè)計高水位，1.87 m;設(shè)計低水位，0.30 m;逃逸風(fēng)速，22.6 m/s;流，0.4 m/s;纜繩材料，44 mm鋼纜，破斷力1 070 kN;11 m尼龍尾纜（Φ96 mm），破斷力1 290 kN;系纜方式，4 222。

4 數(shù)值模擬結(jié)果與物理模型結(jié)果的比對

通過軟件Optimoor建模，用其中一個具有代表性的風(fēng)、浪、流條件進行計算，通過表1相同工況下船舶系泊物理模型實驗各纜繩系纜力值和數(shù)值模擬系纜力值的比對可知，Optimoor計算結(jié)果和系泊物理模型試驗結(jié)果，兩者總體相符，其結(jié)果表明船舶靠泊系纜狀態(tài)下的系纜力的值能被數(shù)模軟件 Optimoor較準確地計算出，Optimoor得到的系纜力值整體上偏小，說明該軟件的計算結(jié)果較系泊物理模型試驗結(jié)果保守，該軟件可以用來模擬外部環(huán)境條件不利情況下船舶的靠泊、系纜情況。

5 碼頭泊位長度比選

在英國BS、美國UFC（美國國防部三軍基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)一標準）以及OCIMF（石油公司國際海事論壇）《系泊設(shè)施指南》中，蝶型碼頭泊位長度建議為1.1～1.2倍的設(shè)計船長[2]。根據(jù)《海港總體設(shè)計規(guī)范》（JTS 165-2013），單個蝶型布置泊位長度按下列計算公式進行計算。

Lb=（1.1-1.3）L

式中：Lb——泊位長度（m）;

L——設(shè)計船長（m）。

Lb=（1.1-1.3）×334=（367.4～434.2）m

該工程為30萬噸級原油碼頭，同時考慮到靠泊船型的向下兼容性，泊位長度初步擬定為410 m和385 m，運用Optimoor，不利工況下410 m泊位長度和385 m泊位長度的系纜力計算結(jié)果見表2～表3。

通過對各工況組次，通過對比各典型的風(fēng)、浪、流情況下Optimoor計算出來的船舶系纜力的值，可以得到如下結(jié)論：

（1）泊位長度為410 m時系纜力值的最大值總體上小于385 m泊位長度時的系纜力值的最大值，泊位長度為410 m時系纜力的值的分布較385 m泊位長度時均勻，泊位長度取值為410 m。

（2）泊位長度過大或過小時，船的最大系纜力強度比均將顯著提高。

（3）根據(jù)《系泊設(shè)備指南》，纜繩的最大系纜力強度比不應(yīng)超過55%。數(shù)值模擬結(jié)果均滿足，能在上述工況下達到安全泊穩(wěn)條件。

6 結(jié)論

本文采用Optimoor軟件進行系纜力數(shù)值模擬計算，將船舶系泊物理模型試驗的系纜力數(shù)據(jù)與Optimoor軟件的計算成果對比，結(jié)果證明數(shù)模軟件 Optimoor 能較好地模擬船舶在靠泊系纜過程中纜繩的受力狀態(tài)。采用該軟件計算碼頭在不利的風(fēng)、浪、流條件下船舶各系纜力的分布情況，并比選出較優(yōu)的碼頭泊位長度為410 m，數(shù)值模擬結(jié)果均滿足《系泊設(shè)備指南》要求，可以用于工程實踐之中。

參考文獻：

[1]吳澎，姜俊杰，張廷輝，等.開敞式蝶形碼頭墩位平面布置的優(yōu)化研究[J].水運工程，2009（1）：175-182.

[2]于亮，安翔，楊靜思.Optimoor在開敞式油碼頭平面優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].中國水運，2017，17（3）：163-164+167.

[3]湯建宏，韓巍巍.基于Optimoor的30萬噸級油碼頭泊穩(wěn)系纜力計算[J].水運工程，2015（6）：42-45.