航海仿真系統在模擬LNG船舶進出港拖輪配置中的應用

錢旭菲 朱現場（上海海事大學商船學院 中國 上海 201306）

0 引言

近年來，隨著我國石油、天然氣需求量的不斷增大，越來越多的危險品船進出我國各地的港口和航道，自2008年以來，我國危險品船進出港口的數量激增。以洋山港危險品船流量為例，進出港口的危險品船數量的激增，一方面給港口的船舶通航帶來很大壓力；另一方面給運輸沿線人們的安全和環境帶來巨大的危險。危險品船進出港航行安全的評價越來越受到人們的重視。涉及危險品船航行的研究可采用物理模型試驗和實船試驗的方法進行，但物理模型試驗要耗費較大的人力和物力，費時長，還存在比尺效應等問題。實船試驗費用更加昂貴，有時甚至存在極大危險性。因此利用航海仿真系統研究危險品船舶操縱運動并評價其航行安全得到了越來越廣泛地應用。

1 航海仿真系統

航海仿真系統是基于計算機仿真技術模擬船舶在海上航行的設備，能模擬各種海況下船舶航行和靠離泊作業，并根據模擬結果的分析，提出通航要求和船舶的操船方法，為航行和工程設計及論證提供科學依據。

1.1 模擬仿真實驗內容

1）船舶（規劃船型）進出航道模擬仿真試驗；

2）船舶（規劃船型）在掉頭水域模擬仿真試驗；3）船舶（規劃船型）靠離泊模擬仿真試驗。

1.2 模擬仿真實驗目的

1）航道寬度是否滿足船舶（規劃船型）的通航要求；

2）船舶回旋水域是否滿足船舶（規劃船型）回旋能力要求；3）碼頭泊位長度是否滿足船舶（規劃船型）靠離泊要求。

1.3 通航安全評估的一般步驟

船舶在港口的通航安全評估可根據船舶航行過程分為兩個階段:航道航行階段和靠離泊階段。航道航行階段通航安全的指標主要包括航道寬度、水深、船舶密度、礙航物等；靠離泊階段，安全指標包括旋回水域、拖輪的使用情況等。

安全評估的一般步驟如下：

1）確定評估的目的和要求。確定論證需要解決的問題，如判定設計航道的寬度是否合理，水深是否滿足船舶進出港口的要求，回旋水域與設計的差異，船舶在航道航行時的操縱方法和難易程度等。

2）電子海圖的制作。模擬航行離不開電子海圖，因此要選用最新版的紙質海圖進行數字化處理，并依據工程設計資料對電子海圖進行改正。

3）外界環境的模擬。為了模擬實際的船舶操縱和航行情況，應向模擬器輸入風、流、潮汐等資料。最好的辦法是建立適合當地實際情況的風和流仿真數據庫，讓計算機在模擬過程中動態讀取風、流數據，這樣得出的模擬結果精度將大大提高。

4）船型的選擇及檢驗。所選擇的船型能描述船舶在以下幾方面的操縱情況:定速航行時避碰操船；加、減速操船；低速操船；淺水影響下操船；岸壁、橋墩等影響下操船；風、流影響下操船；附屬操縱設備控制下操船；風、浪等外力作用下的操船等。

5）模擬方案的制定與實施。為確保模擬結果具有實際指導意義，操縱模擬人員應具有1978年海員培訓、發證和值班標準國際公約所規定的資質，還可以聘請熟悉模擬水域的引航員來指導模擬操船，以提高模擬結果的準確性。

圖1 26.7萬m3LNG船舶進出港模擬試驗軌跡圖

6）對模擬航行結果的分析。首先，要進行一定數量的模擬航行，以獲得足夠的數據。其次，應確定合理的評價指標，常用的評價指標有:航跡帶寬度，模擬操縱時間，回旋水域等。評估的結果應做出特定條件下船舶通航是否安全的判斷，給出確保安全通航的操船方法，還可提出航道和港口助航物的設置及交通管理建議等。

2 實例分析

現利用航海仿真系統對以粵東LNG一體化項目碼頭工程進行船舶通航安全的工程論證。根據該工程附近水域風流情況（在選擇風、流時可取對操船最不利的定常風向、風速，極限流向、流速；亦可以根據風流實時變化采取人工實時修正的方式輸入。）制定相應的工況表，對LNG規劃船型進行模擬試驗。

2.1 根據實驗驗得出LNG船舶操縱模擬實驗圖（圖1）

表1

2.2 對實驗數據分析處理

對靠離泊模擬實驗結果圖進行測量得出船舶旋回所需的橫距和縱距，對所得數據處理，給出最大值。

26.7萬m3LNG船舶靠泊模擬試驗數據分析圖

26.7萬m3LNG船離泊模擬試驗數據分析圖

2.3 給出LNG船舶（規劃船型）進出港航行航道沿程風流壓差角、靠離泊配套拖輪使用功率圖

26.7萬m3LNG船舶進港航行航道沿程風流壓差角

26.7萬m3LNG船舶出港航行航道沿程風流壓差角

26.7萬m3LNG船舶掉頭靠泊配套拖輪使用功率圖

26.7萬m3LNG船舶直接離泊配套拖輪使用功率圖

2.4 給出結論性建議

1）根據數據分析，在漲潮流不同風向和風速的條件下，26.7萬m3LNG船舶進出港航行最大風流壓差角分別為 23.2°、24.4°，平均風流壓差角分別為 18.7°、16.1°。 船員在操縱LNG船舶（規劃船型）進出該港口時，可以把本次模擬的風流壓差角作為參考。

2）通過規定的靠離泊模擬試驗，拖輪使用艘數為3～5艘，拖輪馬力全部為6000匹，當風、浪、流的影響疊加時必須使用5艘且全部發揮最大功率才能使船舶安全、順利地靠上碼頭或從碼頭拉出并在回旋區域完成掉頭操作，而當風、浪、流的硬響相互有抵消時用3～4艘拖輪即可安全完成靠離泊作業，功率發揮要求一般。

3 結束語

隨著我國船舶航海仿真系統在LNG船舶進出港口中應用的不斷增多與船舶操縱模擬器的進一步開發，航海仿真系統將會對LNG船舶安全進出港口發揮越來越大的作用，為我國能源進口作出更大的貢獻。

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