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摘要：在船舶大型化的发展趋势下，港口逐渐向水深条件更好的外海发展，出现了越来越多的开敞式码头。由于缺少防波堤的掩护作用，外海的风、浪、流等自然条件比较复杂，系泊船舶的受力以及运动响应也非常复杂，码头设计存在一定的难度，首先就是码头长度的确定。开敞式码头的泊位长度对船舶的运动量及缆绳的受力有着较大的影响，本文依托深圳LNG项目通过对26.6万m3LNG船舶在不同泊位长度和带缆方式的条件下进行物理模型试验，对其结果进行研究与探讨，提出了较为合理的建议值，为码头设计提供了依据。
关键词：开敞式；油气码头；泊位长度；优化
中图分类号：U656.1+32文献标识码：A文章编号：1006—7973（2016）02-0054-02
深圳LNG项目位于深圳大鹏湾东北岸迭福片区，已建深圳东部电厂重件码头的北侧。工程建设规模为一期300万t/a，二期规划扩建到400万t/a。码头水域主尺度按26.6万m3LNG船型设计，兼靠船型8.0～26.6万m3，26.6万m3设计船型主尺度见表1。
由于不同泊位长度对在泊船舶的运动量和缆绳受力影响较大，合理的泊位长度对于约束系泊船只的运动，减少系缆力并使之均匀分布有着重要的现实意义。本文通过水池物理模型试验，对26.6万m3LNG船在不同泊位长度系泊时，在风、浪、流等因素下对船舶运动量和缆绳张力进行比较分析，探讨开敞式码头长度的优化方案。
1物理模型试验
1.1试验设备仪器
本实验在实验室水池中进行，该水池长40m，宽24m，深度为1.2m。前端配备有推板式复合造波机，可根据需求对海面的规则波和不规则波进行模拟。尾部位置安装了架空斜坡碎石效能设备，起到降低波浪反射的作用。
波浪测量选择DS30系统，可同时对波面多点情况进行测量，相对误差控制在0.5%以内。运动量测量选择了双CCD光学船舶模型运动测量系统，通过非接触测量方式避免在测量过程中出现摩擦阻力以及质量阻力，可同步对船舶的纵移、回转、纵摇、横摇、横移以及升沉等进行测量。角度测量误差控制在5%以内，线位移误差控制在2%以内。缆绳拉力测量仪器可对0.5～25N间力进行测量，测量误差控制在2%以内。
1.2码头布置
试验原型根据深圳LNG项目配套码头工程进行布置。该模型为具有较为明显特征的开敞式蝶形码头，设置1个工作平台、6个系缆墩、4个靠船墩，其平面以及坐标系设定情况如图1所示：
1.3船舶模拟
根据试验规程要求，船舶试验模型比尺为1：60，模型船与原型船舶按比例缩小保持线性尺度相似。
2试验结果及分析
在本试验中，船舶长度L=345m，根据泊位长度试验考虑了4种不同的方案。其中，方案1泊位长度410m，为1.19L；方案2泊位长度390m，为1.13L；方案3泊位长度380m，为1.1L；方案4泊位长度370m，为1.07L。在泊位长度方案相同、而船舶布置方式存在差异时，船舶在实际运行中所产生的缆绳张力以及运动量也会存在一定的差异。为了考察船舶不同的带缆方式对系泊结果的影响，试验中采用4：4：2和3：2：3：2两种带缆方式进行比较。
2.1泊位长度对缆绳长度分布的影响
在上述4种泊位长度及2种带缆方式条件中，试验船舶缆绳长度如表2所示：
分析上表数据可知，泊位长度越短，船舶艏艉的缆绳长度也随之缩短。如表中数据所示：方案3相比方案1，其艏艉缆绳长度要短12-15m，方案4相比方案3，其艏艉缆绳长度要短6m左右。综合比较，方案4缆绳长度最为均匀，方案3次之，方案1均匀性最差（最长与最短缆绳长度比值为1.52～1.71）。当前的设计人员逐渐认识到倒缆的重要性，且普遍认为所用缆绳长度相差越小越理想。试验数据也表明，在适当范围内，泊位长度越短，缆绳长度分布越均匀，也越有利于缆绳张力的均匀分布。
2.2泊位长度对系泊船舶系缆力的影响
船舶处于压载状态，在0.5m/s流速、1.5m横浪、20m/s吹开风作用下，4种不同泊位长度系泊船舶所具有的系缆力最大值如表3所示：
分析上表数据可知，系缆力最大值出现在艉倒缆，极小值出现在艏缆。当泊位长度缩短时，倒缆张力有2%～5%的增幅，艏艉缆力有12%～20%的增幅，艏艉缆力增幅相对较大，但是系缆力也呈现更均匀的特点。4：4：2带缆方式下不同泊位长度各系缆力的最大值与最小值的比值分别为：1.87、1.61、1.63、1.64，3：2：3：2带缆方式下不同泊位长度各系缆力的最大值与最小值的比值分别为：2.13、1.98、1.77、1.72，表明随着泊位长度的缩短系缆力分布越均匀。最大的缆绳张力出现在艉倒缆，其次是艏倒缆，这两个系缆力随泊位长度缩短逐渐增加，因此泊位长度也不能过短。
3结论
从缆绳长度分布范围看来，试验采用的泊位长度在1.19L-1.07L范围内，泊位长度越短，缆绳长度越均匀，越有利于缆绳张力的均匀分布；
试验采用的泊位长度在1.19L-1.07L范围内，泊位长度缩短，系缆力较大的倒缆有较小的增幅，系缆力较小的艏、艉缆力有相对较大的增幅，系缆力呈现更均匀的趋势。比较分析，可选取较短的泊位长度，但也不宜过短；
通过对不同泊位长度的缆绳长度、系泊船舶运动量及缆绳张力的综合分析比较，建议开敞式码头选择1.1倍设计船长作为泊位长度。
参考文献：
[1]吴澎，姜俊杰，张廷辉，汤建宏.开敞式蝶形码头墩位平面布置的优化研究[J].水运工程.2009（01）：120-127.
[2]汪舟红，邹英，韩国松.开敞式码头系泊缆绳的优化研究[J].水运工程.2012（02）：66-68.
关键词：开敞式；油气码头；泊位长度；优化
中图分类号：U656.1+32文献标识码：A文章编号：1006—7973（2016）02-0054-02
深圳LNG项目位于深圳大鹏湾东北岸迭福片区，已建深圳东部电厂重件码头的北侧。工程建设规模为一期300万t/a，二期规划扩建到400万t/a。码头水域主尺度按26.6万m3LNG船型设计，兼靠船型8.0～26.6万m3，26.6万m3设计船型主尺度见表1。
由于不同泊位长度对在泊船舶的运动量和缆绳受力影响较大，合理的泊位长度对于约束系泊船只的运动，减少系缆力并使之均匀分布有着重要的现实意义。本文通过水池物理模型试验，对26.6万m3LNG船在不同泊位长度系泊时，在风、浪、流等因素下对船舶运动量和缆绳张力进行比较分析，探讨开敞式码头长度的优化方案。
1物理模型试验
1.1试验设备仪器
本实验在实验室水池中进行，该水池长40m，宽24m，深度为1.2m。前端配备有推板式复合造波机，可根据需求对海面的规则波和不规则波进行模拟。尾部位置安装了架空斜坡碎石效能设备，起到降低波浪反射的作用。
波浪测量选择DS30系统，可同时对波面多点情况进行测量，相对误差控制在0.5%以内。运动量测量选择了双CCD光学船舶模型运动测量系统，通过非接触测量方式避免在测量过程中出现摩擦阻力以及质量阻力，可同步对船舶的纵移、回转、纵摇、横摇、横移以及升沉等进行测量。角度测量误差控制在5%以内，线位移误差控制在2%以内。缆绳拉力测量仪器可对0.5～25N间力进行测量，测量误差控制在2%以内。
1.2码头布置
试验原型根据深圳LNG项目配套码头工程进行布置。该模型为具有较为明显特征的开敞式蝶形码头，设置1个工作平台、6个系缆墩、4个靠船墩，其平面以及坐标系设定情况如图1所示：
1.3船舶模拟
根据试验规程要求，船舶试验模型比尺为1：60，模型船与原型船舶按比例缩小保持线性尺度相似。
2试验结果及分析
在本试验中，船舶长度L=345m，根据泊位长度试验考虑了4种不同的方案。其中，方案1泊位长度410m，为1.19L；方案2泊位长度390m，为1.13L；方案3泊位长度380m，为1.1L；方案4泊位长度370m，为1.07L。在泊位长度方案相同、而船舶布置方式存在差异时，船舶在实际运行中所产生的缆绳张力以及运动量也会存在一定的差异。为了考察船舶不同的带缆方式对系泊结果的影响，试验中采用4：4：2和3：2：3：2两种带缆方式进行比较。
2.1泊位长度对缆绳长度分布的影响
在上述4种泊位长度及2种带缆方式条件中，试验船舶缆绳长度如表2所示：
分析上表数据可知，泊位长度越短，船舶艏艉的缆绳长度也随之缩短。如表中数据所示：方案3相比方案1，其艏艉缆绳长度要短12-15m，方案4相比方案3，其艏艉缆绳长度要短6m左右。综合比较，方案4缆绳长度最为均匀，方案3次之，方案1均匀性最差（最长与最短缆绳长度比值为1.52～1.71）。当前的设计人员逐渐认识到倒缆的重要性，且普遍认为所用缆绳长度相差越小越理想。试验数据也表明，在适当范围内，泊位长度越短，缆绳长度分布越均匀，也越有利于缆绳张力的均匀分布。
2.2泊位长度对系泊船舶系缆力的影响
船舶处于压载状态，在0.5m/s流速、1.5m横浪、20m/s吹开风作用下，4种不同泊位长度系泊船舶所具有的系缆力最大值如表3所示：
分析上表数据可知，系缆力最大值出现在艉倒缆，极小值出现在艏缆。当泊位长度缩短时，倒缆张力有2%～5%的增幅，艏艉缆力有12%～20%的增幅，艏艉缆力增幅相对较大，但是系缆力也呈现更均匀的特点。4：4：2带缆方式下不同泊位长度各系缆力的最大值与最小值的比值分别为：1.87、1.61、1.63、1.64，3：2：3：2带缆方式下不同泊位长度各系缆力的最大值与最小值的比值分别为：2.13、1.98、1.77、1.72，表明随着泊位长度的缩短系缆力分布越均匀。最大的缆绳张力出现在艉倒缆，其次是艏倒缆，这两个系缆力随泊位长度缩短逐渐增加，因此泊位长度也不能过短。
3结论
从缆绳长度分布范围看来，试验采用的泊位长度在1.19L-1.07L范围内，泊位长度越短，缆绳长度越均匀，越有利于缆绳张力的均匀分布；
试验采用的泊位长度在1.19L-1.07L范围内，泊位长度缩短，系缆力较大的倒缆有较小的增幅，系缆力较小的艏、艉缆力有相对较大的增幅，系缆力呈现更均匀的趋势。比较分析，可选取较短的泊位长度，但也不宜过短；
通过对不同泊位长度的缆绳长度、系泊船舶运动量及缆绳张力的综合分析比较，建议开敞式码头选择1.1倍设计船长作为泊位长度。
参考文献：
[1]吴澎，姜俊杰，张廷辉，汤建宏.开敞式蝶形码头墩位平面布置的优化研究[J].水运工程.2009（01）：120-127.
[2]汪舟红，邹英，韩国松.开敞式码头系泊缆绳的优化研究[J].水运工程.2012（02）：66-68.