算山码头30万吨级油轮系泊安全模拟计算分析

梁帅，徐澍，李冲

（1.宁波北仑海事处，浙江 宁波 315000；2.大连海事大学，辽宁 大连 116026）

1 引言

随着经济的不断发展，中国对原油的需求量大量增加，大型油码头的数量也在不断地增加。由于大型油轮对波浪的相应幅度大，受风面积也更大，因此对大型油码头的稳泊条件与系缆安全研究可以减少事故的发生。以宁波舟山港算山码头为例，由于该码头受潮流影响较大，泊位系缆位置配布不合理，导致缆绳受力不均匀等原因，曾在2014-2020年间多次发生船舶断缆事件和船舶漂移事件。因此对该码头的系缆力进行研究分析是十分有必要的。

目前对于系缆力的研究主要有两种方式，第一种研究方法是通过物理模型实验获得基础性数据并进行研究。陈中一通过研究25 万吨级油码头的系缆力，分析出流速对系缆力的影响是最大的[1]；陈杰等通过经验公式计算的方式对宁波远东码头11 泊位大型散货船安全稳泊措施进行研究，提出了合理的系缆方式[2]；陈荣国等通过研究断缆事故，提出如何保持缆绳均匀受力的措施[3]；张春星等对目前趸船码头系缆力计算中存在的问题,应用《港口工程荷载规范》（JTS144-1-2010）对一实际码头系缆力进行了计算，验证码头系缆方案的安全性[4]。

第二种是通过数模软件对不同环境下的系缆力进行研究分析。郝庆龙等开发了一种基于实船技术的船舶系缆力实测系统，在现实环境下进行系缆力的动态数据采集[5]；王翔等基于Ariane 软件对风浪流共同作用下的码头系泊进行模拟，结果表明和试验数据具有一致性[6]。

目前针对实际码头的系缆安全研究较少，由于船舶系泊安全与码头的实际环境密切相关，不同的码头需要单独进行研究。所以本文以算山码头2 号泊位为例，使用Optimoor 软件并结合码头的实际情况，对船舶系泊安全进行分析。

2 算山码头概况

宁波舟山港算山码头2 号泊位位于北仑港区的西部，码头位为蝶形布置，泊位长度608m，前沿设计泥面标高-23.8m，码头方位角132°～312°。高桩墩式结构，4 个主靠船墩，2 个副靠船墩，6 个系缆墩，1 个30 万吨级工作平台，2 个5 万吨级工作平台组成。靠船墩之间设2 组靠船钢簇桩作为靠船设施，分别布置在2号、3 号和4 号、5 号靠船墩之间，簇桩中心距3 号、4号靠船墩16m，距2 号、5 号靠船墩16.5m，钢簇桩为每组5 根，中心间距为155m。。图1 为算山码头2 号泊位平面布置图。

3 模拟计算条件设置

模拟计算软件采用美国国际张力技术公司（Tension Technology International，简记为TTI）开发的Optimoor系泊系统计算优化软件。

模拟计算过程中，算山码头2 号泊位的缆绳布置方案分为4 个方案：

方案1：4-2-2，即艏艉缆各4 根，艏艉横缆各2 根，艏艉倒缆各2 根，共16 根缆绳，所用泊位长度550m。

方案2：6-2-2，即艏艉缆各6 根，艏艉横缆各2 根，艏艉倒缆各2 根，共20 根缆绳，所用泊位长度450m。

方案3：6-2-2，共计20 根缆绳。方案3 与方案2的区别是将横缆和倒缆出缆孔位置和系缆墩进行交换。所用泊位长度450m 约为船长1.35 倍，使用2 组快速脱缆钩。

方案4：6-2-2，共计20 根缆绳。系泊方案与码头现有系泊方案一致，使用3 组快速脱缆钩。

考虑到算山码头2 号泊位风、流、浪的合作用，本次系泊数值模拟计算试验按对系泊安全较不利的环境条件设置。

风的条件设置分为SW风6～8级和SW风7～9级。

流的设置为，涨潮流流向320°，与码头夹角8°，最大潮流流速1.8kn；落潮流流向140°，与码头夹角8°，最大潮流流速1.8kn。

波浪的设置为，顺浪：NW 浪，有效波高（H1/3）1.6m，周期8s；横浪：SW 浪，有效波高（H1/3）1.2m，周期8s。

4 模拟计算结果分析

在方案1 中，缆绳所占泊位长度长，对船舶横向运动束缚小。算山码头2 号泊位方案1 艏缆位置H218 和H217，艉缆位置H115 和H113，所用泊位长度550m，约为船长1.65 倍。系缆力和护舷撞击力均在安全允许范围之内，表明缆绳和护舷配置可以满足系泊安全需要。

方案2 中缆绳所占泊位长度适宜，但艏艉缆角度过大。方案2 采用6-2-2 带缆方式，共用20 根缆绳。其中首缆位置H217 和H216，尾缆位置H115 和H201，所占泊位长度450m，约为船长1.36 倍。由于所用泊位长度适宜，艏艉缆对于船舶横向运动束缚力增大，一定程度上增大了船舶系泊安全性。

为了进一步探究30 万吨级VLCC 在2 号泊位的系泊安全，拟在方案2 的基础上，将艏艉横缆和艏艉倒缆的出缆孔位置进行调换，缆绳布置方案为6-2-2-2-2-6，即方案3。

为了进一步探究30 万吨级VLCC 在2 号泊位的系泊安全，拟在方案3 的基础上，缆绳布置方案为6-2-2-2-2-6，将船尾6 根缆绳采用2-2-2 布置，即方案4。

5 安全系泊风力极限值分析及措施

模拟计算结果显示，缆绳布置方案3 和方案4 在同等泊稳条件下系泊安全性优于缆绳布置方案1 和方案2。

在方案3 的基础上增加了流速，重新进行系泊数值计算（即方案4），在潮流增加的情况下船舶的运动量和系缆力均有所增加。方案3 与方案4 系泊缆绳均20 根，缆绳布置方案首尾各6-2-2，只是系缆钩的使用略有区别。方案3 使用了2 组快速脱缆钩，方案4 使用了3 组快速脱缆钩。

由此可得到在2 号泊位船舶系泊过程中，各缆绳布置方案的安全系泊风力极限值。具体情况见表1。

表1 2 号泊位安全系泊风力极限值

目前码头采取的系泊方案为方案四，由于30 万吨级油轮缆绳配备数量为20 根，到港船舶系泊已将船方所有缆绳全部使用。在经过实际考察，为保障大型船舶系泊安全，在码头上增加系泊缆车是目前码头方采用的比较有效的方法。它可以根据系泊需求在不同的位置增加系泊缆车，从而增加船舶系泊缆绳总数量。

6 结语

结合算山码头30 万吨级油码头的水文环境及设计方案，通过Optimoor 软件对30 万吨级油轮系泊在某码头泊位各种工况系泊受力的计算，分析影响船舶系泊安全的因素，形成码头安全稳泊方案及抗风等级标准，实现船舶科学安全的系泊。

Optimoor 软件可以实现系泊安全分析，可供船舶和码头工作人员、港口规划以及船舶设计人员使用。在实验中，通过对不同环境下的系缆方案进行模拟，验证得出2 号泊位由于系缆布置不对称，导致系泊缆绳长度相差较大，系泊缆绳受力不均。随着货物数量、潮位变化以及风流条件对系泊缆绳的影响，长度较短、角度较大的缆绳荷载增加很大，潜在出现断缆的风险。通过实验的验证，提出合理的系泊方案与系泊条件，可以有效避免再次发生断缆事故。