离岸深水港码头泊稳条件关键技术研究

离岸深水港口建设关键技术研究课题之一

离岸深水港码头泊稳条件关键技术研究

报告简本

1. 引言

随着近岸深水岸线的逐步减少，以及船舶大型化的发展，码头建设日益向着条件更加恶劣的深水地区发展，大型船舶的系泊安全问题日益成为各方关注的焦点之一。本课题对码头泊稳条件开展了较为系统的研究，为今后建设大型离岸深水码头船舶系泊的安全性提供了保障。

1.1为我国今后大规模的港口建设提供技术保障

我国国民经济的持续高速发展，港口运输能力已不适应日益繁忙的国内外运输需要。沿海港口运输总能力缺口达5亿吨，与2015年需要相比，缺口约20亿吨以上。然而，我国港口布局不尽合理，缺少大型深水码头，港口建设需在原有基础上向深水发展，这就需要解决离岸大型高品质深水港口建设一系列重大技术问题。本课题紧密结合依托工程，对离岸深水港码头泊稳条件关键技术开展研究，并将成果推广应用到一般的离岸深水码头建设中，将为我国的港口建设提供有力的技术保障。

1.2提高系泊船舶安全性

随着近岸深水岸线的逐步减少，以及船舶大型化的发展，码头建设日益向着条件更加恶劣的深水地区发展，大型船舶的系泊安全问题日益成为关注的焦点之一。影响系泊船舶运动的因素较为复杂，已建成的若干开敞式码头曾有断缆发生，对码头的安全生产构成了严重的威胁。本课题对系泊船舶的运动响应开展系统研究，为今后建设大型离岸深水码头提高船舶系泊的安全性提供保障。

1.3提高资源利用率、建设节约型港口

码头前系泊船舶的泊稳条件直接决定了码头的年作业天数及其使用效率，因而影响码头的经济效益。本课题针对改善码头泊稳条件，提高码头的年作业天数，提高单个泊位的年通过能力开展研究，从而提高岸线资源的利用效率，为我国建设节

约型社会做出贡献。

1.4提高我国建港技术水平、促进我国建港技术进步和创新

本课题研究成果可在相关规范中应用，这对于提高我国港口工程建设的技术水平，节省工程建设投资具有十分重要的意义，将有力地促进我国建港建设技术进步和创新。

2. 国内外研究概况

2.1国内外码头作业标准研究概况

港内船舶泊稳条件是港口设计中的一个决定因素。但到目前为止,国内外港口工程设计规范对港内泊稳标准无统一规定。许多国家的港口工程技术规范针对不同的船舶吨级和不同船型或货种，给出码头前的允许波高值和风力作为泊稳条件，我国《港口工程技术规范》(1987) , 首次对1000 吨以上不同载重吨位, 不同货种的码头船舶装卸作业的允许波高和风力作出具体规定；日本《港口设施技术标准·解说》(1989 年修订)也以波高为标准，提出了临界波高标准；我国现行的《港口工程技术规范》也采用此标准。码头前可能进行装卸作业的允许波高值是各国学者十分关注的研究课题, 主要研究途径是模型试验, 现场观测及实地调查。尽管波高标准便于工程应用，但只能间接地、粗略地反映码头前船舶的泊稳条件，没有反映波浪周期、传播方向、系泊船的频率响应特性、码头结构型式、护舷特性等因素的影响。如毛利塔尼亚友谊港的断缆事故就是由于波高不大的长周期波引起的。

准确的泊稳标准应直接用船舶的六个运动分量的允许值来表示。国内外正在对上述问题进行研究，限于问题的复杂性，现有的研究成果也还是初步的。国际港口协会( IPA )、挪威、俄罗斯等国家分别对油轮、散货、杂货及集装箱船进行安全装卸作业时允许的最大船舶运动量给出了一些限制要求, 例如最大横摇角一般控制在3～ 4°以下。

2.2国内外系泊船舶运动响应研究概况

国外于七十年代中期开始利用数学模型预报码头系泊船舶在风浪流作用下的运动、系缆力及对护舷的作用力。荷兰海工研究所的奥特默森博士比较完整地提出了该方面的理论和方法，并进行了模型试验。日本港湾技术研究所上田茂等相继发表了多篇相关论文。国外开发的码头系泊船舶缆绳张力计算的程序主要有TermSim（荷

兰 MARIN），PcSmart（美国 Exxon Research and Engineering）， Optimoor（美国Tension Technology International: TTI），它们的共同特点是均只考虑缆绳静张力，而不考虑波浪的激励作用，因为一般港口波浪是不大的，系泊船舶受力主要来自水流和风。国内对于船舶系缆力的数值模拟研究相对较晚，始于20世纪80年代后期，如于洋等从静力学二维角度在不考虑缆绳拉伸变形时对缆绳张力进行了分析；向溢等采用了蒙特卡洛算法、混沌解法对码头系泊船舶缆绳张力进行了数值模拟，并与试验结果进行了对比，得到较好的一致性。波浪作用下系泊船舶对码头的撞击作用是码头结构的重要荷载之一。早在上世纪60年代开始，国外己经开始进行这方面的研究。国内在这方面的研究起步稍晚，到70年代初，国内学者开始对该问题进行了研究。至目前为止，对于波浪作用下系泊船舶对码头撞击作用的研究，己经取得了一些重要成果。纵观己有的研究，撞击能量的研究工作主要有理论分析法、经验分析法和数值计算法。S.Nagai.K.oda等通过理论分析得到撞击力的解析解；高明、李玉成等多位学者通过物理模型试验资料得到了各种撞击能量的计算公式；Herman、邹志利等发展了数值计算方法。

2.3国内外码头轴线、码头长度、系靠设施的优化布置研究概况

自上个世纪80年代开始，随着造船能力的提高以及贸易量的增加，超过20万吨级以上的外海开敞式码头的建设越来越多，外海开敞式码头由于没有掩护，建设位置的水流流速以及波浪条件都明显比有掩护港口不利。

由于外界环境荷载的加大以及船舶体积的增加，外海开敞式码头停靠的船舶受力较大，断缆以及由于船舶位移过大不能很好适应装卸工艺设备的事情时有发生。为了取得较好的系靠泊条件，保证船舶系靠安全、提高装卸效率，港口领域的科研设计人员针对如何降低船舶受力和减小船舶运动量来进行开敞式码头的布置以及船舶如何系缆布置开展了大量深入的研究，研究主要集中在风、浪、流作用下船舶的受力上，研究主要采用物理模型试验和数学模型计算两种手段。通常情况下，大型开敞式码头的设计过程中要进行船舶系泊物理模型水池试验以确定码头轴线方向和优化系缆墩的布置，近年来，随着计算机技术的发展，一些为优化设计和优化系缆布置的系泊计算软件也日益发展。国际上开发船舶海洋工程软件的公司主要有荷兰的MARINE及Alkyon等。目前已有的船舶及海洋工程分析计算软件有Termsim, Ship-mooring, Optimoor等。为了寻求最优的设计方案，设计人员利用物理模型试