基于移动安全区的LNG船舶对航道通过能力的影响研究

陈德军 ， 陈耀 ，牟军敏 ， 李梦霞， 范存龙 ， 龚帅

（1.武汉理工大学信息学院，湖北 武汉 430070；2.武汉理工大学航运学院，湖北 武汉 430063）

LNG作为一种新型、清洁的能源，具有高风险、需求量大等特点。而LNG的运输常常受限于航道布局。同时LNG船进出港口航道时会受到港区能见度、通航环境、交通流以及船舶尺度等因素的影响。为了确保LNG运输绝对安全，许多规范明文要求LNG船在通航时必须保证其具有一定的移动安全区范围，《液化天然气码头设计规范》（JTS 16 5-5-2016）中规定：“当液化天然气船舶进出海港航道航行时，应设置移动安全区，具体尺寸应通过专题论证”[1]，因此许多港口规定LNG船通过港口时以单向通过的通航方式通过。赵仓龙、王超敏对LNG船舶前后设置移动安全区、采取单向通过通航方式进行建模分析LNG船进出港对航道通过能力的影响[2-6]；高剑桥、刘敬贤应用M/M/c和M/D/c排队论模型将排队论理论引入对航道通过能力的决策,利用排队论的动态计算特点实现对受限航道饱和度的动态计算[7-8]。综上所述赵仓龙、高剑桥等人在LNG船舶进出港对航道通航能力影响的研究中，LNG船舶移动安全区的取值是单一的，没有考虑在不同取值的移动安全区下，LNG船舶进出港对航道通过能力的影响。

本文以浙江省乐清湾大麦屿港区为对象，对LNG船移动安全区建模，得到不同取值的移动安全区，基于不同取值的安全区建模分析LNG船以独占式通航方式通过对港口航道通过能力的影响。

1 LNG船进出港对航路通过能力的影响因素与分析

1.1 LNG船移动安全区建模

对于不同的船舶来说，移动安全区的形状和尺度都不一样，其大小随着船舶航速、船舶尺度、交通密度以及通航环境等因素的变化而变化[9-12]。对LNG船舶移动安全区建模可假定船舶以某一固定航速保向航行，航行前方遇紧急情况，船舶需紧急制动或绕开危险物避险，假设船舶紧急制动至停下来的距离为L，船舶左满舵或右满舵减速避开危险的横向移动距离为B，L与B满足：

式中：L与B分别为LNG船舶移动安全区前后、左右取值；K为常数，L0与B0分别为LNG船长与船宽，t1为驾驶人员反应时间（常人的反应时间为0.75s左右，t1可忽略不计），VLNG为船舶航速。随着港区能见度、水文、交通密度、船舶尺度以及船舶操纵性等影响因素的变化K1可取150-300；K2可取3-5，K3可取60-120，K4可取1-3，本研究中Zsaf=2L。

1.2 LNG进出港对航道通过能力的影响建模

LNG船独占式通过是指LNG船单向通过通航方式为双向通航的航道。在这种通航方式下，LNG船进出港航行时对LNG船同向（指航道交通流方向与 LNG 船进出港方向一致）和逆向（指航道交通流方向与LNG 船进出港方向相反）通过能力的影响是不同的。LNG船每个航次对某一双向通航航道与LNG船同向和逆向日通过能力的影响率分别记为

2 .案例研究

2.1 LNG船进出港对航道通过能力的影响率计算

各分航段的影响率计算：

在LNG进出港航线中，对其他船舶有影响的航段分为AB段、BC段以及CD段，分析LNG船在各分航段航行时对他船的影响率，根据表中关于LNG船进出港时所经航道的基本参数，利用LNG船进出港对航路通过能力的影响程度模型进行计算分析。

各分段参数取值如下：

2. 2 计算结果分析及讨论

由式①和式②可知：LNG船独占式通过时对航路通过能力的影响主要与船舶航速和船舶的安全区大小有关。其中，AB段日通过能力下降至3.5%-5.6%， BC航路日通过能力下降至2.4%-5.1%,CD航路日通过能力下降至3.6%-6.6%。随着移动安全区取值的增大，LNG船进出港口对航路的通过能力影响率随之增大；随着LNG船舶航速的增大，LNG船进出港口对航路的通过能力影响率随之减小。LNG船航行由于设置移动安全区，都会对所经航道的船舶通过量产生一定的影响，需要采取交通管制。

3 结语

LNG作为一种清洁能源，需求量大。由于LNG运输的高风险性，LNG船进出港口航道时需设置移动安全区，国际上许多港口规定LNG船通过港口航道时应以单向通过的通航方式通过。以单向通过的通航方式通过给港区航道的通航能力造成了很大的影响。本文以某海湾港区为对象，综合考虑移动安全区的影响因素对LNG船舶移动安全区进行建模，得到不同取值的移动安全区。建模分析在不同移动安全区下，LNG船舶进出港对航道通过能力影响。研究表明：LNG船通过港口时，该船对港口通过能力的影响与移动安全区取值成正比、与LNG船舶航速成反比。本文可为船舶港口航道设计、水上交通安全管理等工作提供有益的参考。