蝶形碼頭靠船墩數(shù)量優(yōu)化分析

陳海燕，彭志豪

蝶形碼頭靠船墩數(shù)量優(yōu)化分析

陳海燕，彭志豪

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東廣州510230）

通過工程實例，對開敞式碟形碼頭設置2個、4個靠船墩方案，從平面布置、使用功能、結(jié)構(gòu)方案以及造價分析，選出最優(yōu)設計方案。結(jié)果表明，2個靠船墩方案能夠滿足工程設計中不同船型靠泊要求和船舶系纜纜繩布置的使用要求，而且設置2個靠船墩方案比4個靠船墩方案造價更低。

碟形碼頭；優(yōu)化方案；靠船墩；造價分析

常規(guī)開敞式碼頭一般碟形布置1個工作平臺、4個靠船墩、6個（或4個）系纜墩，本文分析兩種不同方案靠船墩受到船舶荷載的特點，布置4個靠船墩時船舶撞擊力大于擠靠力，船舶撞擊力為控制工況；布置2個靠船墩時，船舶擠靠力大于撞擊力，即由風和流作用產(chǎn)生的擠靠力為控制工況。根據(jù)靠船墩受到船舶荷載的不同，設計不同靠船墩結(jié)構(gòu)，通過造價對比分析選出最優(yōu)方案。

1　某LNG概況

碼頭位于巴基斯坦卡西姆港區(qū)，碼頭前沿底標高-14m，工作平臺、靠船墩設計頂標高為+8.3 m，系纜墩設計頂標高為+6.6 m。采用FSRU和LNG雙船并靠模式，碼頭最大FSRU設計船型為17.34×104m3，最小為13.8×104m3，最大LNG設計船型為26.6×104m3，最小為12.5×104m3，設計船型參數(shù)見表1和表2。

表2　LNG設計船型Table 2 Design vessels LNG

2　平面布置及使用功能分析

2.1船舶靠泊要求

項目施工圖平面布置有1個工作平臺、2個靠船墩、4個系纜墩，由于FSRU長期停靠的特點，業(yè)主要求設計考慮靠船墩上1個護舷損壞情況，碼頭仍能夠正常工作，所以每個靠船墩設置2套護舷，內(nèi)側(cè)2個護舷中心距為86 m，外側(cè)2個護舷中心距為100 m，根據(jù)國際航運協(xié)會OCIMF[1]要求靠船墩間距宜為25%~40%總船長，根據(jù)FSRU船型資料可以看出護舷最小間距需大于69.25 m，最大間距需小于118m，所以優(yōu)化靠船墩數(shù)量后的方案能夠滿足不同船型船舶靠泊要求，碼頭平面布置見圖1。

按照常規(guī)布置4個靠船墩的平面方案見圖2，最外側(cè)2個靠船墩護舷中心距為125m，最里側(cè)2個護舷中心距為85m。

圖1　碼頭布置2個靠船墩平面圖Fig.1 Terminal layout with 2 breasting dolphins

圖2　碼頭布置4個靠船墩平面圖Fig.2 Terminal layout with 4 breasting dolphins

2.2船舶系纜纜繩布置要求

根據(jù)資料FSRU船的纜繩數(shù)量為18根，如果按照傳統(tǒng)的方式布置4個靠船墩，每個靠船墩上設置1套快速脫纜鉤，船舶的系纜纜繩布置和普通碼頭一樣，這里不再分析。本工程由于只設置了2個靠船墩，系纜纜繩的布置及受力需要將不同于普通碼頭，具體纜繩布置見圖3。

通過軟件optimoor分析各纜繩受力，結(jié)果見表3。

圖3　船舶系纜纜繩布置圖Fig.3 Layout of mooring lines

表3　各纜繩拉力計算結(jié)果Table3 Calculated resultsofmooring line's tension force

根據(jù)OCIMF[1]要求纜繩的最大拉力須小于纜繩破斷力（MBL）的55%，本項目纜繩的破斷力為668 kN，從表3可以看出最大纜繩拉力為658 kN< 668 kN，所以優(yōu)化后的平面及纜繩布置滿足使用要求。

3　靠船墩結(jié)構(gòu)受力

3.1船舶撞擊能

船舶撞擊能只考慮1個護舷吸收，對于布置2個護舷的靠船墩，考慮到2個護舷均可能發(fā)生變形，所以加載在結(jié)構(gòu)上反力應為2個護舷反力之和。如果布置4個靠船墩則每個靠船墩只設置1套護舷，作用在靠船墩上的荷載只有1個護舷的反作用力。船舶撞擊力的計算根據(jù)英標BS6346-4：2014[2]計算，船舶撞擊能與靠船墩的數(shù)量無關，計算公式如下：

靠泊速度取0.12 m/s，異?？坎聪禂?shù)取2.0，計算結(jié)果表明17.34萬m3FSRU船撞擊能最大為1 958 kJ，根據(jù)撞擊能選用護舷SCK2000 E2.0，護舷吸能為1 994 kJ，最大反力為2 268 kN，對于布置2個靠船墩方案，每個靠船墩設計了2套護舷，所以護舷反力應乘以2。

3.2船舶擠靠力的計算

船舶擠靠力是船?？吭诖a頭前沿，在風和流的作用下船舶運動擠壓護舷產(chǎn)生的力，所以與船舶接觸的護舷受力比較均勻，本項目2個靠船墩（每個靠船墩2套護舷），在考慮其中2個護舷損壞的情況下，每個護舷應吸收1/2的船舶擠靠力，船舶擠靠力計算根據(jù)OCIMF[1]，計算公式如下：風產(chǎn)生的擠靠力：FW=0.5×ρair×V2W×CW×A流產(chǎn)生的擠靠力：FC=0.5×ρwater×V2C×CYC×A式中：A為相應情況下風和流作用在船上的面積。本實例由于為雙船并靠模式，面積為2艘船受風、流作用方向面積的疊加，但是項目設置了當風速大于20 m/s時，LNGC應該撤離避風，所以最終計算控制工況為單艘FSRU船?？繒r，風速達到30m/s的擠靠力，計算結(jié)果為FW=4 998 kN，F(xiàn)C= 414 kN，所以總的擠靠力為F=FW+FC=5 412 kN，作用在單個護舷的最大擠靠力為F/2=2 977 kN。

如果按照普通項目設計4個靠船墩，則4套護舷共同吸收船舶的擠靠力，作用在每個護舷的最大擠靠力為F/4=1 353 kN，但是船舶撞擊能仍只能考慮1套護舷吸收，所以布置4個靠船墩時船舶撞擊力大于擠靠力，船舶撞擊力為控制工況。

3.3護舷選型

由以上計算，設置2個靠船墩時，船舶擠靠力大于船舶撞擊能反力，所以最終根據(jù)擠靠力選取SCK2500 E1.4護舷，護舷的吸能為3 425 kJ，反力為3 120 kN>2 977 kN，既能滿足撞擊反力又能滿足擠靠力的要求。

4　結(jié)構(gòu)方案

4.1靠船墩數(shù)量布置4個

靠船墩數(shù)量為4個時，每個靠船墩布置1套SCK2500 E1.4橡膠護舷，單個靠船墩平面尺寸為10 m×12m，靠船墩受到荷載為單個護舷的反力3120 kN，經(jīng)計算單個靠船墩需要12根直徑為1 250 mm、壁厚20 mm的鋼管樁做基礎[3]，結(jié)構(gòu)斷面如圖4。

圖4　布置4個靠船墩時斷面圖Fig.4 Section ofbreasting dolphin with 4 breasting dolphins

4.2靠船墩數(shù)量布置2個

靠船墩數(shù)量為2個時，每個靠船墩布置2套SCK2500 E1.4橡膠護舷，單個靠船墩平面尺寸為16 m×18 m，靠船墩受到荷載為2個護舷的反力6 240 kN，單個靠船墩需要18根直徑1 250 mm、壁厚20mm的鋼管樁做基礎[3]，結(jié)構(gòu)斷面如圖5。

圖5　布置2個靠船墩時斷面圖Fig.5 Section of breasting dolphin with 2 breasting dolphins

5　工程量及造價對比

本文僅對項目靠船墩的工程量進行比較，2個靠船墩的方案受到船舶荷載大于4個靠船墩的方案，所以2個靠船墩的方案單個靠船墩樁數(shù)多于4個靠船墩時的單個靠船墩樁數(shù)，但總樁數(shù)少。其中2個靠船墩方案與4個靠船墩方案主要工程量及價格如表4[4]（本文僅列出不同部分）。

表4　主要工程量及估價Table 4 Main quantitiesand costvaluation

從表4可以看出，2個靠船墩方案為260萬美元，而4個靠船墩方案為305萬美元，所以本項目布置2個靠船墩平面方案比布置4個靠船墩平面方案更省，所以最終選擇2個靠船墩的方案作為本項目的實施方案。

6　結(jié)語

本文通過實例論證了部分項目通過減少靠船墩數(shù)量可以降低項目造價，其中2個靠船墩的優(yōu)化方案適用于最小設計船型和最大設計船型相差不大的情況，即減少靠船墩數(shù)量后靠船墩之間的距離仍能夠滿足不同船型靠泊要求以及船舶纜繩布置要求，并且在其減少靠船墩數(shù)量的同時應充分考慮靠船墩上船舶荷載的作用特點，例如船舶擠靠力代替撞擊力成為控制工況，根據(jù)受力不同設計靠船墩結(jié)構(gòu)。本文靠船墩數(shù)量的優(yōu)化方法和思路可以為類似工程設計提供參考。

[1]Oil Companies International Marine Forun.Mooring Equipment Guidelines[M].3rd ed.United Kingdom:Witherby Seamanship International,2008:26-27.

[2]BS 6349—4,Marine structures-part4:Code of practice for design of fendering andmooring systems[S].

[3]SY/T 10030—2004，海上固定平臺規(guī)劃、設計和建造的推薦作法工作應力設計法[S]. SY/T 10030—2004,Recommended practice for planning designing and constructing fixed offshore platforms:working stressdesign [S].

[4]交通部.沿海港口建設工程概算預算編制規(guī)定及配套定額：交水發(fā)[2004]247號[A]. Ministry of Communications.Regulation of coastal port construction project budget and corresponding rates:Ministry of Communications[2004]No.247[A].

Optimal analysis for the number of butterfly terminal breasting dolphins

CHEN Hai-yan,PENG Zhi-hao
（CCCC-FHDIEngineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510230,China）

Through engineering examples,we set two and four dolphins schemes for the open type butterfly terminal,and selected the optimal design scheme from the layout,function,structure design and cost analysis.The results show that the scheme of two breasting dolphins can satisfy the berthing requirements of different design vessels,and the requirements of mooring line layout,and the project cost is less than the scheme of four dolphins.

butterfly terminal;optimization scheme；breasting dolphins;costanalysis

U653.2

A

2095-7874（2016）04-0030-04

10.7640/zggw js201604008

2015-10-22

2015-12-15

陳海燕（1984—），女，湖南漣源人，碩士，工程師，海岸及近海岸工程專業(yè)，目前從事港口工程概預算工作。E-mail：chenhy@fhdigz.com