马迹山港区双泊位超大型船舶组合靠泊方案
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作者:郝庆龙，忻永恩，张杰
【摘 要】 为提高马迹山港区卸船泊位的有效利用率，采用理论分析与数值仿真计算相结合的方法，分析马迹山港区1号卸船泊位、2号卸船泊位20万～35万吨级超大型矿石船组合靠泊模式的特点，总结得到20万～35万吨级船舶组合靠泊方案，并给出不同船型组合靠泊的临界控制条件，为马迹山港区超大型船舶的系泊安全提供技术支持。
【关键词】 马迹山港区;超大型船舶;组合靠泊;卸船泊位
0 引 言
马迹山港是宝山钢铁股份有限公司投资兴建的深水中转港，是我国近海最大的海岛型开敞式港口。作为宝钢钢铁股份有限公司进口矿石原料的中转站，马迹山港区为保障公司生产的稳定和降低进口铁矿石的运输成本发挥着重要作用。为适应船舶大型化发展，公司对马迹山港区码头进行了升级改造，双泊位总长度达到规范要求。但是，超大型船舶缆绳数量多，受泊位系船柱数量和码头管理经验等诸多因素的影响，双泊位难以供2艘最大设计船型船舶同时靠泊。单泊位运行方式限制了双泊位运行模式的正常运行，大大降低了马迹山港区卸船泊位的有效利用率，增加了船舶高昂的滞期费。
针对以上问题，笔者对马迹山港区1号卸船泊位与2号卸船泊位双泊位不同船型船舶组合靠泊模式进行研究，运用OPTIMOOR系泊力分析软件计算并确定20万～35万吨级不同船型船舶的组合系泊方案及其安全控制条件。本研究对于确保马迹山港区卸船泊位的船舶系泊安全，形成科学的、常态化的大型船舶组合靠泊作业方案，提高码头运行和生产效率，具有重要意义。
1 泊位概况
马迹山港区1号卸船泊位和2号卸船泊位原建设规模分别为1个25万吨级矿石船泊位和1个30万吨级矿石船泊位。经对码头的升级改造，1号卸船泊位靠泊等级提高至30万吨级，2号卸船泊位靠泊等级提高至35万吨级。
1号卸船泊位总长456 m、宽37 m，整体采用高桩梁板式结构;2号卸船泊位位于1号卸船泊位东侧延伸段，泊位总长431 m，包括码头平台和东侧1个系缆墩平台。两泊位平面布置见图1。两泊位主要设计尺度和配备的系靠船设施见表1，其中，1号卸船泊位最东端设有3组 kN 2双柱系船柱，其他系船柱均为单柱。
2 双泊位靠泊船舶船型概况
2.1 船型尺度
根据马迹山港区卸船码头建设批复等级，1号卸船泊位靠泊等级为30万吨级，主要靠泊20万～30万吨级超大型矿石船;2号卸船泊位靠泊等级为35万吨级，主要靠泊20万～35万吨级超大型矿石船。1号卸船泊位和2号卸船泊位的靠泊船舶船型尺度见表2。
2.2 系泊缆绳配备
马迹山港区卸船码头主要靠泊船型船舶缆绳配备情况见表3。
为保证船舶系泊安全，当超大型船舶系靠卸船泊位时，码头方需为其增加系泊绞车及系泊缆绳，1号卸船泊位配备系泊绞车6台，2号卸船泊位配备系泊绞车8台。系泊绞车配套缆绳均为直径96 mm的丙纶长丝缆绳，最小破断力均为 kN。根据码头现场操作经验总结的不同等级的超大型船舶系泊型式见表4。
3 理论分析
根据1号卸船泊位和2号卸船泊位的泊位长度及配备的系船设施分布，2号卸船泊位的系船柱和绞缆机数量不能完全M足超大型船舶的带缆数量（根据码头操作经验，当系泊缆绳数量较多时，通常考虑适当增加系泊长度，尽量避免3根以上缆绳同时系到同一系船柱）。
受2号卸船泊位长度的限制，当采用双泊位不同船型组合靠泊模式时，可根据码头系船柱的分布情况，通过增加2号卸船泊位系泊船的系泊缆绳长度来借助1号卸船泊位的部分系船柱。考虑到1号卸船泊位东侧设置有A、B、C 3组双柱系船柱，3组双柱系船柱中每组的东侧单柱可用于2号卸船泊位的船舶系泊;西侧单柱可用于1号卸船泊位的船舶系泊（见图2）。双泊位不同船型组合靠泊双柱系船柱带缆型式见图3。
在双泊位不同船型船舶组合靠泊情况下，根据船舶所需要的系船柱数量，得到不同船型船舶组合条件下的双柱系船柱方案（见表5）。
根据表5，采用A、B、C 3组双柱系船柱方案既能保证1号卸船泊位的系泊长度，也可以有效解决2号卸船泊位系船柱数量不足的问题。在不同船型船舶组合靠泊模式下，A、B、C等3组双柱系船柱的常态化方案见表6。
根据表6可知，一旦采取的措施不当，30万吨级+ 25万吨级、25万吨级+ 30万吨级、30万吨级+ 30万吨级、25万吨级+ 35万吨级、30万吨级+ 35万吨级等不同船型船舶组合靠泊模式的5组双柱系船柱方案会出现中间段缆绳交叉现象。由于缆绳交叉可能导致缆绳间相互接触产生摩擦，不利于系泊安全;因此，在制订不同船型船舶组合靠泊方案时，可通过合理控制船舶靠泊时的吃水，以防止缆绳的接触摩擦。
4 数值仿真计算
4.1 数值仿真方案设计
数值仿真计算采用OPTIMOOR系泊力计算软件进行。该软件通过构建数值仿真模型，输入仿真条件以计算仿真结果。根据码头区域的气象水文统计资料，考虑到风、流、浪的联合作用，不同船型船舶组合靠泊的数值仿真计算方案按较不利的环境状态进行设置，其中：风向和风速按照马迹山港区常、强（次常、强）风向8级风考虑（风速取37 kn）;流向和流速分别选取大潮涨、落潮的急流时刻设置，波浪主要考虑1.2～1.6 m的有效波高。另外，在仿真计算时，对不同船舶的载态（半载、重载）也予以了考虑。
4.2 数值仿真结果
根据系泊仿真计算方案，仿真计算共进行56次，成功55次（包括具有一定风险但风险可控的仿真计算1次），失败1次。
就数值仿真计算结果而言，马迹山港区卸船码头系泊安全的关键性控制因素为潮流流速，尤其是在大潮汛情况下，2号卸船泊位东侧涨潮流压较大角度的开流，且流速较大，对2号卸船泊位大型船舶的系泊安全产生较大影响;尽管1号卸船泊位在大潮汛落潮时也压较大角度的开流，但流速不大，潮流对船舶系泊的安全影响可控。在风和波浪方面，由于卸船码头设计合理、系泊设施充足，且根据多年观测成果，在8级风条件下的有效波高极少出现超过1.2 m的情况，因而风和涌浪对船舶安全系泊的影响不大。值得注意的是，仿真计算中所有的风险均出现在重载条件下的系泊船舶，也从另一个方面反映了流速对卸船码头系泊船舶有着主导性影响。
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30万吨级船舶和35万吨级船舶在重载、大潮汛涨急流、吹开风条件下系泊2号卸船泊位时均存在一定程度的系泊风险，35万吨级船舶必须采取适当而有效的安全系泊措施，30万吨级船舶系泊也具有一定风险，但风险可控。
大功率拖船在急流时段顶推作业，是确保超大型船舶系泊安全的有效措施。 马迹山港区2号卸船泊位的靠泊实践经验是：当大潮汛到来时，30万吨级以上重载船舶需配备至少2艘拖船在其舷侧值守（图4），且拖船在偏开流形成后应进行辅助顶推作业，以确保大型船舶的系泊作业安全。对30万吨级船舶和35万吨级船舶在重载、大潮汛涨急流、吹开风条件下系泊2号卸船泊位时使用拖船顶推的数值仿真进行补充计算，计算结果为“成功”。补充计算证明，在拖船（2艘大功率拖船或3艘小功率拖船）协助下，30万～35万吨级船舶在重载、大潮汛涨急流、吹开风条件（8级风及以下）下均可安全系泊2号卸船泊位。
5 实际应用
5.1 双泊位不同船型船舶组合靠泊方案
根据马迹山港区1号卸船泊位和2号卸船泊位系泊船型的系泊条件和仿真计算结果判断，除在大潮汛涨急流期间30万～35万吨级重载船舶系泊2号卸船泊位有一定风险外，其他情况下船舶按推荐的系泊方案均可以较好地保障其在码头靠泊期间的系泊安全。尽管30万～35万吨级重载船舶可通过拖船协助的方式满足大潮汛条件下的系泊安全要求，但考虑到组合靠泊经验不足，建议近期仅考虑在中、小潮汛条件下2号卸船泊位安排2艘拖船全程值守保驾，1号卸船泊位安排2艘拖船值守保驾船舶至半载状态。
为避免缆绳接触摩擦，不得安排两艘重载船舶在同一落水过程中靠泊，在先靠泊船舶卸载达到半载吃水后，再考虑安排下一艘船舶在落水时刻靠泊。具体方案如下：（1）20万吨级+ 20万吨级、20万吨级+ 25万吨级、20万吨级+ 30万吨级、20万吨级+ 35万吨级、25万吨级+ 25万吨级，定义为组合靠泊的“推荐模式”;（2）25万吨级+ 30万吨级、30万吨级+ 30万吨级、25万吨级+ 35万吨级、30万吨级（重载）+ 35f吨级（半载），定义为组合靠泊的“常规模式”，该模式因中间段可能产生交叉带缆情况，应采取适当措施避免缆绳之间接触摩擦;（3）30万吨级（半载）+ 35万吨级（重载）的组合靠泊模式，由于在大潮汛条件下存在未知风险，因而定义为“极限模式”，在大潮汛条件下不考虑组合靠泊。
马迹山港区1号卸船泊位与2号卸船泊位20万～35万吨级船舶组合靠泊方案见表7。
5.2 不同靠泊模式的临界控制条件
（1）推荐模式与常规模式的临界控制条件
港区气象预报偏南风、东北风风力6～7级，阵风8级;或偏东风、东南风风力6级，阵风7级;波浪高h≤1.5 m，并无继续增强趋势。
港区气象预报北风、西北风7级，阵风8～9级，有下降趋势，波浪高h≤1.5 m。
（2）极限模式的临界控制条件
港区气象预报偏南风、东北风风力5～6级，阵风7级;或偏东风、东南风风力6级;波浪高h≤1.2 m，并无继续增强趋势。
港区气象预报北风、西北风6级，阵风7～8级，有下降趋势，波浪高h≤1.2 m。
大潮汛期间不安排极限模式组合靠泊。
6 结 语
从总体上看，马迹山港区卸船码头工程设计合理，在常规气象水文条件下不存在较大的系泊安全隐患。对20万～35万吨级大型船舶系泊安全造成影响的关键因素为潮流流速，尤其是在大潮汛涨急流时段35万吨级重载船舶系泊2号卸船泊位存在较大的风险。
在船舶靠泊前，应及时接收必要的专业气象预报或气象预警信息，按照推荐的系泊方案编制系泊计划，并在气象和水文条件持续变差前合理强化系泊型式方案，保证船舶安全。当码头方或船方对当前稳泊状况有任何疑虑时，应立即根据现有的系泊方案和风浪等级进行系泊风险评估，同时对系泊方案进行合理的强化（包括但不限于增加缆绳数量、加强人员值班、申请拖船值守等），必要时果断离泊。
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