蝶形码头靠船墩数量优化分析

陈海燕，彭志豪

蝶形码头靠船墩数量优化分析

陈海燕，彭志豪

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州510230）

通过工程实例，对开敞式碟形码头设置2个、4个靠船墩方案，从平面布置、使用功能、结构方案以及造价分析，选出最优设计方案。结果表明，2个靠船墩方案能够满足工程设计中不同船型靠泊要求和船舶系缆缆绳布置的使用要求，而且设置2个靠船墩方案比4个靠船墩方案造价更低。

碟形码头；优化方案；靠船墩；造价分析

常规开敞式码头一般碟形布置1个工作平台、4个靠船墩、6个（或4个）系缆墩，本文分析两种不同方案靠船墩受到船舶荷载的特点，布置4个靠船墩时船舶撞击力大于挤靠力，船舶撞击力为控制工况；布置2个靠船墩时，船舶挤靠力大于撞击力，即由风和流作用产生的挤靠力为控制工况。根据靠船墩受到船舶荷载的不同，设计不同靠船墩结构，通过造价对比分析选出最优方案。

1　某LNG概况

码头位于巴基斯坦卡西姆港区，码头前沿底标高-14m，工作平台、靠船墩设计顶标高为+8.3 m，系缆墩设计顶标高为+6.6 m。采用FSRU和LNG双船并靠模式，码头最大FSRU设计船型为17.34×104m3，最小为13.8×104m3，最大LNG设计船型为26.6×104m3，最小为12.5×104m3，设计船型参数见表1和表2。

表2　LNG设计船型Table 2 Design vessels LNG

2　平面布置及使用功能分析

2.1船舶靠泊要求

项目施工图平面布置有1个工作平台、2个靠船墩、4个系缆墩，由于FSRU长期停靠的特点，业主要求设计考虑靠船墩上1个护舷损坏情况，码头仍能够正常工作，所以每个靠船墩设置2套护舷，内侧2个护舷中心距为86 m，外侧2个护舷中心距为100 m，根据国际航运协会OCIMF[1]要求靠船墩间距宜为25%~40%总船长，根据FSRU船型资料可以看出护舷最小间距需大于69.25 m，最大间距需小于118m，所以优化靠船墩数量后的方案能够满足不同船型船舶靠泊要求，码头平面布置见图1。

按照常规布置4个靠船墩的平面方案见图2，最外侧2个靠船墩护舷中心距为125m，最里侧2个护舷中心距为85m。

图1　码头布置2个靠船墩平面图Fig.1 Terminal layout with 2 breasting dolphins

图2　码头布置4个靠船墩平面图Fig.2 Terminal layout with 4 breasting dolphins

2.2船舶系缆缆绳布置要求

根据资料FSRU船的缆绳数量为18根，如果按照传统的方式布置4个靠船墩，每个靠船墩上设置1套快速脱缆钩，船舶的系缆缆绳布置和普通码头一样，这里不再分析。本工程由于只设置了2个靠船墩，系缆缆绳的布置及受力需要将不同于普通码头，具体缆绳布置见图3。

通过软件optimoor分析各缆绳受力，结果见表3。

图3　船舶系缆缆绳布置图Fig.3 Layout of mooring lines

表3　各缆绳拉力计算结果Table3 Calculated resultsofmooring line's tension force

根据OCIMF[1]要求缆绳的最大拉力须小于缆绳破断力（MBL）的55%，本项目缆绳的破断力为668 kN，从表3可以看出最大缆绳拉力为658 kN< 668 kN，所以优化后的平面及缆绳布置满足使用要求。

3　靠船墩结构受力

3.1船舶撞击能

船舶撞击能只考虑1个护舷吸收，对于布置2个护舷的靠船墩，考虑到2个护舷均可能发生变形，所以加载在结构上反力应为2个护舷反力之和。如果布置4个靠船墩则每个靠船墩只设置1套护舷，作用在靠船墩上的荷载只有1个护舷的反作用力。船舶撞击力的计算根据英标BS6346-4：2014[2]计算，船舶撞击能与靠船墩的数量无关，计算公式如下：

靠泊速度取0.12 m/s，异常靠泊系数取2.0，计算结果表明17.34万m3FSRU船撞击能最大为1 958 kJ，根据撞击能选用护舷SCK2000 E2.0，护舷吸能为1 994 kJ，最大反力为2 268 kN，对于布置2个靠船墩方案，每个靠船墩设计了2套护舷，所以护舷反力应乘以2。

3.2船舶挤靠力的计算

船舶挤靠力是船停靠在码头前沿，在风和流的作用下船舶运动挤压护舷产生的力，所以与船舶接触的护舷受力比较均匀，本项目2个靠船墩（每个靠船墩2套护舷），在考虑其中2个护舷损坏的情况下，每个护舷应吸收1/2的船舶挤靠力，船舶挤靠力计算根据OCIMF[1]，计算公式如下：风产生的挤靠力：FW=0.5×ρair×V2W×CW×A流产生的挤靠力：FC=0.5×ρwater×V2C×CYC×A式中：A为相应情况下风和流作用在船上的面积。本实例由于为双船并靠模式，面积为2艘船受风、流作用方向面积的叠加，但是项目设置了当风速大于20 m/s时，LNGC应该撤离避风，所以最终计算控制工况为单艘FSRU船停靠时，风速达到30m/s的挤靠力，计算结果为FW=4 998 kN，FC= 414 kN，所以总的挤靠力为F=FW+FC=5 412 kN，作用在单个护舷的最大挤靠力为F/2=2 977 kN。

如果按照普通项目设计4个靠船墩，则4套护舷共同吸收船舶的挤靠力，作用在每个护舷的最大挤靠力为F/4=1 353 kN，但是船舶撞击能仍只能考虑1套护舷吸收，所以布置4个靠船墩时船舶撞击力大于挤靠力，船舶撞击力为控制工况。

3.3护舷选型

由以上计算，设置2个靠船墩时，船舶挤靠力大于船舶撞击能反力，所以最终根据挤靠力选取SCK2500 E1.4护舷，护舷的吸能为3 425 kJ，反力为3 120 kN>2 977 kN，既能满足撞击反力又能满足挤靠力的要求。

4　结构方案

4.1靠船墩数量布置4个

靠船墩数量为4个时，每个靠船墩布置1套SCK2500 E1.4橡胶护舷，单个靠船墩平面尺寸为10 m×12m，靠船墩受到荷载为单个护舷的反力3120 kN，经计算单个靠船墩需要12根直径为1 250 mm、壁厚20 mm的钢管桩做基础[3]，结构断面如图4。

图4　布置4个靠船墩时断面图Fig.4 Section ofbreasting dolphin with 4 breasting dolphins

4.2靠船墩数量布置2个

靠船墩数量为2个时，每个靠船墩布置2套SCK2500 E1.4橡胶护舷，单个靠船墩平面尺寸为16 m×18 m，靠船墩受到荷载为2个护舷的反力6 240 kN，单个靠船墩需要18根直径1 250 mm、壁厚20mm的钢管桩做基础[3]，结构断面如图5。

图5　布置2个靠船墩时断面图Fig.5 Section of breasting dolphin with 2 breasting dolphins

5　工程量及造价对比

本文仅对项目靠船墩的工程量进行比较，2个靠船墩的方案受到船舶荷载大于4个靠船墩的方案，所以2个靠船墩的方案单个靠船墩桩数多于4个靠船墩时的单个靠船墩桩数，但总桩数少。其中2个靠船墩方案与4个靠船墩方案主要工程量及价格如表4[4]（本文仅列出不同部分）。

表4　主要工程量及估价Table 4 Main quantitiesand costvaluation

从表4可以看出，2个靠船墩方案为260万美元，而4个靠船墩方案为305万美元，所以本项目布置2个靠船墩平面方案比布置4个靠船墩平面方案更省，所以最终选择2个靠船墩的方案作为本项目的实施方案。

6　结语

本文通过实例论证了部分项目通过减少靠船墩数量可以降低项目造价，其中2个靠船墩的优化方案适用于最小设计船型和最大设计船型相差不大的情况，即减少靠船墩数量后靠船墩之间的距离仍能够满足不同船型靠泊要求以及船舶缆绳布置要求，并且在其减少靠船墩数量的同时应充分考虑靠船墩上船舶荷载的作用特点，例如船舶挤靠力代替撞击力成为控制工况，根据受力不同设计靠船墩结构。本文靠船墩数量的优化方法和思路可以为类似工程设计提供参考。

[1]Oil Companies International Marine Forun.Mooring Equipment Guidelines[M].3rd ed.United Kingdom:Witherby Seamanship International,2008:26-27.

[2]BS 6349—4,Marine structures-part4:Code of practice for design of fendering andmooring systems[S].

[3]SY/T 10030—2004，海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法工作应力设计法[S]. SY/T 10030—2004,Recommended practice for planning designing and constructing fixed offshore platforms:working stressdesign [S].

[4]交通部.沿海港口建设工程概算预算编制规定及配套定额：交水发[2004]247号[A]. Ministry of Communications.Regulation of coastal port construction project budget and corresponding rates:Ministry of Communications[2004]No.247[A].

Optimal analysis for the number of butterfly terminal breasting dolphins

CHEN Hai-yan,PENG Zhi-hao
（CCCC-FHDIEngineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510230,China）

Through engineering examples,we set two and four dolphins schemes for the open type butterfly terminal,and selected the optimal design scheme from the layout,function,structure design and cost analysis.The results show that the scheme of two breasting dolphins can satisfy the berthing requirements of different design vessels,and the requirements of mooring line layout,and the project cost is less than the scheme of four dolphins.

butterfly terminal;optimization scheme；breasting dolphins;costanalysis

U653.2

A

2095-7874（2016）04-0030-04

10.7640/zggw js201604008

2015-10-22

2015-12-15

陈海燕（1984—），女，湖南涟源人，硕士，工程师，海岸及近海岸工程专业，目前从事港口工程概预算工作。E-mail：chenhy@fhdigz.com