船舶操纵模拟试验在航道设计方案比选中的应用

■聂文华 ■安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088

航海技术涉及到传统的方式主要是对船舶的运动的空间问题。例如，进港航道的尺度等等，这些问题的确定，一般都是根据相关的规范与航海者的实际经验来进行确定的。传统的船舶操纵方对不同环境因素对船舶操纵安全性与合理性有着不利的影响，不能很好的做出评价，特别是一些环境因素结合在一起的时候，对船舶从总的消极影响更加严重，这也就使船舶运动的角度对港口与航道的优化设计受到了阻碍。

1 实例分析

本文以天津LNG液化天然气项目航道的设计方案比选为背景，通过对全任务大型船舶模拟器的有效应用，对航道航行的水域进行科学、合理的模拟试验，不同的风力、风向、以及水的流行与水的流速等环境因素，对各个不同方案对船舶操纵安全性的影响进行有效的研究，分析出每个方案的有效性，同时，根据试验的结果来选定方案。

天津LNG液化天然气项目需要重新建立两个液化天然气泊位，一个泊位用来停靠液化天然气船，进行液化天然气的接卸，另一个泊位用来停靠浮式接受储存气化装置，浮式接受储存气化装置就是带有气化装置的液化天然气船。液化天然气与浮式接受储存气化船的泊位采用的是蝶形的墩台式的布置方式，每个泊位设置1座工作平台，靠船墩4座，以及系缆墩6座，液化天然气与浮式接受储存气化船泊位之间的距离为50米，泊位的长度都为400米，码头总的长度为850米，靠船墩顶面的海拔与系缆墩顶面的海拔一致，为850米，工作平台的顶面海拔为8米，码头前面停泊水域的宽度为150米，停泊水域的设计底的海拔为－14.5米，回旋圈的直径为865米，回旋圈的设计底的海拔为－15.0米。

该项目航道的连接港池区域对两个设计方案进行考虑，这两个设计方案存在着较大的差异，如在船舶的操纵方面、通航的安全方面、航道的投资方面等等都存在着较大的差异，这就需要进行方案的比选，最终确定一个最有效、最合适的设计方案。航行水域的宽度大小、水深情况、以及通航的条件等，是航道设计时的要求指标，这些指标中会受到船速、船舶的操作性能、风速、浪潮等一些外界条件的影响，以及船舶操纵人员技能水平高低的影响，同时，还会受到各个指标之间相互结合的影响。所以，通过本次对船舶操纵模拟试验，根据模拟的结果，来获取更多的相关数据以及资料，对各个航道的设计方案的一些确定以及不确定的因素进行评估，确定的因素包括航行水域的宽度大小、水深高度、通航的条件等等，不确定的因素包括船舶操纵的性能、风速、浪潮等等，分析出各个设计方案的有效性、科学性、合理性，最终确定方案进行实施。

2 方案简介

2.1 方案一

根据出钢口的方向为基础，码头的方向为107度，港池的方向为148度，口门的内航道与外航道为别为109度、126度，船舶的回旋水域在码头的前方的直径为865米。

2.2 方案二

对港池的疏浚北边线进行了有效的扩宽，对航道进行了切角，航道与港池的接触处呈现出了类似喇叭口的形状，类似喇叭口的上、下口宽度分别为635米、375米，喇叭口的下口与外航道之间的角度为8度。

3 船舶操纵模拟试验的方案

本次船舶操纵模拟试验采用的全任务大型船舶操纵模拟器，是英国某公司的Navi－Trainer型，全任务大型船舶操纵模拟器符合国际海事组织以及国家海事局的相关规定要求，并且获得了挪威、英国等权威机构的认证。此系统的构成主要有船舶控制模板雷达模板、电子海图显示模板、导航仪器模板等等。同时，还包括教练监控软件、船舶动态软件等等。

全任务大型船舶操纵模拟器具有的功能主要体现在以下几个方面:一是，对于不同的天气状况、不同的能见度情况、不同的海域情况、不同的时间等条件下，都可以进行航行与船舶的操纵模拟。二是，通过导航仪器、雷达、电子海图显示系统与信息系统等多种信息仪器相结合，进行综合性的职能导航模拟。三是，船舶交通服务模拟，以及搜救行动模拟。四是，采用前后，左右，横、纵摇，垂荡、船首向变化自由度船舶水动力数学模型，进行有效的模拟本船在水域中的水动力学的相关特征，如潮汐等的影响，切实的模拟本船在受限制的水域中的水动力学特征，例如，船间效应等，能够有效的模拟本船在车、缆等作用的情况下的一些响应。

在全任务大型船舶操纵模拟器上配置了拖轮的子系统，拖轮的具体操作可以对主本船或者副本船进行有效的指定。船舶操作人员可以在制定的拖轮操作船台上，像操作主本船那样进行操作，也可以与被拖带的船舶之间运用对讲机等通信设备，从而有效的尽心信息的交互与联动。在指定的目标拖轮上采用三维120度或者是270度的视景显示。在力学模型上，拖轮的子系统与靠离泊的子系统中，可以根据实际的风速等海域状况，进行有效的计算每个拖轮与每个缆绳的受力大小。

选择天津LNG项目液化天然气一期主力145000立方米液化天然气船，参加此次释氧的人员也都是本地区的高级引航员、液化天然气船船长等等。根据本地区的水文气象统计资料与相关人员的实际工作经验，选择东北风、西南风，风速在6－7级之间，涨潮，流速在0.3—1.2千米的试验情况。根据实际的现场情况，以及高级引航员的工作经验，船舶入港靠泊在液化天然气船东侧泊位的时候，比较不易操作，而且航道的要求也比较高。所以，本次是根基船舶入港靠泊液化天然气船泊位的试验为主要的研究状况。

4 试验结果

通过试验的结果表明，方案一的两组试验，在涨潮的时候，而且是东北风的情况下，引航员还是可以勉强的进行操作，但是在涨潮的时候，而且是西南风的情况下，引航员就不能操作船舶来克服西南风的影响，而且，很容易导致事故的发生，通过方案一的两组试验结果，我们可以明显的看出方案一存在一定的问题，船舶操作相对比较困难，而且容易出现事故。

方案二对港池与航道接触处进行了切角，航道与港池的接触处在切角后形成了喇叭口状，喇叭口的上、下口宽度分别为635米、375米，喇叭口与外航道之间的角度为8度，这使的船舶在行驶在该区域的时候可以安全通过，方案二在既定的风流条件为基础下，船舶进出港口都是比较安全、容易的。

5 结论

根据试验的结果显示表明，方案一存在一定的安全隐患，不建议使用;方案二在喇叭口处扩宽后，可以有利于船舶在该区域的安全通行，可见，对港池与航道接触处喇叭口的扩宽是十分必要的，方案二也满足了其他条件影响下的靠离泊的相关要求，所以，方案二试验比较成功，推荐使用。

6 总结

在船舶操纵模拟试验在传道设计方案的比选过程中，要高薪聘请一些既了解本地区的水文气象特点的引航员，又要有着丰富的银行经验的引航员，同时，还要掌握船舶操纵的特性船长，来参与到船舶操纵模拟试验中，根据具体的实际情况出发，来获取相关的数据与资料，从而确定出推荐的方案，使得航道的相关设计有效的符合实际的操作特征，同时，还要保证设计的方案要满足水上交通安全的相关要求。

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