船舶系泊布置设计初步研究

郭朝义， 柳红兵， 张敬党

(泰州口岸船舶有限公司， 江苏 泰州 225300)

船舶系泊布置设计初步研究

郭朝义， 柳红兵， 张敬党

(泰州口岸船舶有限公司， 江苏 泰州 225300)

提出了系泊布置设计的一般方法，将系泊布置设计划分为系泊属具配置设计和系泊属具布置设计两个相互补充的方面。并对系泊索、系泊属具的配置、船舶的带缆方式以及系泊属具布置约束进行了研究。最后通过检验实船系泊布置设计对设计方法进行了验证。

系泊布置设计 系泊属具配置 系泊属具布置

1 引言

系泊布置设计一般指为满足船舶安全停靠码头、拖曳等需要，而对船舶系泊属具进行布置的一种设计方法。它主要是在系泊索已选型的前提下，对包括绞车、带缆桩、导缆孔、导向滚轮等进行选型与布置的设计。在系泊设计研究方面，陈汝夏等人对Q-MAX型LNG船舶的系泊方案进行了研究，基于OPTIMOOR计算结果，提出了较优的3-5-2系泊方案[1]；姜季江等人对改装船船体总段码头系泊设计进行了研究，根据系泊计算结果对系泊属具布置进行了设置，为以后类似的设计提供了参考[2]；舒斌等人通过分析超大型船舶系泊试验时的系缆力，对缆桩布置进行了优化[3]。目前，对系泊设计的研究多集中在通过受力分析，软件计算对布置进行设计及优化[4～6]。本文在系泊布置设计有关公约规范、以及相关文献研究的基础上，对船舶系泊布置方法、系泊属具配置以及系泊属具布置进行了研究，从而形成系泊设计的完成过程，以期对设计人员起到参考与借鉴作用。

2 系泊设计的组成

船舶系泊设计包括两个方面：(1) 系泊索与系泊属具的配置设计；(2) 系泊属具的布置设计。系泊属具的布置设计依据并深化系泊属具的配置设计，系泊属具配置设计是系泊属具布置设计的基础。船舶设计实用手册舾装分册[7]、巴拿马运河规范[8]等对系泊索的配备与选型，系泊属具的配备与布置等都有相应的要求，国际航运协会对系泊状态下船舶的运动量也有限制[9]。

2.1 系泊属具配置设计

系泊索与系泊属具的配置设计方法如图1所示。从图中可以看出系泊索的配置是系泊属具配置设计的关键，同时也是整个系泊设计的基础；在以缆绳的破断载荷为基准的条件下，系泊属具安全系数大于1，这主要是对系泊属具、船舶结构以及环境安全等进行的一种保护。另外，埃克森石油公司系泊能力标准指出绞缆机刹车力小于缆绳破断负荷[10]。

图1 系泊属具配备关系图

2.2 系泊属具布置设计

在系泊属具配置设计的基础上，即可对系泊属具的布置进行设计。系泊属具布置设计需要综合考虑系泊属具与船体结构、舾装设备布置、船舶系泊方式以及其他系泊属具之间的各种约束限制。系泊属具布置设计即是协调各系泊属具之间、系泊属具与外部关系的基础上，进行设计-修调整-再设计的过程，直到最终得到满意的系泊布置方案。图2为系泊属具布置设计关系图。

图2 系泊属具布置关系图

3 系泊设计方法

船舶带缆方式与系泊属具布置约束是系泊设计需要解决的两个问题。船舶带缆方式需在系泊设计之初确定，在具体系泊属具布置设计时可根据系泊属具布置约束关系对船舶带缆方式进行调整，以使二者相互协调，从而得到设计船舶的带缆方式以及系泊属具布置。

3.1 船舶带缆方式

系泊状态下船体所受外力可分解为沿船长方向的纵向作用力、沿船宽方向的横向作用力以及沿型深方向的垂向作用力。船舶的带缆方式倒缆、横缆和艏艉缆主要是为了限制船舶在上述作用力下的移动，各带缆对船舶的位移约束如图3所示。

图3 系缆约束与位移关系

图4为船舶的带缆走向图。对于倒缆而言，系泊属具尽量靠近船艏艉布置，使缆绳的走向与船体纵向的夹角越小越好，同时，舷边导缆器又必须布置于平行中体部分的甲板上以避免缆绳在外板上摩擦；对于横缆，系泊属具的配备应使缆绳的走向垂直于船体纵向中心线；艏艉缆为对横缆、倒缆系泊的加强，其缆绳的走向应与船体纵向中心线保持一定的角度。系泊属具的布置是保证船舶带缆方式的关键，一定程度上决定着船舶的带缆走向。

图4 船舶带缆走向图

3.2 系泊属具布置约束

系泊设备布置约束主要指系泊属具在布置过程中各系泊属具之间，系泊属具与外部影响之间为满足带缆走向，系泊属具布置本身所受的限制。系泊属具布置约束可通过协调各系泊属具布置以及增加必要的导向滚轮而得到解决。

3.2.1 绞车布置

OCIMF系泊设备规范[11]对于缆绳的作用下各系泊设备的受力方向有一定的要求。对于绞车而言，在带缆情况下，缆绳作用力方向应尽量垂直于缆车卷筒的轴向，如不能满足，其缆绳走向与卷筒轴向垂直面的夹角应小于4°，如图5所示。

图5 绞车卷筒受力方向约束

3.2.2 导向滚轮布置

受船体结构、舾装设备以及其他方面的影响，缆绳不能从缆车直接引向舷边导缆器时，就需要布置导向滚轮改变缆绳的走向，从而满足系泊属具布置要求。导向滚轮布置的原则是尽可能少，且因导向滚轮布置而使缆绳走向的改变也尽可能小。图6为较为典型的导向滚轮布置。

图6 典型导向滚轮布置图

从图6可以看出，在没有布置导向滚轮的情况下，布置1中缆绳的走向与上建结构以及舷梯布置冲突，且缆绳与绞车副卷筒轴向夹角也不满足规范要求；布置2为增加一个导向滚轮后可行的布置方案。

3.2.3 滚轮导缆器布置

对于滚轮导缆器的布置而言，布置于船舷同侧的滚轮导缆器与系泊绞车位置关系应满足可直接从缆车引出缆绳通过导缆器实现缆绳系泊；对于异侧的布置而言，应尽量减少导向滚轮布置的数量。

图7为滚轮导缆器与绞车布置约束关系。

图7 滚轮导缆器布置约束

滚轮导缆器的导缆数量应满足船舷同侧缆车卷筒带缆需要，另外还要满足系泊方式下，异侧引出缆绳数量的要求。

3.2.4 导缆孔与带缆桩布置

除船舶中部用于倒缆系泊布置所需的带缆桩之外，导缆孔与带缆桩的布置基本按照巴拿马运河规范的要求即可，图8所示为船长超过173.74 m，船宽大于27.73 m的情况下，巴拿马型导缆孔的布置简图。对于其他主尺度的船舶导缆孔的布置，巴拿马运河规范也有明确的要求。

带缆桩一般与导缆孔配合布置。带缆桩的底座边缘应距系船索不小于50 mm，且尽可能平行与缆索走向。另外，缆桩与舷墙的距离一般不小于1.5倍缆桩直径，与舷侧导缆孔或导缆器之间的距离应

图8 巴拿马型导缆孔布置约束

大于6倍缆桩直径，带缆桩周围1 m以内不得有障碍。图9为带缆桩布置约束(D为缆桩直径)。

图9 带缆桩布置约束

4 实例检验

本文实例验证主要分析已设计船的系泊布置，对其优化布置，得到满意的系泊布置方案。

实例选择为本厂为某国外船东建造的系列7.6万载重吨巴拿马型散货船的系泊布置。

4.1 满足缆绳配置的带缆方式

本船入“GL”船级社，其舾装数为

E·N=Δ2/3+2BH+0.1A=3 580

E·N∈[3 400,3 600]，根据“GL”规范要求可得到本船的缆绳配备，实际情况下，缆绳的配备一般高于规范要求。表1为本船的缆绳配备表。

表1 缆绳配备表

从表1中可以看出，设计船的实际缆绳配置10根(船艏4根，船舯2根，船艉4根)大于规范要求的6根，且缆绳的破断载荷也高于规范要求，这主要是因为规范规定的缆绳数主要反映锚泊时的受力状态，而对侧面受力为主的系泊状态考虑不够。系泊状态下，本船的缆绳走向如图10所示。

图10 设计船带缆走向图

图10所示为设计船系泊状态下缆绳的走向图。在设计条件下本船只需要系1、3、4、5、6、8、9、10号缆绳即可；恶劣环境下需全部带缆，且5、6号缆绳均可通过绕过码头上的缆桩经船舷导缆器引回船上，并固定在带缆桩上，以增加船舶的系缆力。另外2、7两根缆绳可根据船舶受力状态，选择系横缆或者艏艉缆方式。

4.2 系泊属具配置

根据船舶带缆方式需要，本船艏艉部各配置对称于船体中心线的2个绞车(每个绞车附2个卷筒)；船中2个绞车(每个绞车附1个卷筒)。

对于导缆孔与带缆桩的配置而言，设计船需要通航于巴拿马运河，依据巴拿马运河规范，本船的导缆孔和带缆桩的配置如表2所示。

表2 巴拿马型导缆孔与带缆桩的配置

滚轮导缆器的布置需与绞车的布置相协调，且应满足单舷带缆方式需要。船艏1号缆绳为艏缆系泊需要，可经艏部巴拿马型导缆孔导出；2、3、4号缆绳需设置满足其导缆所需的滚轮导缆器，且2号缆绳需从船舷异侧引出，应布置相应的导向滚轮。船中5、6号缆绳分别布置一个三滚轮导缆器和一个轻型带缆桩，满足在恶劣工况下回缆系泊需要。

需要说明的是，设计船需配置尽可能少的导向滚轮以满足巴拿马型导缆孔系泊的需要。

4.3 实船系泊布置

图11为设计船舶的系泊布置图，根据系泊设备约束、系泊属具配置、船舶带缆方式以及有关规范等对上述系泊布置图进行检验。从细节上可以发现，船艏部靠近船舷一侧与巴拿马型双式导缆孔对应的重型带缆桩在缆绳收放线路上。因此，对其进行重新调整如图12所示。

图11 系泊系统布置图

图12 船艏重型带缆桩调整

另外，本船的系泊布置设计，选用十字带缆桩用于巴拿马型单式导缆孔带缆，且更改了重型带缆桩的标准，经强度计算其设计负荷(见表3)满足缆绳破断要求。十字带缆桩和更改形式后的重型带缆桩与普通带缆桩相比在重量上均有大幅度的减轻；在制作方面，十字带缆桩与重型带缆桩在结构形式上也要比普通带缆桩简单，由此，在制作工艺和焊接以及材料控制方面也都可为船厂节约不少的成本。

表3 不同带缆桩对比

5 总结

本文在参阅大量系泊布置相关规范、设计手册以及文献的前提下，提出了将系泊布置设计分为系泊属具配置设计和系泊属具布置设计两个方面，并分别对其进行了研究，并通过实船检验对上述方法进行了验证。系泊设计在船舶设计中属于较为灵活的部分，对设计者的要求较高，希望本文对从事船舶方面的设计人员具有一定的参考意义。

[ 1 ] 陈汝夏，王立国，刘涛.Q-MAX型LNG船舶系泊方案[J].设计计算,2012，31(z1):9-13.

[ 2 ] 姜季江，郭学峰. 改装船船体总段码头临时系泊设计[J].中国修船,2010，23(1):34-36.

[ 3 ] 舒斌，焦磊.超大型船舶系泊试验时系缆力分析[J].中国水运,2012，12(12):9-11.

[ 4 ] 胡毅，胡紫剑，刘元丹等.基于AQWA 的大型LNG 船码头系泊分析[J].舰船科学技术,2012，34(2):70-73.

[ 5 ] 高峰，孟祥玮，郑宝友等.船舶系泊问题的试验研究技术[J].水道港口,2012，33(2):106-112.

[ 6 ] 徐庭留，朱克强，周江华等.大型船舶系泊系统的动力响应研究[J].港工技术,2012，49(1):4-6.

[ 7 ] 中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册[M].北京：国防工业出版社，2002.

[ 8 ] OCIMF. Mooring Equipment Guidelines：MEG3[R].United Kingdom: OCIMF, 2008.

[ 9 ] Permanent International Association of Navigation Congresses. Criteria for Movements of Moored Ships in Harbours: A Practical Guide[R].Belgium：PIANC，1995.

[10] 秦子君，魏昌理.缆绳荷载监测系统在开敞式码头的应用与分析[J].水运工程,2007，9(7):100-107.

[11] 巴拿马运河管理当局.巴拿马运河规范[S].船舶通告,2005.

The Preliminary Research on Mooring ArrangementDesign of Vessel

GUO Chao-yi, LIU Hong-bing, ZHANG Jing-dang

(Taizhou Kouan Shipbuilding Co., Ltd., Taizhou Jiangsu 225300, China)

This article provides a general method for mooring arrangement design, and divides it into two complementary aspects, which are mooring fitting equipping design and mooring fitting arranging design, then researches the disposition of mooring ropes and mooring fittings, mooring method and the restriction of the mooring fitting arrangement. Finally, the design method is testified by actual ship experiment.

Mooring arrangement design Mooring fittings equipped Mooring fittings arrangement

郭朝义(1964-)，男，高级工程师。

U662

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