1、收稿日期：2022-01-14*国家重点研发计划项目（2019YFB1600603）资助第一作者简介：石峰（1970），学士，高工.研究方向：海洋工程和船舶设备应用开发.E-mail： 通信作者：黄立文（1965），博士，教授.研究方向：智能航海与仿真技术.E-mail：LNG船对船过驳作业配置模型与安全稳定性分析*石峰1陶可健2黄立文2,3谢澄2（1.中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司天津 300452；2.武汉理工大学航运学院武汉 430063；3.武汉理工大学内河航运技术湖北省重点实验室武汉 430063）摘要：针对LNG船对船过驳作业中设备选型与配置问题，利用多层次模糊综合评判分
2、析并系统性地构建了LNG船对船过驳作业配置模型，提出了LNG船对船过驳设备配置稳定性的定量分析方法和计算流程，以145 000 m3和60 000 m3的LNG船舶为试验对象，利用计算流体动力学（CFD）技术对2船组合体配置系统开展仿真试验分析，并基于仿真试验结果开展了该模拟工况条件下LNG船对船过驳选型适配度的计算。结果表明：在模拟工况下LNG船对船过驳选型与配置适配度为0.85，与最优值1.00的误差为15%，在20%的误差允许范围内，验证了所提出的LNG船对船过驳作业选型与配置模型的有效性；同时，明确了LNG船对船过驳作业的环境限制条件应为能见度大于1 000 m，风力小于6级，流速小于
3、2.5 n mile/h，过驳作业安全区半径范围为1 210 m。采用所构建的过驳作业选型与配置模型能够实现LNG船对船过驳作业设备选型与配置安全稳定性的量化分析和确定具有普适性的LNG船对船过驳作业限制条件，对于保障LNG船对船过驳作业关键配置选型的安全性具有重要意义。关键词：交通安全；LNG船对船过驳；作业配置模型；安全稳定分析；仿真试验中图分类号：U693+.34文献标识码：Adoi:10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.06.006A Study of Configuration Model and Safety Analysis for Ship-to-ship
4、Transfers of Liquefied Natural GasSHI Feng1TAO Kejian2HUANG Liwen2,3XIE Cheng2(1.CNOOC Energy Technology and Services-Oil Production Services Co.Ltd,Tianjin 300452,China;2.School of Navigation,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China;3.Hubei Key Laboratory of Inland Shipping Technology,Wuha
5、n University of Technology,Wuhan 430063,China)Abstract:To address the problem of equipment selection and configuration for LNG ship-to-ship barge operation,aconfiguration model is systematically developed based on the multi-level fuzzy comprehensive evaluation analysis.A quantitative analysis method
6、 is proposed to calculate the stability of LNG ship-to-ship transfer equipment.Taking145 000 m3 and 60 000 m3 LNG ships as test objects,simulation analysis of the assembly configuration system iscarried out based on the Computational Fluid Dynamics(CFD)method.The goodness of fit analysis under the s
7、imu-lated conditions are carried out based on the configuration model of LNG ship-to-ship transfer operation.Accordingto the results,the goodness of fit of the selection and configuration of LNG ship-to-ship transfer under the simulatedworking condition is 0.85,whose error between the optimal value
8、is 15%that is within the allowable range of 20%.It verifies the proposed LNG ship-to-ship transfer select and configuration model.Meanwhile,the LNG ship-to-shiptransfer operation is restricted by the visibility greater than 1 000 m,a wind speed of less than 10.8 m/s,a flow rateof less than 2.5 n mil
9、e/h,and a safety zone radius of 1 210 meters.The configuration model can not only be used toprovide quantitative safety analysis of the configuration for LNG ship-to-ship transfer equipment,but also to set upthe environmental restriction conditions of LNG ship-to-ship transfer operation.LNG船对船过驳作业配置
10、模型与安全稳定性分析石峰陶可健黄立文谢澄53交通信息与安全2022 年6 期第 40卷总 241期0引言随着国际组织对环境保护要求的不断提高，液化天然气（LNG）作为1种清洁能源得到了广泛关注和应用。我国作为能源消耗大国，水上运输进口LNG的需求快速增长1。我国战略规划逐步在沿海及长江中下游地区修建LNG接收站2，然而受到航道或港口水深、桥梁尺度和码头设施条件等通航条件限制，以及能源损耗、港口营运和泊位资源等经济因素考虑，LNG船舶存在海进江过驳、海上过驳及事故场景下应急过驳的3个方面过驳需求3-4。由于LNG的特殊理化性质，过驳往往在沿海锚地采取船对船的作业方式，因此开展LNG船对船过驳的相
11、关研究对保障作业安全有着重要作用。海上开阔水域环境中以锚泊方式开展船对船过驳作业时，2船通过碰垫和缆绳连接成为组合体，通过抛锚和拖船协助方法进行定位和保持2船组合体的稳定性。Sun等5为评估FPSO与穿梭油船并靠系泊卸载货物的安全特性，通过数值计算方法分析了系泊缆绳和碰垫的规格及数量对系泊系统安全性的影响；Gu等6通过对海上平台施加不同组合环境条件，得出了系统张力影响规律，为系泊布置方法提供了理论支持；徐铁等7通过分析超大型船舶在靠离泊操作时对拖船需求的计算方法，对超大型LNG船舶所需拖船的配置方法给出指导和建议；张明霞等8建立了提油船与FPSO串靠系统模型，分析了为保持船舶稳定性所需拖船作用
12、力的变化曲线，得到了拖船的功率和数量配置要求及性能评估的方法；Yue等9建立了FSRU与LNG船舶码头并靠系泊模型，探究了系泊缆绳预张力对系统模型稳定性的影响规律；施兴华等10针对FPSO与穿梭油船并靠耦合多点系泊系统，运用仿真试验方法将系泊缆绳分段、比例等进行了优化设计，分析系泊缆绳受力情况，从而进一步优化导缆孔位置设计；张新福等11运用有限元分析方法对2艘并靠船舶间使用的橡胶护舷进行建模分析，分析了2船并靠时低速碰撞对碰垫造成的影响，得出护舷压缩变形情况，从而优化护舷系统设计。目前相关研究多围绕过驳作业中碰垫或系泊缆等设备选型配置等方面开展，尚缺乏针对LNG船对船过驳作业整体关键配置的系统
13、性研究。为保障海上LNG船对船过驳作业安全开展，基于作业过程保障作业安全的关键设备，系统性构建过驳作业选型与配置模型，基于规范指南要求以及力学理论分析方法，辨析2船组合体的系泊配置、碰垫选型、锚泊方式、拖船选配，以及过驳作业区划定方法，针对作业中的关键配置问题提出技术解决方案和操作控制方法。进一步通过数值计算仿真试验方法，对基于该模型构建的2船组合体系统在典型工况条件下的设备受力情况进行定量分析12，评估配置模型的可行性和安全性，从而为LNG船对船过驳作业关键配置选型的安全性提供重要保障。1LNG船对船过驳选型与配置模型1.1模型构建海上开阔水域锚地环境中，LNG船对船过驳一般由卸载船稳定锚泊
14、后，受载船在拖船辅助下驶近卸载船并完成并靠系泊作业，2船运动协同后连接软管等货物传输设备进行LNG过驳作业13-14。根据作业流程可辨识LNG过驳作业中较为重要的关键节点：过驳环境适配、过驳设备适配、辅助拖船适配、过驳作业区划定，其中，过驳设备配置又包含了系泊布置、碰垫选型，以及锚泊方式等3个关键要素，为了区分各指标在船对船过驳船型匹配的重要程度和作用，较全面地吸收所有指标提供的信息，本文采取多层次模糊综合评判分析的方法，建立LNG船对船过驳选型与配置模型。将LNG船对船过驳选型与配置模型分为3个层次结构（见图1），最高层为过驳选型与配置适配度（一级指标为C1）、中间层（二级指标为Fi）、最底
15、层（与二级指标Fi所对应三级指标为Fij）。令dij为二级指标所对应的三级指标Fij的原始数值，则有矩阵见式（1）。Di=|i1|di1-di1di1,ij|dij-dijdij,in|din-dindinT（1）式中：Di为过驳选型与配置适配度；dij为第i个二级指标中第j个三级指标的原始数值；dij为第i个二级指标中第j个三级指标的最优值；n为二级指标中所含三级指标的数量；ij为第i个二级指标中第j个三级指标的权重值。Keywords:transportation safety;LNG ship-to-ship transfer;operation configuration models
16、;safety and stabilityanalysis;simulation test54风速流速能见度系泊布置碰垫选型锚泊方式过驳环境适配过驳设备适配辅助拖船适配过驳作业区适配LNG 船对船过驳选型与配置模型图1LNG船对船过驳选型与配置模型的层次结构Fig.1Hierarchicalstructureof LNG ship-to-shiptransferselectionandconfigurationmodel由式（1）可见：评估LNG船对船过驳选型与配置的适配度情况主要取决于指标的实测值、最优值和权重值。1）实测值。实测值一般指LNG船过船过驳作业中的3个关键要素的实际使用数据。2）权重值。由于目前缺乏LNG船对船过驳作业的相关数据，而实际数据获取后也仍然需要标准化处理，因此采用专家打分法邀请了来自主管机关、高校和科研院所以及船舶企业的20位专家进行打分，为了消除主观判断误差，取专家打分的平均值作为三级指标Fij的权重值。权重值计算结果见表1。表1权重值的计算结果Tab.1Calculation results of weight values二级指标过驳环境适配过驳设备适