0 引　言

为了提高码头的利用率和满足造船的需要，可以在码头采用双船并排系泊的方式。本文以某船厂的17万吨散货船为研究对象，对其进行码头双船并排系泊系统的设计，分析码头以及周围环境参数，进行相关水动力分析计算，提出系泊方案。通过结合各个因素最优值，最终提出码头双船并排系泊常规方案。在寻找最为合理的系泊方案计算中，总结了一系列适用于码头双船并排系泊并且能对抗台风的系泊规律，为实际工程提供参考。

1 系泊动态分析理论

进行系泊系统动力计算的方法主要有连续介质法和集中质量法。本文采用连续介质法进行动力分析。离散有限元模型动力平衡方程^[72]：

$ {R^I}(r,\ddot r,t) + {R^D}(r,\dot r,t) + {R^S}(r,t) = {R^E}(r,\dot r,t){\text{。}} $

其中： ${R^I}(r,\ddot r,t)$ 为惯性力矢量； ${R^D}(r,\dot r,t)$ 为阻尼力矢量； ${R^S}(r,t)$ 为内部结构力矢量； ${R^E}(r,\dot r,t)$ 为外力矢量； $r$ ， $\dot r$ ， $\ddot r$ 分别为结构位移、速度、加速度。外力主要有重力、浮力、系泊缆所受的水动力、和平台位移相关的力、以及特定集中力。

惯性矢量表示为：

$ {{ R}^I}(r,\ddot r,t) = { M}(r)\ddot r = [{{ M}^S} + {{ M}^F} + {{ M}^H}(r)]\ddot r{\text{，}} $

其中： ${ M}$ 是系统质量矩阵，包含结构质量矩阵 ${{ M}^S}$ ，内部流体质量矩阵 ${{ M}^F}$ ； ${{ M}^H}$ 为Morison公式中结构加速度水动力质量矩阵，是局部坐标附加质量的一部分。

阻尼矢量表示为：

$ {{ R}^D}(r,\dot r,t) = { C}(r)\dot r = [{{ C}^S}(r) + {{ C}^H}(r) + {{ C}^D}]\dot r{\text{。}} $

其中： ${ C}$ 为系统阻尼矩阵，包含结构阻尼矩阵 ${{ C}^S}(r)$ ； ${{ C}^H}(r)$ 为考虑绕射作用的水动力阻尼矩阵； ${C^D}$ 为与位移有关的特定离散阻尼矩阵。

2 码头情况及水文气象条件

某舾装码头共有4座码头，1，2号码头位于1号船坞上游，3，4号码头位于2号船坞的下游，1，2号码头全长640 m，码头上共有2 000 kN的系缆桩8个，1 500 kN系缆桩24个。码头前沿水深在10～15 m之间。计算时采取高潮位时的水深，即15 m。台风状况时，台风向陆地移动的时候，因为台风的强力和低气压的作用，海平面会产生风暴潮使海平面上升，因此采用最大水深。

参考我国经常遭受台风侵袭的地图海域海流速度统计，其最大流速为2 m/s左右，结合海流速度，取1.5 m/s作为普通台风时的海流速度。当地常风向冬季为北风，夏季为东南风，实测最大风速为28 m/s。台风最大风速估计为38 m/s。

3 系泊方案的设计

本节主要通过计算码头与双船之间连接缆绳的数量和布局，分析缆绳和护舷布局对码头双船系泊的影响，确定码头与两船以及两船之间的缆绳连接布置方式。最终综合以上分析计算结果确定适用于台风工况下的系泊方案。

3.1 船舶系泊绳数目计算

船舶在码头系泊时，船舶与码头之间的缆绳提供主要的约束力。首先，计算确定码头与船舶之间的系泊缆绳最佳数量以及布置位置。要得到缆绳的最佳数量，需要计算船舶的舾装数。根据散货船共同结构规范要求，计算得舾装数 $EN = 5\;633$ 。根据已取得的舾装数，该船舾装数 $5\;500 < EN < 5\;800$ 。通过查阅钢制海船入级与建造规范可知，该船至少应配置8根系泊绳。

3.2 工况及环境参数

使用商用软件AQWA对码头双船并排系泊多浮体进行水动力分析计算，坐标系的原点设在内船的中心，垂向在静水线面上，外船则是沿着y轴正方形移动一段距离。台风的方向设为–150°～+180°，每隔30°进行一次计算。计算时采用的是API风谱，JONSWAP波浪谱以及均匀流，选择28 m/s为非锚泊的风速，流速都采用1.5 m/s，同时根据实际情况，码头沿江而建，流速主要由长江水流引起，确定流载荷方向为0°，风浪同向。

主要计算工况（28 m/s）如表1所示。

3.3 码头并排系泊布置设计

依据实际情况，选取船舶吃水7.5 m，两船间距3 m，码头水深15 m为计算参数，在既经济又安全的基础上对码头双船并排系泊的布缆方式进行研究。以下提供初步系泊方案，其系泊点布置根据实际情况来确定。

方案中具体系泊缆绳布置图如图2所示。

3.4 并排系泊布置设计结果分析

对码头系泊缆绳受力分析如图3所示。

通过对码头系泊两船缆绳受力分析可知，两船的缆绳均匀平稳，没有出现受力突变情况。两船缆绳受力均在60°左右时开始受力增加，在风浪方向为90°时达到极值，且各缆绳受力变化趋势相同，各缆绳受力均处于安全受力范围内。

码头护舷受力分析如图4所示。

由图4可以发现，码头与内船之间的护舷，在–90°与120°风浪方向时受力较大，但均处于安全受力范围内。两船之间护舷在90°风浪方向时受力明显增大，且均处于安全受力范围内。

内船在纵荡、横荡、首摇3个自由度上运动情况分析如图5所示。

外船在纵荡、横荡、首摇3个自由度上运动情况分析如图6所示。

综上所述方案提出的缆绳布置方案能够满足大部分海况时的系泊要求，可以作为码头双船并排系泊的常规系泊方案。

但当遇到台风等恶劣海况时，需要对系泊船舶进行抛锚作业，依靠锚链的抓地力以提高码头系泊船舶的稳定性安全性，保证系泊船舶在台风等恶劣海况下的系泊安全性。

3.5 预抛锚系泊布置方案

以设计方案的系泊布置方式为基础，对在台风情况下系泊船舶采用抛锚方式时检验方案能否满足码头抗台风系泊要求，系泊方案示意图如图7所示。风浪方向为–90°到90°，流向为0°。风速选择12级台风32 m/s。

3.6 预抛锚系泊布置方案结果分析

船缆绳受力分析如图8所示。

通过对两船缆绳的受力分析可以发现，缆绳受力较非台风状态时有明显变化，两船缆绳均在90°风浪方向时受力最大，外船在30°风浪方向时，缆绳受力也出现了一个峰值。同时可以发现内船的8，15，16号缆绳以及外船的27，30号缆绳略微超出安全受力范围，在实际系泊操作中可采用双缆，能够有效降低单缆的受力。

护舷受力分析如图9所示。

可知，两组护舷均在–90°风浪方向和90°风浪方向时所受压力较大，其中在90°风浪方向时所受挤压力最大且未超出安全受力范围内，说明护舷采用上下双层的布置方法能够有效保证船舶的碰撞安全。

对内船三自由度分析如图10所示。

对外船三自由度分析如图11所示。

通过对比两船在纵荡、横荡、首摇三自由度上分析可以发现，在纵荡方向上两船均在60°风浪方向上达到最大值，外船纵荡幅值要大于内船，两船在台风抛锚状态下的纵荡幅值均大于非抛锚状态下的幅值。在横荡和首摇方向上两船运动趋势一致。

4 结　语

本文研究确定了码头双船并排系泊的作业工况以及环境参数，在此基础上分析设计并确定双船并排系泊的缆绳布置方式，验证台风状态时在抛锚状态下布缆方式的可靠性。

在确定码头双船并排系泊方案的过程中，通过系泊船舶舾装数的计算确定最少系泊缆绳数量，确定码头单船的系泊方式。在此基础上，保证安全经济的前提下，逐步确立双船并排系泊的缆绳布置方案。同时可以得出以下规律结论：

1）码头系泊时，船舶的纵向、横向受风面积都非常大，要尽可能增加倒缆数量，同时缆绳布置要尽可能对称分布，外船的运动幅度较内船略大。

2）在强台风情况下，系泊船舶采取抛锚方式能有效提高系泊安全性，同时应对部分缆绳采用双股缆绳的布置方式以增加缆绳承受力。

3）两船的缆绳受力在60°～90°风浪方向时受力较大，护舷在–90°风浪方向与90°风浪方向时整体受力均较大，在离岸风向时，下层护舷受力较大，在靠岸风向时，船尾处护舷受力较大。

4）在纵荡方向上，两船均从0°风浪方向时开始增大，在90°风浪方向时取得最大值，与缆绳受力趋势一致。在横荡方向上，两船运动趋势大体一致。在艏摇方向上，内船在30°风浪方向时运动幅度最大，外船在–30°风浪方向时运动幅度最大。