航海仿真系统在模拟LNG船舶进出港拖轮配置中的应用

钱旭菲 朱现场（上海海事大学商船学院 中国 上海 201306）

0 引言

近年来，随着我国石油、天然气需求量的不断增大，越来越多的危险品船进出我国各地的港口和航道，自2008年以来，我国危险品船进出港口的数量激增。以洋山港危险品船流量为例，进出港口的危险品船数量的激增，一方面给港口的船舶通航带来很大压力；另一方面给运输沿线人们的安全和环境带来巨大的危险。危险品船进出港航行安全的评价越来越受到人们的重视。涉及危险品船航行的研究可采用物理模型试验和实船试验的方法进行，但物理模型试验要耗费较大的人力和物力，费时长，还存在比尺效应等问题。实船试验费用更加昂贵，有时甚至存在极大危险性。因此利用航海仿真系统研究危险品船舶操纵运动并评价其航行安全得到了越来越广泛地应用。

1 航海仿真系统

航海仿真系统是基于计算机仿真技术模拟船舶在海上航行的设备，能模拟各种海况下船舶航行和靠离泊作业，并根据模拟结果的分析，提出通航要求和船舶的操船方法，为航行和工程设计及论证提供科学依据。

1.1 模拟仿真实验内容

1）船舶（规划船型）进出航道模拟仿真试验；

2）船舶（规划船型）在掉头水域模拟仿真试验；3）船舶（规划船型）靠离泊模拟仿真试验。

1.2 模拟仿真实验目的

1）航道宽度是否满足船舶（规划船型）的通航要求；

2）船舶回旋水域是否满足船舶（规划船型）回旋能力要求；3）码头泊位长度是否满足船舶（规划船型）靠离泊要求。

1.3 通航安全评估的一般步骤

船舶在港口的通航安全评估可根据船舶航行过程分为两个阶段:航道航行阶段和靠离泊阶段。航道航行阶段通航安全的指标主要包括航道宽度、水深、船舶密度、碍航物等；靠离泊阶段，安全指标包括旋回水域、拖轮的使用情况等。

安全评估的一般步骤如下：

1）确定评估的目的和要求。确定论证需要解决的问题，如判定设计航道的宽度是否合理，水深是否满足船舶进出港口的要求，回旋水域与设计的差异，船舶在航道航行时的操纵方法和难易程度等。

2）电子海图的制作。模拟航行离不开电子海图，因此要选用最新版的纸质海图进行数字化处理，并依据工程设计资料对电子海图进行改正。

3）外界环境的模拟。为了模拟实际的船舶操纵和航行情况，应向模拟器输入风、流、潮汐等资料。最好的办法是建立适合当地实际情况的风和流仿真数据库，让计算机在模拟过程中动态读取风、流数据，这样得出的模拟结果精度将大大提高。

4）船型的选择及检验。所选择的船型能描述船舶在以下几方面的操纵情况:定速航行时避碰操船；加、减速操船；低速操船；浅水影响下操船；岸壁、桥墩等影响下操船；风、流影响下操船；附属操纵设备控制下操船；风、浪等外力作用下的操船等。

5）模拟方案的制定与实施。为确保模拟结果具有实际指导意义，操纵模拟人员应具有1978年海员培训、发证和值班标准国际公约所规定的资质，还可以聘请熟悉模拟水域的引航员来指导模拟操船，以提高模拟结果的准确性。

图1 26.7万m3LNG船舶进出港模拟试验轨迹图

6）对模拟航行结果的分析。首先，要进行一定数量的模拟航行，以获得足够的数据。其次，应确定合理的评价指标，常用的评价指标有:航迹带宽度，模拟操纵时间，回旋水域等。评估的结果应做出特定条件下船舶通航是否安全的判断，给出确保安全通航的操船方法，还可提出航道和港口助航物的设置及交通管理建议等。

2 实例分析

现利用航海仿真系统对以粤东LNG一体化项目码头工程进行船舶通航安全的工程论证。根据该工程附近水域风流情况（在选择风、流时可取对操船最不利的定常风向、风速，极限流向、流速；亦可以根据风流实时变化采取人工实时修正的方式输入。）制定相应的工况表，对LNG规划船型进行模拟试验。

2.1 根据实验验得出LNG船舶操纵模拟实验图（图1）

表1

2.2 对实验数据分析处理

对靠离泊模拟实验结果图进行测量得出船舶旋回所需的横距和纵距，对所得数据处理，给出最大值。

26.7万m3LNG船舶靠泊模拟试验数据分析图

26.7万m3LNG船离泊模拟试验数据分析图

2.3 给出LNG船舶（规划船型）进出港航行航道沿程风流压差角、靠离泊配套拖轮使用功率图

26.7万m3LNG船舶进港航行航道沿程风流压差角

26.7万m3LNG船舶出港航行航道沿程风流压差角

26.7万m3LNG船舶掉头靠泊配套拖轮使用功率图

26.7万m3LNG船舶直接离泊配套拖轮使用功率图

2.4 给出结论性建议

1）根据数据分析，在涨潮流不同风向和风速的条件下，26.7万m3LNG船舶进出港航行最大风流压差角分别为 23.2°、24.4°，平均风流压差角分别为 18.7°、16.1°。 船员在操纵LNG船舶（规划船型）进出该港口时，可以把本次模拟的风流压差角作为参考。

2）通过规定的靠离泊模拟试验，拖轮使用艘数为3～5艘，拖轮马力全部为6000匹，当风、浪、流的影响叠加时必须使用5艘且全部发挥最大功率才能使船舶安全、顺利地靠上码头或从码头拉出并在回旋区域完成掉头操作，而当风、浪、流的硬响相互有抵消时用3～4艘拖轮即可安全完成靠离泊作业，功率发挥要求一般。

3 结束语

随着我国船舶航海仿真系统在LNG船舶进出港口中应用的不断增多与船舶操纵模拟器的进一步开发，航海仿真系统将会对LNG船舶安全进出港口发挥越来越大的作用，为我国能源进口作出更大的贡献。

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