船舶操縱模擬試驗(yàn)在航道設(shè)計(jì)方案比選中的應(yīng)用

■聶文華 ■安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088

航海技術(shù)涉及到傳統(tǒng)的方式主要是對(duì)船舶的運(yùn)動(dòng)的空間問(wèn)題。例如，進(jìn)港航道的尺度等等，這些問(wèn)題的確定，一般都是根據(jù)相關(guān)的規(guī)范與航海者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行確定的。傳統(tǒng)的船舶操縱方對(duì)不同環(huán)境因素對(duì)船舶操縱安全性與合理性有著不利的影響，不能很好的做出評(píng)價(jià)，特別是一些環(huán)境因素結(jié)合在一起的時(shí)候，對(duì)船舶從總的消極影響更加嚴(yán)重，這也就使船舶運(yùn)動(dòng)的角度對(duì)港口與航道的優(yōu)化設(shè)計(jì)受到了阻礙。

1 實(shí)例分析

本文以天津LNG液化天然氣項(xiàng)目航道的設(shè)計(jì)方案比選為背景，通過(guò)對(duì)全任務(wù)大型船舶模擬器的有效應(yīng)用，對(duì)航道航行的水域進(jìn)行科學(xué)、合理的模擬試驗(yàn)，不同的風(fēng)力、風(fēng)向、以及水的流行與水的流速等環(huán)境因素，對(duì)各個(gè)不同方案對(duì)船舶操縱安全性的影響進(jìn)行有效的研究，分析出每個(gè)方案的有效性，同時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)選定方案。

天津LNG液化天然氣項(xiàng)目需要重新建立兩個(gè)液化天然氣泊位，一個(gè)泊位用來(lái)?？恳夯烊粴獯M(jìn)行液化天然氣的接卸，另一個(gè)泊位用來(lái)?？扛∈浇邮軆?chǔ)存氣化裝置，浮式接受儲(chǔ)存氣化裝置就是帶有氣化裝置的液化天然氣船。液化天然氣與浮式接受儲(chǔ)存氣化船的泊位采用的是蝶形的墩臺(tái)式的布置方式，每個(gè)泊位設(shè)置1座工作平臺(tái)，靠船墩4座，以及系纜墩6座，液化天然氣與浮式接受儲(chǔ)存氣化船泊位之間的距離為50米，泊位的長(zhǎng)度都為400米，碼頭總的長(zhǎng)度為850米，靠船墩頂面的海拔與系纜墩頂面的海拔一致，為850米，工作平臺(tái)的頂面海拔為8米，碼頭前面停泊水域的寬度為150米，停泊水域的設(shè)計(jì)底的海拔為－14.5米，回旋圈的直徑為865米，回旋圈的設(shè)計(jì)底的海拔為－15.0米。

該項(xiàng)目航道的連接港池區(qū)域?qū)蓚€(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行考慮，這兩個(gè)設(shè)計(jì)方案存在著較大的差異，如在船舶的操縱方面、通航的安全方面、航道的投資方面等等都存在著較大的差異，這就需要進(jìn)行方案的比選，最終確定一個(gè)最有效、最合適的設(shè)計(jì)方案。航行水域的寬度大小、水深情況、以及通航的條件等，是航道設(shè)計(jì)時(shí)的要求指標(biāo)，這些指標(biāo)中會(huì)受到船速、船舶的操作性能、風(fēng)速、浪潮等一些外界條件的影響，以及船舶操縱人員技能水平高低的影響，同時(shí)，還會(huì)受到各個(gè)指標(biāo)之間相互結(jié)合的影響。所以，通過(guò)本次對(duì)船舶操縱模擬試驗(yàn)，根據(jù)模擬的結(jié)果，來(lái)獲取更多的相關(guān)數(shù)據(jù)以及資料，對(duì)各個(gè)航道的設(shè)計(jì)方案的一些確定以及不確定的因素進(jìn)行評(píng)估，確定的因素包括航行水域的寬度大小、水深高度、通航的條件等等，不確定的因素包括船舶操縱的性能、風(fēng)速、浪潮等等，分析出各個(gè)設(shè)計(jì)方案的有效性、科學(xué)性、合理性，最終確定方案進(jìn)行實(shí)施。

2 方案簡(jiǎn)介

2.1 方案一

根據(jù)出鋼口的方向?yàn)榛A(chǔ)，碼頭的方向?yàn)?07度，港池的方向?yàn)?48度，口門(mén)的內(nèi)航道與外航道為別為109度、126度，船舶的回旋水域在碼頭的前方的直徑為865米。

2.2 方案二

對(duì)港池的疏浚北邊線進(jìn)行了有效的擴(kuò)寬，對(duì)航道進(jìn)行了切角，航道與港池的接觸處呈現(xiàn)出了類(lèi)似喇叭口的形狀，類(lèi)似喇叭口的上、下口寬度分別為635米、375米，喇叭口的下口與外航道之間的角度為8度。

3 船舶操縱模擬試驗(yàn)的方案

本次船舶操縱模擬試驗(yàn)采用的全任務(wù)大型船舶操縱模擬器，是英國(guó)某公司的Navi－Trainer型，全任務(wù)大型船舶操縱模擬器符合國(guó)際海事組織以及國(guó)家海事局的相關(guān)規(guī)定要求，并且獲得了挪威、英國(guó)等權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)證。此系統(tǒng)的構(gòu)成主要有船舶控制模板雷達(dá)模板、電子海圖顯示模板、導(dǎo)航儀器模板等等。同時(shí)，還包括教練監(jiān)控軟件、船舶動(dòng)態(tài)軟件等等。

全任務(wù)大型船舶操縱模擬器具有的功能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:一是，對(duì)于不同的天氣狀況、不同的能見(jiàn)度情況、不同的海域情況、不同的時(shí)間等條件下，都可以進(jìn)行航行與船舶的操縱模擬。二是，通過(guò)導(dǎo)航儀器、雷達(dá)、電子海圖顯示系統(tǒng)與信息系統(tǒng)等多種信息儀器相結(jié)合，進(jìn)行綜合性的職能導(dǎo)航模擬。三是，船舶交通服務(wù)模擬，以及搜救行動(dòng)模擬。四是，采用前后，左右，橫、縱搖，垂蕩、船首向變化自由度船舶水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行有效的模擬本船在水域中的水動(dòng)力學(xué)的相關(guān)特征，如潮汐等的影響，切實(shí)的模擬本船在受限制的水域中的水動(dòng)力學(xué)特征，例如，船間效應(yīng)等，能夠有效的模擬本船在車(chē)、纜等作用的情況下的一些響應(yīng)。

在全任務(wù)大型船舶操縱模擬器上配置了拖輪的子系統(tǒng)，拖輪的具體操作可以對(duì)主本船或者副本船進(jìn)行有效的指定。船舶操作人員可以在制定的拖輪操作船臺(tái)上，像操作主本船那樣進(jìn)行操作，也可以與被拖帶的船舶之間運(yùn)用對(duì)講機(jī)等通信設(shè)備，從而有效的盡心信息的交互與聯(lián)動(dòng)。在指定的目標(biāo)拖輪上采用三維120度或者是270度的視景顯示。在力學(xué)模型上，拖輪的子系統(tǒng)與靠離泊的子系統(tǒng)中，可以根據(jù)實(shí)際的風(fēng)速等海域狀況，進(jìn)行有效的計(jì)算每個(gè)拖輪與每個(gè)纜繩的受力大小。

選擇天津LNG項(xiàng)目液化天然氣一期主力145000立方米液化天然氣船，參加此次釋氧的人員也都是本地區(qū)的高級(jí)引航員、液化天然氣船船長(zhǎng)等等。根據(jù)本地區(qū)的水文氣象統(tǒng)計(jì)資料與相關(guān)人員的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，選擇東北風(fēng)、西南風(fēng)，風(fēng)速在6－7級(jí)之間，漲潮，流速在0.3—1.2千米的試驗(yàn)情況。根據(jù)實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)情況，以及高級(jí)引航員的工作經(jīng)驗(yàn)，船舶入港靠泊在液化天然氣船東側(cè)泊位的時(shí)候，比較不易操作，而且航道的要求也比較高。所以，本次是根基船舶入港靠泊液化天然氣船泊位的試驗(yàn)為主要的研究狀況。

4 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)試驗(yàn)的結(jié)果表明，方案一的兩組試驗(yàn)，在漲潮的時(shí)候，而且是東北風(fēng)的情況下，引航員還是可以勉強(qiáng)的進(jìn)行操作，但是在漲潮的時(shí)候，而且是西南風(fēng)的情況下，引航員就不能操作船舶來(lái)克服西南風(fēng)的影響，而且，很容易導(dǎo)致事故的發(fā)生，通過(guò)方案一的兩組試驗(yàn)結(jié)果，我們可以明顯的看出方案一存在一定的問(wèn)題，船舶操作相對(duì)比較困難，而且容易出現(xiàn)事故。

方案二對(duì)港池與航道接觸處進(jìn)行了切角，航道與港池的接觸處在切角后形成了喇叭口狀，喇叭口的上、下口寬度分別為635米、375米，喇叭口與外航道之間的角度為8度，這使的船舶在行駛在該區(qū)域的時(shí)候可以安全通過(guò)，方案二在既定的風(fēng)流條件為基礎(chǔ)下，船舶進(jìn)出港口都是比較安全、容易的。

5 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果顯示表明，方案一存在一定的安全隱患，不建議使用;方案二在喇叭口處擴(kuò)寬后，可以有利于船舶在該區(qū)域的安全通行，可見(jiàn)，對(duì)港池與航道接觸處喇叭口的擴(kuò)寬是十分必要的，方案二也滿(mǎn)足了其他條件影響下的靠離泊的相關(guān)要求，所以，方案二試驗(yàn)比較成功，推薦使用。

6 總結(jié)

在船舶操縱模擬試驗(yàn)在傳道設(shè)計(jì)方案的比選過(guò)程中，要高薪聘請(qǐng)一些既了解本地區(qū)的水文氣象特點(diǎn)的引航員，又要有著豐富的銀行經(jīng)驗(yàn)的引航員，同時(shí)，還要掌握船舶操縱的特性船長(zhǎng)，來(lái)參與到船舶操縱模擬試驗(yàn)中，根據(jù)具體的實(shí)際情況出發(fā)，來(lái)獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)與資料，從而確定出推薦的方案，使得航道的相關(guān)設(shè)計(jì)有效的符合實(shí)際的操作特征，同時(shí)，還要保證設(shè)計(jì)的方案要滿(mǎn)足水上交通安全的相關(guān)要求。

［1］仲?gòu)?，孟?船舶操縱模擬試驗(yàn)在航道設(shè)計(jì)方案比選中的應(yīng)用研究［J］.天津科技，2015(1):14 －16.

［2］邊曉麗.海港航道設(shè)計(jì)寬度模擬試驗(yàn)研究［J］.水運(yùn)工程，2013(9):99－102.

［3］馬先山，龔安祥.基于船舶操縱模擬試驗(yàn)的航道寬度確定方法研究［J］.青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，33(4):1 －4.