基于Optimoor软件的30万吨级油码头泊位长度比选分析

吴周翔 栗珂

摘 要：对比船舶系泊物理模型試验得到的系缆力的值与Optimoor模拟得到的系缆力的值，其结果表明船舶靠泊系缆状态下的系缆力的值能被数模软件Optimoor较准确地计算出。通过不利风、浪、流等自然条件计算得到的船只系缆状态，比选出较优的码头泊位长度。

关键词：系泊;油码头;泊位长度;Optimoor

1 概述

随着国内经济的高速发展，我国对于石油的需求亦日趋旺盛，这些原油绝大多数通过成本相对低廉的海上运输进入国内，由此，需要有与之匹配的装卸油码头。同时国内码头逐渐向大型化、专业化方向发展，越来越多的30万吨级油码头进入设计、建设阶段。

大型油码头往往需要超过22 m的码头前沿水深，同时对码头平面区域需求少，因此，为减少投资造价以及减少水域浚深对水域环境的造成的危害，其具有两个特点：（1）建设地点选择相对远离海岸、自然水深较深的开敞式、无掩护海域;（2）码头平面布置多采用“蝶形”，工作平台、靠船墩、系缆墩等经过引桥相连，装卸平台上面的输油臂通过管道与陆域罐区连接。因此，需要优化泊位长度等平面布置因素，减少开敞式水域复杂多变的风、浪、流等对码头墩台结构受力的影响，降低墩台结构所受的船舶系缆力、撞击力，同时控制船只的横移、纵移、横摇、纵倾、升沉和回旋等满足规范和使用要求。

笔者以粤东某30万吨级油码头设计为例，参照30万吨级油船的实船资料，通过Optimoor系泊系统分析软件模拟极端工况下船舶的系缆状况，同时以船舶系泊实验的系缆数据对Optimoor软件的可靠性进行验证，从而对码头的泊位长度进行比选。

2 Optimoor软件介绍

Optimoor是美国Tension Technology International 公司研制的船舶系缆计算软件。Optimoor软件应用范围为初步确定装卸环境标准、系泊环境标准、最优系泊方式、最大船舶荷载。该软件静力模块是通过静力计算来考虑外荷载。通过运用OCIMF协会的公式、输入实际的风、浪、流的值来模拟船舶收到的风、水等荷载。波浪荷载是通过波高和风荷载叠加计算出来。在结构受到拖轮荷载、冰荷载、或其他船舶荷载对结构产生作用力时，需要手动计算这些外力和力矩，然后输入上述参数到软件中，得到数值。在计算波浪作用下的船舶运动时，Optimoor采用了频域分析的方法，给出波浪作用下不同船型 6 个运动分量的振幅响应因子[1]。系缆力、挤靠力、快速脱缆钩收到的力的数值等都可通过该软件计算得到，能得到各个缆绳在最不利情况下受到的内力，对于港口工程结构计算中这类软件是很实用的。

3 项目概况及设计条件

建设规模：兼靠5万吨级～30万吨级油船的码头一座;防波堤工程1座。

设计条件如下：

设计高水位，1.87 m;设计低水位，0.30 m;逃逸风速，22.6 m/s;流，0.4 m/s;缆绳材料，44 mm钢缆，破断力1 070 kN;11 m尼龙尾缆（Φ96 mm），破断力1 290 kN;系缆方式，4 222。

4 数值模拟结果与物理模型结果的比对

通过软件Optimoor建模，用其中一个具有代表性的风、浪、流条件进行计算，通过表1相同工况下船舶系泊物理模型实验各缆绳系缆力值和数值模拟系缆力值的比对可知，Optimoor计算结果和系泊物理模型试验结果，两者总体相符，其结果表明船舶靠泊系缆状态下的系缆力的值能被数模软件 Optimoor较准确地计算出，Optimoor得到的系缆力值整体上偏小，说明该软件的计算结果较系泊物理模型试验结果保守，该软件可以用来模拟外部环境条件不利情况下船舶的靠泊、系缆情况。

5 码头泊位长度比选

在英国BS、美国UFC（美国国防部三军基础设施统一标准）以及OCIMF（石油公司国际海事论坛）《系泊设施指南》中，蝶型码头泊位长度建议为1.1～1.2倍的设计船长[2]。根据《海港总体设计规范》（JTS 165-2013），单个蝶型布置泊位长度按下列计算公式进行计算。

Lb=（1.1-1.3）L

式中：Lb——泊位长度（m）;

L——设计船长（m）。

Lb=（1.1-1.3）×334=（367.4～434.2）m

该工程为30万吨级原油码头，同时考虑到靠泊船型的向下兼容性，泊位长度初步拟定为410 m和385 m，运用Optimoor，不利工况下410 m泊位长度和385 m泊位长度的系缆力计算结果见表2～表3。

通过对各工况组次，通过对比各典型的风、浪、流情况下Optimoor计算出来的船舶系缆力的值，可以得到如下结论：

（1）泊位长度为410 m时系缆力值的最大值总体上小于385 m泊位长度时的系缆力值的最大值，泊位长度为410 m时系缆力的值的分布较385 m泊位长度时均匀，泊位长度取值为410 m。

（2）泊位长度过大或过小时，船的最大系缆力强度比均将显著提高。

（3）根据《系泊设备指南》，缆绳的最大系缆力强度比不应超过55%。数值模拟结果均满足，能在上述工况下达到安全泊稳条件。

6 结论

本文采用Optimoor软件进行系缆力数值模拟计算，将船舶系泊物理模型试验的系缆力数据与Optimoor软件的计算成果对比，结果证明数模软件 Optimoor 能较好地模拟船舶在靠泊系缆过程中缆绳的受力状态。采用该软件计算码头在不利的风、浪、流条件下船舶各系缆力的分布情况，并比选出较优的码头泊位长度为410 m，数值模拟结果均满足《系泊设备指南》要求，可以用于工程实践之中。

参考文献：

[1]吴澎，姜俊杰，张廷辉，等.开敞式蝶形码头墩位平面布置的优化研究[J].水运工程，2009（1）：175-182.

[2]于亮，安翔，杨静思.Optimoor在开敞式油码头平面优化设计中的应用研究[J].中国水运，2017，17（3）：163-164+167.

[3]汤建宏，韩巍巍.基于Optimoor的30万吨级油码头泊稳系缆力计算[J].水运工程，2015（6）：42-45.