1、Open Journal of Transportation Technologies 交通技术交通技术,2023,12(4),322-335 Published Online July 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/ojtt https:/doi.org/10.12677/ojtt.2023.124036 文章引用文章引用:刘志辉.LNG 船舶夜间通航安全性的仿真研究J.交通技术,2023,12(4):322-335.DOI:10.12677/ojtt.2023.124036 LNG船舶船舶夜间通航安全性的仿真夜间通航安全性的仿真研究
2、研究 刘志辉刘志辉 北部湾港北海引航站，广西 北海 收稿日期：2023年4月17日；录用日期：2023年7月17日；发布日期：2023年7月27日 摘摘 要要 为确保大型为确保大型LNG船舶夜间进出港及靠离泊安全，提高北海船舶夜间进出港及靠离泊安全，提高北海LNG船舶夜间通航能力船舶夜间通航能力，本文本文构建综合评判模构建综合评判模型和夜航动力学模型型和夜航动力学模型对北海对北海LNG船舶夜航通航船舶夜航通航进行进行安全进行评估安全进行评估，然后提出靠离泊方案和限制条件，最然后提出靠离泊方案和限制条件，最后进行后进行了了船舶模拟仿真船舶模拟仿真试验试验。根据对夜间通航环境的评估结果，北海。根据
3、对夜间通航环境的评估结果，北海LNG码头具有良好的本码头具有良好的本质安全性，质安全性，试验试验表明广西北海港铁山港区表明广西北海港铁山港区LNG码头码头26.6万万m LNG船舶、船舶、21.5万万m LNG船舶、船舶、17.5万万m LNG船舶在船舶在限定条件下，夜间航道航行、满载靠泊、压载离泊均能安全完成。限定条件下，夜间航道航行、满载靠泊、压载离泊均能安全完成。关键词关键词 LNG，通航安全通航安全，夜间通航，夜间通航，船舶模拟仿真船舶模拟仿真 Simulation Study on Night Navigation Safety of LNG Ship Zhihui Liu Beih
4、ai Pilot Station,Beibu Gulf Port,Beihai Guangxi Received:Apr.17th,2023;accepted:Jul.17th,2023;published:Jul.27th,2023 Abstract In order to ensure the safety of large LNG ships entering and leaving ports at night and berth and improve the night navigation capacity of LNG ships in the Beihai port,this
5、 paper constructs a com-prehensive evaluation model and a night navigation dynamics model to evaluate the night naviga-tion safety of LNG ships in the North Sea,then puts forward berth and berth schemes and restric-tions,and finally conducts ship simulation tests.According to the assessment results
6、of the night navigation environment,the North Sea LNG terminal has good intrinsic safety.Tests show that 266,000 m3 LNG ships,215,000 m3 LNG ships,and 175,000 m3 LNG ships at the LNG terminal in Tieshan Port Area of Beihai Port in Guangxi can safely complete night navigation,full load berth-刘志辉 DOI:
7、10.12677/ojtt.2023.124036 323 交通技术 ing,and ballast deberthing under limited conditions.Keywords LNG,Safety of Navigation,A Night Voyage,Ship Simulation Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).htt
8、p:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 随着北部湾经济不断发展和能源结构调整，对 LNG 清洁能源的需求迅速增长，到铁山港的 LNG 船舶日益增加，LNG 船载货量大、价值高，LNG 且具有易燃易爆低温等危险属性特点，决定了 LNG 船舶靠离泊安全性能要求比其他化学品船舶要高得多。长期以来，我国 LNG 船舶航行靠离泊条件中规定 LNG船舶作业仅限于白天。为提高夜间通航能力，对北海 LNG 船舶夜航通航方案的研究迫在眉睫。目前对船舶夜航的研究很多，主要有王小金1、于波等2、刘凤武3和李连博等4分析了影响船舶夜航的因素并提出了相应的保障措施。刘
9、永盛5则研究了船舶夜航的可行性。冯凯等6提出了夜航的常态化研究，朱金善等7利用物元分析对航道夜航安全行进行评价。王勇8利用模糊综合评价对船舶夜航进行了评估。翁建军等9则分析了光污染对船舶夜航的影响。缪晓晨等10对船舶夜航专用码头的靠离泊进行了研究。LNG 船舶夜航应考虑影响因素与可行性研究，针对大型 LNG 船舶夜间进出港及靠离泊安全，本文构建综合评判模型和夜航动力学模型对北海 LNG 船舶夜航通航安全进行评估，然后提出靠离泊方案和限制条件，最后进行了船舶模拟仿真实验。2.夜航风险因素识别与评估夜航风险因素识别与评估 2.1.LNG 船舶夜航风险因素识别船舶夜航风险因素识别 影响船舶通航安全的
10、因素主要有人为因素、船舶因素和环境因素三方面。同样，影响 LNG 码头船舶 Figure 1.Hierarchy diagram of factors influencing risk degree of navigation environment 图图 1.影响通航环境危险度的因素层次图 Open AccessOpen Access刘志辉 DOI:10.12677/ojtt.2023.124036 324 交通技术 通航安全的因素也可分为上述三方面的因素。人为因素主要是指船舶人员的配备情况和素质、引航员的素质和经验等；船舶因素主要是船舶本身大小、吃水、操纵性能、机器和助航仪器的配备与性能等
11、方面；而环境因素主要包括航道、水文、气象、航标配置、交通状况等，如图 1 所示。2.2.LNG 船舶夜航风险因素评估船舶夜航风险因素评估 2.2.1.利用利用综合评判综合评判模型进行评估模型进行评估 由于北海铁山港通航水域此前并没有 LNG 船舶夜航的先例，事故统计样本资料较少，只能通过对各因素指标对风险(事故的发生频率以及事故后果的严重程度)影响的程度进行半定性半定量评价，并通过各因素的重要程度(权重)进行综合评判，从而进一步对风险进行评价，具体评估见表 1。Table 1.Risk assessment form 表表 1.风险评估表 要素要素 情况情况 权重权重 交通事故率交通事故率 后
12、果严重性后果严重性 航行环境 可航水域 水深 满足 26.6 万 m3及以下 LNG 船舶通航 较小 不太可能 小 宽度 满足 26.6 万 m3及以下 LNG 船舶通航 较小 不太可能 小 曲度 满足规范 中等 不太可能 小 水文 潮汐 潮差较大 中等 可能 小 潮流 潮流速度差值较大 中等 可能 小 气象 波浪 较小 较小 不太可能 微小 风 适中 中等 可能 小 能见距离 较好 较大 不太可能 微小 交通 通航密度 较小 中等 不太可能 中等 交通局面 简单 中等 不太可能 微小 船舶条件 排水量 较大 中等 不太可能 微小 吃水 较大 中等 不太可能 微小 操纵性能 较好 中等 不太可
13、能 微小 管理因素 调度管理 较好 较大 不太可能 微小 交通管理 条件较好 较大 不太可能 微小 2.2.2.LNG 船舶夜航动力学模型评估船舶夜航动力学模型评估 船舶运动建模主要采用两种常用坐标系：大地坐标系和附体坐标系，如图 2 所示。固定在地球表面的大地坐标系 OXYZ，OX其轴指向正北，船舶运动建模主要采用两种常用坐标系：大地坐标系和附体坐标系，如图 2 所示。固定在地球表面的大地坐标系 OXYZ，OX其轴指向正北，OY轴指向正东，OZ轴指向地心。OXYZ为原点位于舰船中某定点 O 上的附体坐标系，其 OX轴指向船首，OY轴指向右舷，OZ轴指向船体下方。基于分离模型(MMG)的思想构
14、建船舶运动数学模型，分别计算力和力矩，坐标原点设置在重心位置上。动力学方程为：刘志辉 DOI:10.12677/ojtt.2023.124036 325 交通技术 Figure 2.Ship motion modeling coordinate system 图图 2.船舶运动建模坐标系 ()()()()()()()()()()()()xupRwindwaveynpRwindwawezpRwindwavexxxxxxyyHRwindwaveyyyyxxzzHpRwindwavezzzzyyxxHmmuqwvrXXXXXmmvurpwYYYYYmmwpvquZZZZZIJpIIqrKKpKKKI
15、JqIIprMMMMMIJrIIpqN+=+=+=+=+=+=+pRwindwaveNNNN+(1)运动学方程为：()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()coscoscossinsinsincoscossincossinsinsincossinsinsin()coscoscossincoscossinsincossincoscossintancostancossinuvwuvwuvwpqrqr=+=+=+=+=()()()()()sincoscoscosqr=+(2)基于傅汝德克雷诺夫假设估算波浪和风的
16、干扰力为：刘志辉 DOI:10.12677/ojtt.2023.124036 326 交通技术 ()()()()()()()()()()()()()sinsin22esincossinsin22cossin22esinsinsincos22sinsin2sincos2ecossin2cos2sinkdwaveikdwaveikdwavetwavekBxBXgaBdkxtkBxkLxBYgaLdkxtkBxkBxkLxZgakBdLtkBxkLxKga=()()()()()()()()()()()()()()()222cossinsinsincosesinsincos2sin2sin22sincos2cos2esincos2sin222sincos2cossinsin2sinesin22kdikdwaveckdwavekBxdkLxxtkBxxxkBxxkLxkLMgadtxkxxkLxkLkLkBxNgaxdxkx=()()()22cos2coscos2ixtkx(3)船舶操纵数学模型的建立主要考虑如图 3 所示因素的影响：Figure 3.Main influencing facto
