基于Optimoor軟件的30萬(wàn)噸級(jí)油碼頭泊位長(zhǎng)度比選分析

吳周翔 栗珂

摘 要：對(duì)比船舶系泊物理模型試驗(yàn)得到的系纜力的值與Optimoor模擬得到的系纜力的值，其結(jié)果表明船舶靠泊系纜狀態(tài)下的系纜力的值能被數(shù)模軟件Optimoor較準(zhǔn)確地計(jì)算出。通過(guò)不利風(fēng)、浪、流等自然條件計(jì)算得到的船只系纜狀態(tài)，比選出較優(yōu)的碼頭泊位長(zhǎng)度。

關(guān)鍵詞：系泊;油碼頭;泊位長(zhǎng)度;Optimoor

1 概述

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)對(duì)于石油的需求亦日趨旺盛，這些原油絕大多數(shù)通過(guò)成本相對(duì)低廉的海上運(yùn)輸進(jìn)入國(guó)內(nèi)，由此，需要有與之匹配的裝卸油碼頭。同時(shí)國(guó)內(nèi)碼頭逐漸向大型化、專(zhuān)業(yè)化方向發(fā)展，越來(lái)越多的30萬(wàn)噸級(jí)油碼頭進(jìn)入設(shè)計(jì)、建設(shè)階段。

大型油碼頭往往需要超過(guò)22 m的碼頭前沿水深，同時(shí)對(duì)碼頭平面區(qū)域需求少，因此，為減少投資造價(jià)以及減少水域浚深對(duì)水域環(huán)境的造成的危害，其具有兩個(gè)特點(diǎn)：（1）建設(shè)地點(diǎn)選擇相對(duì)遠(yuǎn)離海岸、自然水深較深的開(kāi)敞式、無(wú)掩護(hù)海域;（2）碼頭平面布置多采用“蝶形”，工作平臺(tái)、靠船墩、系纜墩等經(jīng)過(guò)引橋相連，裝卸平臺(tái)上面的輸油臂通過(guò)管道與陸域罐區(qū)連接。因此，需要優(yōu)化泊位長(zhǎng)度等平面布置因素，減少開(kāi)敞式水域復(fù)雜多變的風(fēng)、浪、流等對(duì)碼頭墩臺(tái)結(jié)構(gòu)受力的影響，降低墩臺(tái)結(jié)構(gòu)所受的船舶系纜力、撞擊力，同時(shí)控制船只的橫移、縱移、橫搖、縱傾、升沉和回旋等滿足規(guī)范和使用要求。

筆者以粵東某30萬(wàn)噸級(jí)油碼頭設(shè)計(jì)為例，參照30萬(wàn)噸級(jí)油船的實(shí)船資料，通過(guò)Optimoor系泊系統(tǒng)分析軟件模擬極端工況下船舶的系纜狀況，同時(shí)以船舶系泊實(shí)驗(yàn)的系纜數(shù)據(jù)對(duì)Optimoor軟件的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，從而對(duì)碼頭的泊位長(zhǎng)度進(jìn)行比選。

2 Optimoor軟件介紹

Optimoor是美國(guó)Tension Technology International 公司研制的船舶系纜計(jì)算軟件。Optimoor軟件應(yīng)用范圍為初步確定裝卸環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、系泊環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、最優(yōu)系泊方式、最大船舶荷載。該軟件靜力模塊是通過(guò)靜力計(jì)算來(lái)考慮外荷載。通過(guò)運(yùn)用OCIMF協(xié)會(huì)的公式、輸入實(shí)際的風(fēng)、浪、流的值來(lái)模擬船舶收到的風(fēng)、水等荷載。波浪荷載是通過(guò)波高和風(fēng)荷載疊加計(jì)算出來(lái)。在結(jié)構(gòu)受到拖輪荷載、冰荷載、或其他船舶荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用力時(shí)，需要手動(dòng)計(jì)算這些外力和力矩，然后輸入上述參數(shù)到軟件中，得到數(shù)值。在計(jì)算波浪作用下的船舶運(yùn)動(dòng)時(shí)，Optimoor采用了頻域分析的方法，給出波浪作用下不同船型 6 個(gè)運(yùn)動(dòng)分量的振幅響應(yīng)因子[1]。系纜力、擠靠力、快速脫纜鉤收到的力的數(shù)值等都可通過(guò)該軟件計(jì)算得到，能得到各個(gè)纜繩在最不利情況下受到的內(nèi)力，對(duì)于港口工程結(jié)構(gòu)計(jì)算中這類(lèi)軟件是很實(shí)用的。

3 項(xiàng)目概況及設(shè)計(jì)條件

建設(shè)規(guī)模：兼靠5萬(wàn)噸級(jí)～30萬(wàn)噸級(jí)油船的碼頭一座;防波堤工程1座。

設(shè)計(jì)條件如下：

設(shè)計(jì)高水位，1.87 m;設(shè)計(jì)低水位，0.30 m;逃逸風(fēng)速，22.6 m/s;流，0.4 m/s;纜繩材料，44 mm鋼纜，破斷力1 070 kN;11 m尼龍尾纜（Φ96 mm），破斷力1 290 kN;系纜方式，4 222。

4 數(shù)值模擬結(jié)果與物理模型結(jié)果的比對(duì)

通過(guò)軟件Optimoor建模，用其中一個(gè)具有代表性的風(fēng)、浪、流條件進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)表1相同工況下船舶系泊物理模型實(shí)驗(yàn)各纜繩系纜力值和數(shù)值模擬系纜力值的比對(duì)可知，Optimoor計(jì)算結(jié)果和系泊物理模型試驗(yàn)結(jié)果，兩者總體相符，其結(jié)果表明船舶靠泊系纜狀態(tài)下的系纜力的值能被數(shù)模軟件 Optimoor較準(zhǔn)確地計(jì)算出，Optimoor得到的系纜力值整體上偏小，說(shuō)明該軟件的計(jì)算結(jié)果較系泊物理模型試驗(yàn)結(jié)果保守，該軟件可以用來(lái)模擬外部環(huán)境條件不利情況下船舶的靠泊、系纜情況。

5 碼頭泊位長(zhǎng)度比選

在英國(guó)BS、美國(guó)UFC（美國(guó)國(guó)防部三軍基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）以及OCIMF（石油公司國(guó)際海事論壇）《系泊設(shè)施指南》中，蝶型碼頭泊位長(zhǎng)度建議為1.1～1.2倍的設(shè)計(jì)船長(zhǎng)[2]。根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-2013），單個(gè)蝶型布置泊位長(zhǎng)度按下列計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

Lb=（1.1-1.3）L

式中：Lb——泊位長(zhǎng)度（m）;

L——設(shè)計(jì)船長(zhǎng)（m）。

Lb=（1.1-1.3）×334=（367.4～434.2）m

該工程為30萬(wàn)噸級(jí)原油碼頭，同時(shí)考慮到靠泊船型的向下兼容性，泊位長(zhǎng)度初步擬定為410 m和385 m，運(yùn)用Optimoor，不利工況下410 m泊位長(zhǎng)度和385 m泊位長(zhǎng)度的系纜力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2～表3。

通過(guò)對(duì)各工況組次，通過(guò)對(duì)比各典型的風(fēng)、浪、流情況下Optimoor計(jì)算出來(lái)的船舶系纜力的值，可以得到如下結(jié)論：

（1）泊位長(zhǎng)度為410 m時(shí)系纜力值的最大值總體上小于385 m泊位長(zhǎng)度時(shí)的系纜力值的最大值，泊位長(zhǎng)度為410 m時(shí)系纜力的值的分布較385 m泊位長(zhǎng)度時(shí)均勻，泊位長(zhǎng)度取值為410 m。

（2）泊位長(zhǎng)度過(guò)大或過(guò)小時(shí)，船的最大系纜力強(qiáng)度比均將顯著提高。

（3）根據(jù)《系泊設(shè)備指南》，纜繩的最大系纜力強(qiáng)度比不應(yīng)超過(guò)55%。數(shù)值模擬結(jié)果均滿足，能在上述工況下達(dá)到安全泊穩(wěn)條件。

6 結(jié)論

本文采用Optimoor軟件進(jìn)行系纜力數(shù)值模擬計(jì)算，將船舶系泊物理模型試驗(yàn)的系纜力數(shù)據(jù)與Optimoor軟件的計(jì)算成果對(duì)比，結(jié)果證明數(shù)模軟件 Optimoor 能較好地模擬船舶在靠泊系纜過(guò)程中纜繩的受力狀態(tài)。采用該軟件計(jì)算碼頭在不利的風(fēng)、浪、流條件下船舶各系纜力的分布情況，并比選出較優(yōu)的碼頭泊位長(zhǎng)度為410 m，數(shù)值模擬結(jié)果均滿足《系泊設(shè)備指南》要求，可以用于工程實(shí)踐之中。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳澎，姜俊杰，張廷輝，等.開(kāi)敞式蝶形碼頭墩位平面布置的優(yōu)化研究[J].水運(yùn)工程，2009（1）：175-182.

[2]于亮，安翔，楊靜思.Optimoor在開(kāi)敞式油碼頭平面優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)水運(yùn)，2017，17（3）：163-164+167.

[3]湯建宏，韓巍巍.基于Optimoor的30萬(wàn)噸級(jí)油碼頭泊穩(wěn)系纜力計(jì)算[J].水運(yùn)工程，2015（6）：42-45.