船舶系泊
關注創建者：海工 創建時間：2022-12-09
船舶系泊的實例教程
系泊是貨物運輸的一個組成部分，用于在特定位置將船舶與浮體(如突堤/棧橋、碼頭、另一艘船或浮標)固定在一起，方法是借助推薦長度和強度的繩索/鏈條或鋼絲將其固定在一起。系泊期間，船舶面對各種自然力和人為力，如波浪作用、涌浪、海流、潮汐和風，因此，應在事先考慮所有這些因素的適當規劃后進行系泊，以避免任何人員傷亡。船長有責任協調、規劃并將船舶系泊到港務局指定區域。港務局有責任確保海岸暢通，并提前安排設備和泊位，以便船只靠岸。如果船舶由引航員駕駛，則由引航員全權負責協調。
? 六種公海最常用的系泊作業類型：
??波羅的海系泊：波羅的海以其變幻莫測的天氣和波濤洶涌的大海聞名。在沒有拖船幫助的情況下，需要做什么才能將船只停靠在堅固程度不足以承受撞擊的碼頭或浮標上？波羅的海系泊是船舶系泊的一種混合方式，在舷梯長度和泊位相同的情況下，使用連接到海上錨索的船尾系泊鏈。
波羅的海系泊準備工作：
A：一根30mm厚的鋼絲從船尾甲板穿過，并從船體外部敷設至海上，無任何障礙物。
B：錨從錨鏈管上放下來一點，然后一起松開。同時，用鉤環將錨和鋼絲綁在一起，長度約為舷梯的長度。另一端通過彎鉤系在系泊絞車上。
C：由于風力和船舶噸位影響，(因條件而異)在離泊位70-100英尺的地方緩慢下錨。
??地中海系泊：如果沒有足夠的空間供多艘船舶系泊，則必須使用地中海系泊類型。在這種系泊中，船舶必須垂直于碼頭系泊，船尾表面與碼頭平行。
展開 智能船舶的發展已經成為世界范圍內船舶工業和航運領域發展的熱點，實現船舶智能化的最后一步就是實現船舶自動系泊，磁力式自動系泊與真空式自動系泊因其獨特的優勢被認為是最具應用前景的兩種自動系泊技術。下面從原理、優缺點、產品等方面詳細介紹磁力式自動系泊系統與真空式自動系泊系統，并與傳統的纜繩系泊進行對比。
自動系泊是船舶完成自動靠泊控制后的重要步驟。傳統的船舶系泊方式是用鋼絲或尼龍纜繩將船舶固定在碼頭上，系泊作業時需要一定數量的帶纜工人或帶纜艇。這種依靠系纜工人的傳統系泊方式，工作強度大、效率低、環境差，作業難度大，存在脫纜、斷纜等安全隱患。近幾十年來，海上運輸的發展趨勢是增加船舶尺寸和專業化碼頭的作業，這意味著離岸港口和系泊系統必須面對更具有挑戰性的風、浪、流等條件。自動系泊技術的應用將極大地改善碼頭工人帶纜、系纜的工作強度，解放生產力，讓航運全程無人化的步伐再次向前邁進一步。在目前的科技水平下，磁力式自動系泊技術與真空式自動系泊技術被認為是實現自動系泊系統的兩種主要技術手段。纜繩系泊、磁力式自動系泊與真空式自動系泊如圖1所示。
圖1 纜繩系泊、磁力式自動系泊與真空式自動系泊
磁力式自動系泊
1.工作原理
磁力式自動系泊系統由基座、控制箱、機械臂、液壓缸、磁力吸盤、位移傳感器與三向力傳感器組成。船舶靠泊過程中，位移傳感器測得其位置，經控制箱計算后，自動控制各液壓缸，從而控制機械臂和磁力吸盤對船舶進行減震和系泊。
展開 為解決海洋資源開發問題，為海洋開發裝備提供安全、技術支撐的船舶定位技術應運而生。目前，船舶的定位方式主要有3種：系泊定位技術、動力定位技術和系泊動力定位技術。上述3種定位方式都能夠保證船舶的安全作業，但其應用場景不同且各有優劣。系泊定位又稱錨泊定位，是最傳統的船舶定位方式，它通過由錨、錨和錨鏈等構成的系泊系統將船由錨固定在海底，從而確保船舶在一定的工作區域內作業。
本圖來自界面新聞
這種定位方式簡便易操作，結構簡單、可靠、經濟性好。但是，由于系泊系統的制造及安全成本會隨著水深增加而大幅增長，且機動性差，難以抵御惡劣環境，因此大都用于近海、淺海，海況較好時的海上作業。動力定位技術是僅利用船舶自身推進系統維持船舶位置及艏向的定位方法。它具有精確靈活、機動性強、不受水深制約等優點，可應用于各種水域。但是，因其完全依靠推進系統抵御外界環境，對能源的需求較大，經濟性較差。系泊動力定位技術是結合了系泊定位和動力定位二者的長處，系泊系統和船舶推進系統相互配合使用，既能抵御外界環境干擾，又能夠減少能源消耗，同時可以保證惡劣海況下船舶的安全。因此，與單獨的系泊定位技術和動力定位技術相比，系泊動力定位技術揚長避短，集合了二者的優點，是必不可少的全天候、能耗經濟的安全海洋資源開發技術。
由此，系泊動力定位技術一經提出就受到了廣泛關注。近年來，各國學者在系泊動力定位技術方面的研究成果頗豐。本文重點關注系泊動力定位控制技術的發展動態，從系統構成、模型建立及控制器設計等方面闡述系泊動力定位技術的發展趨勢，分析控制策略的優劣及應用范圍。
展開 當前船-岸靠系泊感知設備及算法存在傳感器視角受限、先驗信息缺失、多源信息冗余、數據匹配與信息同步復雜等問題。針對船舶靠泊、系泊場景，基于船-岸視覺、激光雷達、超聲波雷達等傳感器和多網融合技術，進行多源信息融合與補償以及信息交互，重構符合人-機工程的船舶靠系泊作業環境信息與船舶運動及姿態信息，是當前實現船-岸協同感知的主要手段與發展方向。突破面向船舶靠系泊的船岸協同感知技術，是實現船舶自動靠離泊的安全保障。
4.智能無纜系泊技術
傳統的船舶系泊方式依靠帶纜工人或帶纜艇將鋼絲等高強度纜繩與系纜樁聯結，進而將船舶固定于泊位。這種方法作業強度大、風險高、效率低，作業難度大，存在脫纜、斷纜等安全隱患。隨著船舶大型化、專業化的發展，傳統系泊方法面臨的挑戰日益增大，無纜系泊方法得到有效發展。當前，無纜系泊主要分為磁吸式系泊及真空式系泊，其中，磁吸式系泊裝置結構簡單、空間占用率低、工作效率高等優點，但由于有害磁場對船載設備的影響，目前其發展受到一定限制。真空式系泊方式利用真空和液壓技術實現無纜系泊，該方法綠色、高效、適應性強、耐用度高，目前應用程度較高。研發基于船舶感知、壓力感知及動態監測的智能無纜系泊技術，是安全實現船舶自動靠泊的最后一環。
在新一輪產業變革及嚴峻的國際局勢挑戰下，為響應國家建設交通強國、海洋強國、制造強國的重要戰略部署，緊隨當前智能船舶發展技術潮流，順應內河港口發展需求，作為船舶整個運輸營運過程始終階段的船舶靠離泊作業，是當下智能船舶領域的研究重點與攻克方向。
展開 單點系泊系統成功實現了油輪的海上系泊，適用水深范圍較廣，適應海上極端作業條件。目前現有的大部分單點系泊系統可以在7級大風及浪高3 ~ 5米的情況下進行原油裝卸，年平均工作日達到330個。
同時，單點系泊系統也具有重復使用性，主要部件進行調整后能夠實現相似環境和作業條件下的重復使用。
（3）減小環境力，消耗沖擊能
大部分單點系泊系統采用錨鏈固定方式，在外力作用下能夠產生位移并吸收部分能量。這種型式一方面有效避免了船舶停靠過程中對固定結構的碰撞損傷，另一方面能夠緩沖有效位移反應和峰值系纜負荷。
單點系泊系統包含有允許360°回轉的轉動結構，作業船舶系泊在轉動結構上，能夠隨著風、海浪和海流的變化而圍繞固定結構轉動，最終停留在所受環境力最小的位置。在該位置上能夠有效減小系泊力和作業載荷，保證高效安全的油氣輸送作業。
4 單點系泊系統發展現狀及展望
目前國際上具備單點系泊設計能力的公司主要包括Blue Water和IMODCO等，具備比較豐富的單點系泊設計相關技術和經驗。國內涉及相關領域的設計單位較少，部分船舶及海工公司從事過單點系泊的建造和安裝，包括蓬萊巨濤、大連船舶重工和中遠船務等。
未來隨著海洋石油勘探開發投資的增長，以及FPSO和FSRU等浮式裝置的大量應用，我國單點系泊系統的市場前景依然廣闊。
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救撈作業場在橫向載荷下（90°浪向角）的橫搖響應最嚴重，作業場在波浪作用下發生較大幅度或較高頻的橫搖運動，可能會加大船舶傾斜度和系泊纜繩受力，勢必會對作業場的作業效率和系泊安全造成不利影響，因此需要重點關注。作業場橫搖幅值響應幅值如圖2所示。
而對于船舶系泊動力定位控制的研究中，鮮少有研究會考慮過往船只對船舶運動產生的干擾以及研究系泊船舶與船只之間的避碰問題。
針對船舶靠泊、系泊場景，基于船-岸視覺、激光雷達、超聲波雷達等傳感器和多網融合技術，進行多源信息融合與補償以及信息交互，重構符合人-機工程的船舶靠系泊作業環境信息與船舶運動及姿態信息，是當前實現船-岸協同感知的主要手段與發展方向。突破面向船舶靠系泊的船岸協同感知技術，是實現船舶自動靠離泊的安全保障。
除了TELEMAC-3D模塊中可模擬出的水位高程和速度兩種要素值，還可通過與其他模塊的耦合，得到波浪高度，搖擺力，偏航力矩等狀態數值，作為船舶動態系泊模型的輸入數據。
智能船舶的發展已經成為世界范圍內船舶工業和航運領域發展的熱點，實現船舶智能化的最后一步就是實現船舶自動系泊，磁力式自動系泊與真空式自動系泊因其獨特的優勢被認為是最具應用前景的兩種自動系泊技術。下面從原理、優缺點、產品等方面詳細介紹磁力式自動系泊系統與真空式自動系泊系統，并與傳統的纜繩系泊進行對比。
自動系泊是船舶完成自動靠泊控制后的重要步驟。
單點系泊系統包含有允許360°回轉的轉動結構，作業船舶系泊在轉動結構上，能夠隨著風、海浪和海流的變化而圍繞固定結構轉動，最終停留在所受環境力最小的位置。在該位置上能夠有效減小系泊力和作業載荷，保證高效安全的油氣輸送作業。
系泊期間，船舶面對各種自然力和人為力，如波浪作用、涌浪、海流、潮汐和風，因此，應在事先考慮所有這些因素的適當規劃后進行系泊，以避免任何人員傷亡。船長有責任協調、規劃并將船舶系泊到港務局指定區域。港務局有責任確保海岸暢通，并提前安排設備和泊位，以便船只靠岸。如果船舶由引航員駕駛，則由引航員全權負責協調。
3.液壓自動絞纜機
絞纜機屬于船舶上的系泊設備，在船舶靠碼頭裝卸貨時使用，由于現在機械化程度的提高，導致裝卸貨速度的加快，從而引起船舶吃水的快速變化。為了防止纜繩因為吃水的變化而變得過緊或過松，就要要求值班水手要時刻注意觀察。
按所用動力不同分為電動絞纜機和液壓絞纜機。液壓自動絞纜機可以自動調整系纜張力，自動完成系纜。
考慮到船舶系泊過程中纜繩的特點，采用PBD方法進行模擬。PBD方法可以直接控制對柔性體粒子的位置，具有簡單快捷、高效性、可控性等優點［9］。PBD方法的原理是通過對約束條件進行控制，從而改變柔性體中粒子的位置［10］。
根據纜繩的特點，在采用PBD方法的過程中主要考慮距離約束和彎曲約束。
