(天津海運職業(yè)學院，天津 300350)

國內(nèi)外現(xiàn)在均有使用先進的大型船舶模擬器來研究港口船舶通航和港口建設(shè)安全評估等實際工作，而且新公約下船員培養(yǎng)過程中也要利用模擬器來完成BRM(駕駛臺資源管理)的考核。在未來，大型船舶模擬器的應(yīng)用前景必將更加廣闊。現(xiàn)在我們來探討一下如何制定大連30萬噸級原油碼頭船舶航行及靠離泊安全模擬試驗的方案。

一、模擬試驗概述

大連港正在施工建設(shè)中的30 萬噸級原油碼頭位于遼東半島、大連灣東北部，港址位于大孤山沙坨子南側(cè)海域，與鮎魚灣相鄰(圖1-1)。該碼頭陸上距大連經(jīng)濟開發(fā)區(qū)10km，距大連西太平洋石油化工有限公司約7km，水上距大連灣約12.5km。根據(jù)港口安全和操作部門的要求，從船舶操縱安全角度出發(fā)，碼頭建成后，對其航道、掉頭水域以及泊位前沿水域是否滿足30萬噸船舶在各種載況及外界條件下的航行及靠離泊安全的要求進行模擬試驗論證。

圖1-1 大連港口附近水域示意圖

二、船舶操縱模擬試驗方案的設(shè)備和考慮的因素

1.模擬試驗設(shè)備

模擬試驗平臺為大連海事大學V.Dragon-3000A型大型船舶操縱模擬器,它采用了先進的分布交互仿真和高層體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想、可以和互聯(lián)網(wǎng)方便相連的先進網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將系統(tǒng)的各計算機相互連接。該系統(tǒng)包括：教練員控制臺、主本船及視景系統(tǒng)、副本船及視景系統(tǒng)、多媒體教室與桌面系統(tǒng)，每一套系統(tǒng)均包括與本船相似的各種訓練軟件(導(dǎo)航儀器、帶三維視景的船舶操縱、雷達與ARPA、ECDIS與GMDSS等模擬功能)。

V.Dragon-3000A型大型船舶操縱模擬器具有較高的仿真精度，模擬器的性能指標完全滿足挪威船級社(DNV)有關(guān)大型船舶操縱模擬器的性能標準(NO.RP-DTP-23-99 Rev.1)和其他國際公認的模擬器標準以及中國海事局和STCW公約對用于培訓和V.Dragon-3000A 型大型船舶操縱模擬器采用當今先進的技術(shù)手段和方法，如計算機成象技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、無縫拼接寬視場角環(huán)幕投影技術(shù)等。

可根據(jù)試驗設(shè)計的方案，通過先進的船舶模擬器來實現(xiàn)(如圖1-2)，效果逼真并趨于實際。

圖1-2 模擬實驗的效果截圖

2.影響安全的因素

(1)人為因素的影響

船舶駕駛員是決定船舶操縱安全的關(guān)鍵因素之一，船舶設(shè)備再先進也離不開船舶駕駛員的正確操作和監(jiān)控。作為操縱人員操船時應(yīng)遵循下列原則。

1)泊位前沿操縱特點

進港靠泊時，船舶從航道進港至泊位前沿的航行過程中，需向右轉(zhuǎn)向30°，在船舶抵達泊位之前，由于船速較低，用右滿舵不可能轉(zhuǎn)過如此大的角度，需要用拖輪協(xié)助轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向后，將船舶平行擺在離泊位一定距離上，然后進行平行靠泊?！按禂n風”靠泊時，船舶抵達泊位前沿時距離泊位的寬度應(yīng)大一些，“吹開風”靠泊時，該寬度應(yīng)小一些。特別是壓載狀態(tài)情況下靠離泊，更應(yīng)嚴格遵循這些原則。

2)船舶靠離泊操縱方式

根據(jù)上述船舶載重狀態(tài)的靠離泊情況，本泊位未來可能既有滿載靠泊、壓載離泊情況，還可能有壓載靠泊、滿載離泊的情況。在選擇靠泊方式時一般遵循下列原則：

滿載船進港靠泊時，采用“順靠”方式，離泊為壓載，采用“掉頭離”方式；壓載船進港靠泊時，采用“掉頭靠”方式，離泊為滿載，采用“順離”方式。

滿載進港靠泊應(yīng)選擇在頂流(漲潮流)時機，滿載出港也應(yīng)選擇在頂流(落潮流)時機，并應(yīng)避免急漲急落時進行靠離泊作業(yè)。

壓載掉頭受風的影響較大，若環(huán)境允許應(yīng)選擇向下風的掉頭方式進行操縱。

(2)環(huán)境因素的影響

從船舶操縱角度來講，大連30萬噸級泊位通航水域分為兩段，第一段是航道以外自然水深航區(qū)。該航段的特點是水域較寬，在此操作船舶不太困難。第二段是航道至泊位前沿部分，長度約1.62海里，該航段為船舶航道航行、掉頭操縱和靠離泊區(qū)域，水深及水域均受到限制，操縱相對困難，是模擬試驗的重點水域。

1)航道通航特點

顯然，第二航段風險性要比第一航段大得多，也是模擬試驗的重點。由于航道長度只有3000m，而30萬噸VLCC慣性較大，因此，在船舶進入航道端部時是控制船速的關(guān)鍵時刻。并根據(jù)船舶停船性能的特點，適時停車，以便在泊位前沿的適當位置把船停住。必要時，可適時運用拖輪協(xié)助減速。由于進港航道的兩側(cè)為海產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，船舶只能在370米的航道內(nèi)航行，船速過低時，舵效降低，風、流的作用也增強，因此，在風大、流急的條件下，該段航程船舶操縱十分困難。

2)風的影響

根據(jù)大連港的風力風向的統(tǒng)計資料，常風向為N向，次常風向為S和NW向。航道走向(017°-197°)與常風向(N)交角為17°；與次常風向(S 和 NW)交角分別為163°和62°。從保證船舶安全的角度來看，模擬試驗中對操船安全影響較大的風向NW和SE，風力選取6 和7 級。

3)海流的影響

從氣象統(tǒng)計資料來看，大連30萬噸級原油碼頭附近水域為往復(fù)流，漲落潮流流向(約 225°)基本與碼頭走向平行(2°交角),但與航道走向成28°的交角；落潮流流向(約054°)與碼頭線交角約7°，與航道走向成37°的交角。

4)潮高的影響

由于航道水深受限，滿載低潮時富裕水深較小，將使船舶操縱受到影響。船舶壓載出港時，航道、碼頭水域的水深不受限制，可以在任意潮高時間通過航道和靠離泊。

5)波浪的影響

碼頭水域常浪向為SE向，與航道交角約118°(或 62°)，與碼頭軸線交角約88°(或 92°)；次常浪向為SSE向，與航道交角約140°(或 40°)，與碼頭軸線交角約110°(或 70°)；強浪向為SSW 向，與航道交角約185°(或 5°)，與碼頭軸線交角約155°(或25°)。船舶在出港時若遭遇常浪向，可能引起較大的橫搖和升沉運動，進而增加船舶的吃水。

(3)船舶因素的影響

根據(jù)大連30萬噸級原油碼頭的營運計劃，船舶因素的影響主要考慮船舶載重狀態(tài)、進港初始船速等。

1)船舶進出港的載況類型

根據(jù)港口設(shè)計部門的要求和大連30萬噸原油碼頭投產(chǎn)后的需求，船舶進出、靠離 30 萬噸原油碼頭的營運種類一般包括四種類型：

滿載進港靠泊；空載離泊出港；空載進港靠泊；滿載離泊出港。

2)進出港船速的影響

船舶航速的大小是決定船舶在航道中航行安全的重要因素之一。因此，船舶駕駛員一定要以安全航速謹慎駕駛，與當時的情況和環(huán)境相適應(yīng)，從而保證船舶的航行安全。

3、拖輪的運用

(1)影響拖輪作用效率的因素

1)拖力、推力作用點

可根據(jù)實際情況按照下列原則確定拖輪帶纜位置：需轉(zhuǎn)向或掉頭時，為了獲得最大的轉(zhuǎn)船力矩，帶纜位置應(yīng)盡可能接近船首和(或)船尾；需平移時，為了獲得最大的平移力，合力作用點應(yīng)盡可能接近船舶首尾方向的重心水平位置。

2)拖力的垂直角

拖纜垂直角大小將會影響拖力的使用效率。由于試驗中30萬噸VLCC 壓載狀態(tài)時的吃水只有10 m 左右，水面以上的船舷高度為20 m左右，而拖輪的拖纜長度是有限的(一般為 100 m)，且在使用中要留有一定的余量，不可能將100m 的拖纜全部使用。拖輪拖帶效果如圖1-3所示。

圖 1-3 拖輪拖帶效率示意圖

經(jīng)計算，出纜長度為80m時，效率為96%；出纜長度為60m時，效率為94%。因此，實際使用中應(yīng)適當增加使用拖輪的總功率。

(2)拖輪馬力及其數(shù)量

使用拖輪的數(shù)量應(yīng)根據(jù)港口實際情況確定。除考慮船舶本身的運動所需拖輪功率外，還應(yīng)考慮風、流和波浪的影響。另外，根據(jù)經(jīng)驗，對于VLCC 船舶，應(yīng)使用大馬力拖輪。船舶在港口靠泊操作過程中，既有大角度轉(zhuǎn)向又有掉頭回轉(zhuǎn)，因此，其操作難度要遠大于一般船舶。

三、模擬試驗方案的設(shè)計

綜合考慮到上述因素的影響和操船的安全，針對最不利于船舶操縱的情況，有針對性地設(shè)計了以下模擬試驗方案：

1.滿載進港靠泊

(1)漲潮流(225°)1kn, N 風 6 級，6 艘拖輪協(xié)助

(2)漲潮流(225°)1kn, NW 風 7 級，5 艘拖輪協(xié)助

(3)漲潮流(225°)2kn, NW 風 6 級，6 艘拖輪協(xié)助

(4)漲潮流(225°)1kn, SE 風 6 級；5 艘拖輪協(xié)助

(5)漲潮流(225°)2kn, SW 風 6 級，6 艘拖輪協(xié)助

(6)落潮流(045°)1kn, NW 風 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(7)落潮流(045°)2kn, NW 風 6 級，6 艘拖輪協(xié)助

(8)落潮流(054°)1kn, SE 風 5 級；5 艘拖輪協(xié)助

(9)落潮流(054°)2kn, SE 風 5 級；6 艘拖輪協(xié)助

2.滿載離泊出港

(10)落潮流(054°)2kn, NW 風 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(11)漲潮流(225°)2kn, SE 風 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(12)落潮流(054°)2kn, SE 風 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(13)漲潮流(225°)2kn, NW 風 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

3.壓載進港掉頭靠泊

(14)漲潮流(225°)1kn, NW 風 7 級，5 艘拖輪協(xié)助

(15)落潮流(054°)2kn, NW 風 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(16)落潮流(054°)1kn, SE 風 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(17)落潮流(054°)2kn, SE 風 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

4.壓載掉頭離泊出港

(18)落潮流(054°)2kn, NW 風 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(19)漲潮流(225°)2kn, NW 風 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(20)落潮流(054°)1kn, SE 風 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

(21)落潮流(054°)1kn, S 風 6 級，4 艘拖輪協(xié)助

(22)漲潮流(225°)2kn, SW 風 6 級，5 艘拖輪協(xié)助

5.特殊情況滿載進港靠泊

(23)橫流(107°)1kn, NW 風 6 級，6 艘拖輪協(xié)助

(24)橫流(107°)1kn, SE 風 6 級，6 艘拖輪協(xié)助

上述設(shè)計方案中每種試驗可進行 2～3 次模擬，其方案種類和試驗次數(shù)可以根據(jù)引航員的經(jīng)驗和實際情況進行取舍或增加。

四、模擬試驗方案的實施

船舶操縱由船長及大連港一級以上的引航員執(zhí)行操縱。針對不同的風流條件，進行一系列模擬操船。模擬操船水域為自進港航道第一燈浮至泊位之間的水域。模擬試驗表明，每次模擬操船所需時間與實船操縱基本一致，約需時 40 分鐘～1.5 小時。每次試驗都對船位、航向、航速、主機工況、操舵舵角等運動參數(shù)以及風流數(shù)據(jù)進行記錄，可為后期的分析試驗結(jié)果提供數(shù)據(jù)支撐。

五、結(jié)束語

總之，只有通航安全評估人員充分考慮到各方面的影響因素，才能對試驗環(huán)境有針對性地進行模擬試驗，從而保證實驗數(shù)據(jù)的代表性，最終才能為港口和船舶的雙方安全提供指導(dǎo)性地服務(wù)。

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