六点浮筒系泊系统的设计研究

马震 樊亮亮

摘 要：浮筒系泊系统近些年发展较为迅速，对于外海浪况较为复杂的大型船舶系泊多采用单点系泊方式，对于内河浪况较好的小型码头泊位有采用多点系泊的方式。对于浮筒系泊的系揽计算以及多点系泊的系揽和作业方法，目前国内外还没有规范给出明确的说明。本文基于海外某矿砂出运码头的六点系泊数模实验成果以及国外的一些规范要求，给出六点浮筒系泊的靠离泊方案和系泊拉力的选用标准，并给出六点系泊下船舶对于波浪的响应结果，给类似的码头设计提供依据。

关键词：浮筒系泊;系揽;波浪响应;散货码头

中图分类号：P75           文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）05-0071-03

1绪论

近二十年来，浮筒系泊系统的发展较为迅速。对于外海波浪状况较为复杂的情况，一般采用单点系泊的结构方式[1] [2]。而对于内河码头，波浪状况较为良好，船舶吨级不是很大的情况下，可采用多点系泊的结构方式[3] 4]。而目前针对浮筒系泊的理论计算以及多点系泊的系泊和作业方法，目前国内外还没有规范给出明确的说明。浮筒系泊系统相对于传统的顺岸式码头以及外海墩式蝶形布置的码头，在成本上有绝对的优势，因此对于外海多点系泊方案的研究具有非常大的实用价值。

本文基于海外某矿砂出运码头的系泊数模实验成果以及国外的一些规范要求，给出六点浮筒系泊的靠离泊方案和系揽拉力的选用标准，并给出六点系泊对于波浪的响应结果，给类似的码头设计提供依据。

2 项目概况

2.1项目简述

本文工程项目位于非洲某区域，项目为澳大利亚某公司出运矿砂所用。本项目为一个离岸式的码头结构，项目方案包括一个座550m的引桥，一套六点浮筒系泊系统、两个靠船墩以及工作平台。方案的平面布置图详见图1。

2.2设计水位

设计使用水位采用50年的重现期进行结构设计。

设计高水位：+3.66m;设计低水位：+0.90m;

极端高水位：+3.97m;极端低水位：+0.66m。

2.3波浪要素

本项目主要的设计波浪要素见表1。

2.4风速

本项目风速数据见表2。

2.5水流

本项目水流数据见表3。

2.6设计船型

本项目的设计船型为散货船，船舶吨级为3万吨级～6.8万吨级，详细的设计船型数据见表4。

3 六点系泊系统的研究

本项目为了将方案优化做到极致，采用固定式的装船机+六点系泊系统的方案。本项目采用SimFlex4软件，对于六点系泊系统的系泊以及作业进行了深入的模拟，从而验证了当前的总平面和系泊方式的合理性和可行性，并通过模拟过程得出系泊过程中浮筒的拉力，详细的船舶系泊布置方案见图2。

3.1船舶允许运动量

本项目的船舶允许运动量根据规范PIANC规范《Criteria for Movements of Moored Ships in Harbours》[5]中的相关规定进行，详见表5。

3.2单个浮筒的系揽失效准则

本项目单个浮筒以缆绳和锚链的工作承载能力作为单个浮筒的极限值，具体的承载力见表6。

3.3船舶靠离泊分析

3.3.1船舶靠泊过程分析

本项目采用SimFlex4软件，详细模拟整个操船和系泊的过程，过程图详见图3。根据模拟过程可知，由拖轮在带缆，在回旋区域调头;在靠近工作平台的区域系5号、4号、3号浮筒，再由此三个浮筒控制纵向船速;再系1号和2号浮筒，将船身控制至平行码头方向;再由2号浮筒和3号浮筒配合拖轮缓慢停靠靠船墩;最后，由船锚最终固定船舶位置。

3.3.2船舶离泊过程分析

在船舶离泊过程中，首先通过船锚和5号浮筒收缆，2号和3号浮筒放缆，让船舶先缓慢脱离码头作業平台;再脱开2号和3号浮筒，收缆船锚和5号浮筒，使得船舶加速脱离码头作业区域;再脱离1号和4号浮筒，通过船锚和5号浮筒，并且辅助拖轮对船舶进行转向，使其可以对准航道方向;最后脱开5号浮筒，收起船锚，驶入航道。详细的模式过程图见图4。

3.4船舶系泊分析

由于本项目采用固定式的装船机，船舶作用过程中需要通过移船的形式对船舶的不同位置进行装载，依次装载的顺序为船舶中舱，船舶前舱和船舶后舱。本项目依次对三个舱位作业情况下的系揽状态进行了详细的分析。

根据数模试验结果可知，船舶运动量均满足规范要求。在进行前舱装填时，船舶的运动量最大;对于系揽点的拉力，所有的拉力均小于船舶缆绳的极限承载力。船舶在进行前舱装填时，出现304.14kN的最大拉力。根据OCIMF[6]规范的相关规定，将缆绳的极限承载力作为单个系揽点的极限拉力设计值，并以此来选取浮筒以及锚的型号。

3.5船舶敏感性分析

本项目对六点系泊下船舶对于不同浪向的波浪做敏感性分析，得出船舶在不同频率不同方向波浪作用下的船舶响应。考虑横向波，纵向波和与船体纵向夹角45°波的整体相应，详细的结果见图5～图10。图中，黑色实线代表满载下横向浪况;蓝色实线代表满载下船体45°方向浪况;红色实线代表满载下纵向浪况;黑色虚线代表压载下横向浪况;蓝色虚线代表压载下船体45°方向浪况;红色虚线代表压载下纵向浪况。

本项目根据该响应结果，一方面可以让运营方根据实际的波浪情况选择作业情况，另外一方面也验证了当前水文条件下总平面布置的合理性;同时，该结果也可以为类似六点系泊的方案选址提供参考。

4 结语

本文主要得出以下几点结论：

（1）针对大型散货码头，本文结合工艺设备的方案，提出采用固定式的装船机加浮筒系泊的设计方案，相对于常规墩式蝶形结构的码头设计方案，极大地节约了项目成本，为其他类似的工程项目提供了方案参考。

（2）本文通过对船泊靠离泊的过程模拟，给出了针对六点系泊的靠离泊系揽方法，为六点系泊系统地使用提供参考。

（3）本文详细分析不同浪况作业情况下浮筒锚固点的拉力以及船泊运动量，得出作业过程中的最不利工况和最大拉力点，为项目的安全作业提供依据;同时，将得到的拉力与缆绳极限承载力相对比，最后建议采用缆绳极限承载力作为浮筒以及锚的型号选取依据，为其他项目的设计提供参考。

（4）本文对六点系泊下的船舶波浪响应做了详细的分析，分析不同方向下船舶对于不同频率波浪的响应情况，一方面验证了本项目方案的可行性，另外一方面为其他类似项目的选址和平面设计提供重要参考。

参考文献：

[1]刘孟琦，张宁川.CALM系泊30万吨级油轮动力响应试验研究[D].大连：大连理工大学，2020.

[2]闫斌，谭巍. 15万吨级FPSO限位设计与实践[J].中国水运，2017（05）-0338-03.

[3]李伟峰，史国友，王庆武.鸭绿江口4万吨级双浮筒系泊系统设计与计算[J].水运工程，2012（2）-0069-05.

[4]陈凯敏，东培华，季小强，王琦玮. 张家港港务集团临时停泊区双浮筒[J].中国水运，2017（11）-0008-03.

[5]International Navigation Association. Criteria for Movements of Moored Ships in Harbours [S].Belgium：Maritime Navigation Commission.， 1995.

[6] Oil Companies International Marine Forum. Mooring Equipment Guidelines [S]. British： British Library， 1995.