基于大型船舶操縱模擬器的洋口港LNG船舶靠離泊風險評估＊

劉軼華 肖英杰

（上海海事大學商船學院 上海 200135）

0 引 言

液化天然氣（LNG）作為一種清潔能源，越來越受到世界各國的青睞.我國作為能源消耗大國，正在對國內能源消耗的結構進行調整，其中LNG能源就是重要的一環.江蘇洋口港LNG項目就在此背景下產生的.LNG船舶事故統計資料表明，LNG船舶80%的風險存在于港內作業期間［1－4］.作為 LNG 港口、碼頭管理者和租船人，提供一個安全的港口是其應盡的責任和義務.因此在LNG項目可行性研究過程中，有必要對LNG船舶的港內作業進行風險分析和風險評估，以采取相應措施規避風險［5－7］.文中基于大型模擬器對Q－MAX型LNG船舶靠離洋口港LNG碼頭進行的風險分析，通過對該LNG船舶進行的靠離泊和應急撤離模擬演練，以確定該船型在港內的靠離泊作業操作方案和作業限制條件.

1 系統構建

為了評價船舶靠離泊的風險，在大型船舶操縱模擬器的系統中，需構建3個子系統：本船子系統、環境子系統和拖船子系統.整個系統的核心部分為本船子系統，即在滿足試驗精度前提下盡量使模擬船型更接近實船的操縱性能，實船的基本資料見表1.

表1 26.6萬m3 LNG船 “MOZAH”船舶基本資料

對于靠離泊的船舶來說主要表現在船舶受外力作用時的船舶運動響應.在掌握翔實海試資料的基礎上完成船舶建模，經過反復地測試，模擬船型各項性能指標均達到試驗的要求后再進行模擬試驗，實船操縱資料見圖1～2.經過船型驗證：所建立的模型船在船舶尺度、船舶操縱特性（時間和距離）等方面與所選實船基本一致，其中沖時上的小誤差不影響船舶操縱性能預報的正確性.考慮到原型船性能參數反映的是實船試驗時情況，而模型船則反映較為理想環境條件下的情況，二者存在較小的差異也是符合邏輯的.模型船還考慮了船舶的偏轉效應、淺水等影響因素，因此其模擬結果在某種程度上較實船的參數更具有普遍性.模擬結果具有相當可信度.

圖1 “MOZAH”壓載回旋試驗要素圖

圖2 “MOZAH”滿載回旋試驗要素圖

圖3 模擬試驗的流程

環境子系統主要有風流浪等水文氣象要素組成，根據試驗的工況進行設置.

拖船子系統先按3 728kW（5 000HP）拖船4艘進行模擬試驗，在確認為困難工況的情況下替換2艘5 000HP拖船為2艘4 474kW（6 000 HP）的拖船，逐漸縮小模擬試驗范圍，評價靠離泊風險，并在此基礎上確定靠離泊的限制條件，規避惡劣工況下LNG船舶靠離泊作業風險.見圖3.

2 試驗及其舉例

根據洋口港的自然條件，結合碼頭前沿和航道的實測流資料，碼頭布置見圖4.一般情況下LNG船舶進港靠泊的難度大于離泊出港的難度，以下以Q－MAX型LNG進港靠泊為例進行模擬試驗.離泊和應急撤離的模擬操縱過程類似.

圖4 碼頭平面布置

大型LNG船舶實際靠泊作業過程中，一般采用3＋1的模式，即1艘拖船配置在船艉，用來降速，同時也可控制船艏的偏轉，以應對主機失控帶來的風險；3艘拖船用于船舶的左右舷進行助操，拖船的配置位置見圖5.為此專程去深圳大鵬灣LNG基地調研考察，并對LNG船舶實際靠離泊操作進行實時跟蹤，在此基礎上使模擬試驗操縱方式和方法盡量和實際相符合.對工況組合進行模擬，在初次模擬的基礎上確定對船舶靠泊較為困難的工況進行再進行多次模擬，若還是比較困難，就替換2艘5 000HP拖船為2艘6 000 HP馬力的拖船再進行模擬試驗，如此循環進行，試驗結果如表2.

圖5 拖船助操配置示意圖

從試驗的結果可以發現：在4艘5 000HP拖船助操情況下，NE和SE風、漲潮流和落急流時，模擬靠泊作業有失敗的存在，特別是在極限風流浪的影響較大時，船舶靠泊風險較大，在模擬靠泊過程中也有碰撞碼頭的例子.但4艘5 000HP拖船可滿足其他常規工況Q－MAX型LNG船舶安全靠泊的要求，但是拖船的剩余拖船功率很小，不能滿足稍惡劣工況時安全靠泊的要求，見圖6.根據上述的模擬操縱結果，對存在有風險的工況運用2×5 000HP＋2×6 000HP拖船配置再進行靠泊模擬試驗，從試驗的結果來看，除在SE風漲潮3.0kn的情況下，船舶模擬靠泊作業中還存在較大的風險外，這樣的配置可滿足正常情況下Q－MAX型LNG船舶安全靠泊的要求，拖船功率有一定的富裕量見圖7.

表2 在不同拖船配置助操情況下LNG船舶靠離泊試驗工況和結果（波浪）

按照以上的模擬試驗過程，分別進行離泊作業和應急撤離的模擬試驗，在所有離泊或應急撤離的試驗中，也存在SE風漲潮3.0kn時，船舶在掉頭區的船舶航跡過分靠近回旋水域的邊界.但是基本可滿足其安全作業的需要.

圖6 4艘拖船助操時拖船用車序列圖

圖7 4艘拖船助操時拖船用車序列圖

3 風險分析和評價

從以上的模擬試驗結果可以看出，從船舶操縱的角度來看，在4艘5 000HP拖船的協助下，LNG船舶在SE風6級且漲潮流3.0kn的條件下存在很高的風險、在S風6級且落潮流3.7kn時風險次之、在次就是SE風6級且漲潮流2.0kn時；在2艘5 000HP＋2艘6 000HP拖船的協助下，LNG船舶在SE風6級且漲潮流3.0kn的條件下存在很高的風險、在其他情況下的有限次試驗中并鮮有失敗的例子，但是在靠離碼頭的時間花費上還是比較的長，不利于LNG船舶靠離泊作業的風險控制.

Q－MAX型LNG船舶靠離洋口港的風險主要存在當風流作用力同向的時候，由于碼頭前沿水域的漲落潮基本是往復流，且均為吹開流，同時考慮到LNG船舶一般橫向受風面積較大，因此在靠離泊過程中要充分認識到風，特別是風向對靠離泊過程中風險的影響.

在風速一定的前提下，當風的作用力和吹開流疊加增強后，對船舶靠離泊作業主要存在以下的影響：增加LNG船舶靠離泊的難度和增加船舶靠離泊作業的時間.由于LNG船舶靠離泊作業還涉及其他岸上部門的協作，過長的靠離泊過程本身就會增加系統的風險.因此應該將模擬試驗中失敗的工況作為靠離泊作業的限制條件的參考，確定船舶靠離泊作業的限制條件.

4 結束語

Q－MAX型LNG船舶靠離洋口港的在特定的條件下風險是存在的，4艘5 000HP拖船對于該船型來說略顯不足，以2×5 000HP＋2×6 000 HP配置拖船時可以勝任絕大部分的工況，若經濟上可行，適當增加拖船配置的總功率是有效減低風險的方法.另一方面，在不增加拖船配置總功率的情況下，也可借助試驗確定的極限工況作為靠離泊限制條件，規避風險.當然模擬試驗也存在局限性，如不能真實反映駕引人員的心理負擔等，在實際的船舶操作應留有適當的余地.本文只是基于船舶操縱模擬器從航海的角度去評價LNG船舶的靠離泊風險，并建議靠離泊作業的限制條件和拖船配置.希望該項研究成果能夠為洋口LNG碼頭未來安全運營提供參考.下一步的研究方向將是和船舶液貨操作風險相結合，評價LNG船舶在港內作業的整體風險.

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