基于大型船舶操纵模拟器的洋口港LNG船舶靠离泊风险评估＊

刘轶华 肖英杰

（上海海事大学商船学院 上海 200135）

0 引 言

液化天然气（LNG）作为一种清洁能源，越来越受到世界各国的青睐.我国作为能源消耗大国，正在对国内能源消耗的结构进行调整，其中LNG能源就是重要的一环.江苏洋口港LNG项目就在此背景下产生的.LNG船舶事故统计资料表明，LNG船舶80%的风险存在于港内作业期间［1－4］.作为 LNG 港口、码头管理者和租船人，提供一个安全的港口是其应尽的责任和义务.因此在LNG项目可行性研究过程中，有必要对LNG船舶的港内作业进行风险分析和风险评估，以采取相应措施规避风险［5－7］.文中基于大型模拟器对Q－MAX型LNG船舶靠离洋口港LNG码头进行的风险分析，通过对该LNG船舶进行的靠离泊和应急撤离模拟演练，以确定该船型在港内的靠离泊作业操作方案和作业限制条件.

1 系统构建

为了评价船舶靠离泊的风险，在大型船舶操纵模拟器的系统中，需构建3个子系统：本船子系统、环境子系统和拖船子系统.整个系统的核心部分为本船子系统，即在满足试验精度前提下尽量使模拟船型更接近实船的操纵性能，实船的基本资料见表1.

表1 26.6万m3 LNG船 “MOZAH”船舶基本资料

对于靠离泊的船舶来说主要表现在船舶受外力作用时的船舶运动响应.在掌握翔实海试资料的基础上完成船舶建模，经过反复地测试，模拟船型各项性能指标均达到试验的要求后再进行模拟试验，实船操纵资料见图1～2.经过船型验证：所建立的模型船在船舶尺度、船舶操纵特性（时间和距离）等方面与所选实船基本一致，其中冲时上的小误差不影响船舶操纵性能预报的正确性.考虑到原型船性能参数反映的是实船试验时情况，而模型船则反映较为理想环境条件下的情况，二者存在较小的差异也是符合逻辑的.模型船还考虑了船舶的偏转效应、浅水等影响因素，因此其模拟结果在某种程度上较实船的参数更具有普遍性.模拟结果具有相当可信度.

图1 “MOZAH”压载回旋试验要素图

图2 “MOZAH”满载回旋试验要素图

图3 模拟试验的流程

环境子系统主要有风流浪等水文气象要素组成，根据试验的工况进行设置.

拖船子系统先按3 728kW（5 000HP）拖船4艘进行模拟试验，在确认为困难工况的情况下替换2艘5 000HP拖船为2艘4 474kW（6 000 HP）的拖船，逐渐缩小模拟试验范围，评价靠离泊风险，并在此基础上确定靠离泊的限制条件，规避恶劣工况下LNG船舶靠离泊作业风险.见图3.

2 试验及其举例

根据洋口港的自然条件，结合码头前沿和航道的实测流资料，码头布置见图4.一般情况下LNG船舶进港靠泊的难度大于离泊出港的难度，以下以Q－MAX型LNG进港靠泊为例进行模拟试验.离泊和应急撤离的模拟操纵过程类似.

图4 码头平面布置

大型LNG船舶实际靠泊作业过程中，一般采用3＋1的模式，即1艘拖船配置在船艉，用来降速，同时也可控制船艏的偏转，以应对主机失控带来的风险；3艘拖船用于船舶的左右舷进行助操，拖船的配置位置见图5.为此专程去深圳大鹏湾LNG基地调研考察，并对LNG船舶实际靠离泊操作进行实时跟踪，在此基础上使模拟试验操纵方式和方法尽量和实际相符合.对工况组合进行模拟，在初次模拟的基础上确定对船舶靠泊较为困难的工况进行再进行多次模拟，若还是比较困难，就替换2艘5 000HP拖船为2艘6 000 HP马力的拖船再进行模拟试验，如此循环进行，试验结果如表2.

图5 拖船助操配置示意图

从试验的结果可以发现：在4艘5 000HP拖船助操情况下，NE和SE风、涨潮流和落急流时，模拟靠泊作业有失败的存在，特别是在极限风流浪的影响较大时，船舶靠泊风险较大，在模拟靠泊过程中也有碰撞码头的例子.但4艘5 000HP拖船可满足其他常规工况Q－MAX型LNG船舶安全靠泊的要求，但是拖船的剩余拖船功率很小，不能满足稍恶劣工况时安全靠泊的要求，见图6.根据上述的模拟操纵结果，对存在有风险的工况运用2×5 000HP＋2×6 000HP拖船配置再进行靠泊模拟试验，从试验的结果来看，除在SE风涨潮3.0kn的情况下，船舶模拟靠泊作业中还存在较大的风险外，这样的配置可满足正常情况下Q－MAX型LNG船舶安全靠泊的要求，拖船功率有一定的富裕量见图7.

表2 在不同拖船配置助操情况下LNG船舶靠离泊试验工况和结果（波浪）

按照以上的模拟试验过程，分别进行离泊作业和应急撤离的模拟试验，在所有离泊或应急撤离的试验中，也存在SE风涨潮3.0kn时，船舶在掉头区的船舶航迹过分靠近回旋水域的边界.但是基本可满足其安全作业的需要.

图6 4艘拖船助操时拖船用车序列图

图7 4艘拖船助操时拖船用车序列图

3 风险分析和评价

从以上的模拟试验结果可以看出，从船舶操纵的角度来看，在4艘5 000HP拖船的协助下，LNG船舶在SE风6级且涨潮流3.0kn的条件下存在很高的风险、在S风6级且落潮流3.7kn时风险次之、在次就是SE风6级且涨潮流2.0kn时；在2艘5 000HP＋2艘6 000HP拖船的协助下，LNG船舶在SE风6级且涨潮流3.0kn的条件下存在很高的风险、在其他情况下的有限次试验中并鲜有失败的例子，但是在靠离码头的时间花费上还是比较的长，不利于LNG船舶靠离泊作业的风险控制.

Q－MAX型LNG船舶靠离洋口港的风险主要存在当风流作用力同向的时候，由于码头前沿水域的涨落潮基本是往复流，且均为吹开流，同时考虑到LNG船舶一般横向受风面积较大，因此在靠离泊过程中要充分认识到风，特别是风向对靠离泊过程中风险的影响.

在风速一定的前提下，当风的作用力和吹开流叠加增强后，对船舶靠离泊作业主要存在以下的影响：增加LNG船舶靠离泊的难度和增加船舶靠离泊作业的时间.由于LNG船舶靠离泊作业还涉及其他岸上部门的协作，过长的靠离泊过程本身就会增加系统的风险.因此应该将模拟试验中失败的工况作为靠离泊作业的限制条件的参考，确定船舶靠离泊作业的限制条件.

4 结束语

Q－MAX型LNG船舶靠离洋口港的在特定的条件下风险是存在的，4艘5 000HP拖船对于该船型来说略显不足，以2×5 000HP＋2×6 000 HP配置拖船时可以胜任绝大部分的工况，若经济上可行，适当增加拖船配置的总功率是有效减低风险的方法.另一方面，在不增加拖船配置总功率的情况下，也可借助试验确定的极限工况作为靠离泊限制条件，规避风险.当然模拟试验也存在局限性，如不能真实反映驾引人员的心理负担等，在实际的船舶操作应留有适当的余地.本文只是基于船舶操纵模拟器从航海的角度去评价LNG船舶的靠离泊风险，并建议靠离泊作业的限制条件和拖船配置.希望该项研究成果能够为洋口LNG码头未来安全运营提供参考.下一步的研究方向将是和船舶液货操作风险相结合，评价LNG船舶在港内作业的整体风险.

［1］祁超忠.LNG船舶港内作业前期研究及风险防范［J］.航海技术，2008（6）：2－5.

［2］黄 志，翁跃宗，熊振南.液化天然气专用码头系泊安全操作仿真研究［J］.航海技术，2006（4）：66－68.

［3］VANEMA E，PEDRO A，IVAN S，et al.Analysing the risk of LNG carrier operations［J］.Reliability Engineering and System Safety，2008（10）：1328 –1344.

［4］SIGTTO.Liquefied Natural Gas handling principle on ships and in terminals［R］.SIGTTO，3th，2000.

［5］LAO Chunhao，SHEN Hua，CHEN Zhiyong.The risk analysis of navigation safety for the LNG carrier in Shenzhen port［J］.Journal of Dalian Maritime University，2007（2）：55－58.

［6］SCHEIBACH K，NOBLE P，BROMAN C.The next generation of large LNG carriers［C］.Proceedings of the 9th International Marine Design Conference，2006：213－219.

［7］SOARES C G，TEIXEIRA A P.Risk assessment in maritime transportation［J］.Reliab EngSyst Saf，2001，74（3）：299－309.