諧搖或參數(shù)橫搖一旦發(fā)生非常突然且很難控制。全新的DNV Anti-Roll Assist 應(yīng)用程序使得船長在風(fēng)險成為威脅之前識別并避免風(fēng)險。

共振橫搖是一種流體動力學(xué)現(xiàn)象，即使是最有經(jīng)驗的船長遇到時也會不知所措。船突然開始劇烈搖擺，最壞情況會導(dǎo)致集裝箱落水。這種現(xiàn)象發(fā)生得如此之快，以至于幾乎沒有時間做出反應(yīng)。DNV 經(jīng)過多年的研究，開發(fā)了一款易于使用的軟件應(yīng)用程序，可以幫助船長完全避免這種情況。

成為頭條新聞的罕見事件

DNV 集裝箱船高級首席工程師兼項目開發(fā)經(jīng)理 Arne Schulz-Heimbeck 表示，全球海洋上每年運載超過 2 億個集裝箱，對于這個總量來說海上集裝箱滅失的數(shù)量很少。然而，這為數(shù)不多的事件卻在媒體上掀起軒然大波，除了經(jīng)濟損失外，還會損害船東和運營人的聲譽。此外，漂浮在水中的丟失集裝箱對海上交通也會構(gòu)成威脅，尤其是對小型船舶而言。

良好的維護和高超的航海技術(shù)為貨物保駕護航

在良好的維護和高超的航海技術(shù)情況下，擁有經(jīng)認證綁扎系統(tǒng)的 DNV 級集裝箱船為在惡劣條件下運行不損失貨物而設(shè)計。除非船舶開始不受控制地橫搖。“有兩種類型的危險橫搖事件：諧搖和參數(shù)橫搖，”Schulz-Heimbeck 解釋說。“兩者都是由幾個因素極其復(fù)雜的相互作用造成，而且很難預(yù)測。當你注意到這些情況時，采取補救措施通常為時已晚。”

仔細綁扎和正確維護綁扎設(shè)備對于防止集裝箱丟失至關(guān)重要。

諧搖

諧搖發(fā)生在波浪方向與行進方向大致垂直，船舶的自然橫搖頻率接近波浪頻率，且代表船舶初始靜穩(wěn)性的穩(wěn)心高度較高時。Schulz-Heimbeck 說，橫傾角度可以迅速增加到 30 度。“這種情況在淺水中顯著加劇，通常是在海浪更短、更陡峭的大陸架地區(qū)。當波浪周期與船舶的橫搖頻率相似時，這會不成比例地增加諧搖的風(fēng)險。”

參數(shù)橫搖

與諧搖相比，參數(shù)橫搖是由與行進方向大致平行的波浪引起的，無論是與行進方向相同或者相反。相對較低的穩(wěn)心高度會增加參數(shù)橫搖的風(fēng)險。當波浪頻率接近船舶的自然橫搖頻率時，參數(shù)共振會導(dǎo)致過度橫搖。“隨著船舶運行中的迎浪、隨浪或船尾側(cè)浪，水線面區(qū)域會發(fā)生變化，以及復(fù)原力臂曲線，其周期變化會導(dǎo)致船舶劇烈搖擺，” Schulz-Heimbeck 解釋說。

專家補充說，在任何一種情況下，橫搖角都可能在幾分鐘內(nèi)急劇上升并達到危險水平。當船長意識到發(fā)生了過度橫搖事件時，可能只剩下幾分鐘時間采取行動。如果不完全了解發(fā)生的情況，船長可能根本不知道在這種情況下該怎么做，甚至采取錯誤的方式行動，例如降低船速而不是增加船速（在特定情況下這可能是補救措施）。

理解共振橫搖的新方法

幾十年來，DNV 在參數(shù)橫搖和諧搖領(lǐng)域積累了大量的專業(yè)知識，并基于船舶在波浪中行駛的非線性數(shù)值模擬制訂了穩(wěn)性直接評估和船舶特定操作指導(dǎo)。DNV 的耐波性水動力計算方法和經(jīng)過 15 年驗證的兩種互補模擬方法，為預(yù)測共振橫搖事件提供了堅實的基礎(chǔ)。

DNV 為船員提供具體的操作指導(dǎo)，幫助他們避免風(fēng)險，通過向他們提供容易理解的當前情況概述，從中得出直接的航行操作結(jié)論。

提供清晰可視化信息的應(yīng)用程序

該DNV 策略明確避免冗長的文獻、船舶設(shè)計改造、貨物或操作限制、或?qū)�綁扎系統(tǒng)的額外要求。它旨在通過可在船上和岸上運營中心使用的應(yīng)用程序提供準確、可靠和實時的可視化指導(dǎo)。Schulz-Heimbeck 說：“我們?nèi)�新的Anti-Roll Assist 應(yīng)用程序清晰地描繪了風(fēng)險情況，船長立即知道可以采取哪些措施來避免因過度橫搖而丟失集裝箱。”

Anti-Roll Assist 應(yīng)用程序的計算基于 DNV 在大功率計算機上執(zhí)行的復(fù)雜仿真結(jié)果。

該應(yīng)用程序依賴 DNV 基于單個船體線型的水動力數(shù)值仿真。“這很重要，因為實際的船體輪廓和吃水線的變化方式是決定橫搖放大效果的關(guān)鍵因素，”Schulz-Heimbeck 繼續(xù)說道。“我們使用船體的 3D 仿真模型，并結(jié)合客戶提供的多個真實載荷案例。然后我們模擬船舶在各種海況和裝載工況下的響應(yīng)。”

仿真需要巨大的計算能力——應(yīng)用程序不需要

這些仿真是提前運行的。由于涉及的復(fù)雜性，它們需要超級計算機的能力，每次仿真仍需要三到五周的時間。然后將計算結(jié)果存儲在船舶計算機上的耐波響應(yīng)數(shù)據(jù)庫中——其中 500 MB 的存儲空間就足夠了。Schulz-Heimbeck 說：“該數(shù)據(jù)庫允許應(yīng)用程序非常高效快速地執(zhí)行特定的情境計算，分析任何給定的情況。” “該應(yīng)用程序使用的輸入?yún)��?shù)包括：當前吃水、縱傾、穩(wěn)心高度、航向、航速和水深、在線波浪數(shù)據(jù)以及來自綁扎計算機的特定航線集裝箱積載 (RSCS+) 系數(shù)。它會在給定的裝載工況下輸出綁扎系統(tǒng)利用率的預(yù)測。”

極坐標圖提供簡單明了的信息

該應(yīng)用程序以極坐標圖的形式顯示輸出，該極坐標圖表示船舶的航向和速度以及捆綁系統(tǒng)上的應(yīng)變，顏色范圍從“零負載”的深藍色到“超過最大負載”的深紅色。

左側(cè)的哥白尼衛(wèi)星圖像顯示了太平洋的一片波高較高區(qū)域和推測的船舶位置。右側(cè)的屏幕截圖描繪了 Anti-Roll Assist 應(yīng)用程序提供的相應(yīng)極坐標圖。紅色區(qū)域代表船舶綁扎裝置承受過大應(yīng)力的情況。為避免這些情況，船舶應(yīng)改變航向和/或速度。

Schulz-Heimbeck 解釋說：“通過查看圖表，船長可以了解船舶是否在危險或接近危險情況下運行，并得出結(jié)論改變速度或航向是否是避免橫搖風(fēng)險的最佳選擇。” “特別重要的是，該應(yīng)用程序允許船員提前評估情況，并在船舶接近航程的關(guān)鍵部分時反復(fù)驗證情況。它提供了即時、有根據(jù)、實用的決策支持。” 首批集裝箱船東正在測試新應(yīng)用程序，并對其功能和便捷操作非常滿意。CPO Containerschiffreederei 航海部門負責(zé)人 Ortwin Muehr 船長證實：“我們正在一系列集裝箱船上試用 DNV 的新型Anti-Roll Assist 應(yīng)用程序，船長們對這款簡單易用的應(yīng)用程序表示贊賞。這款工具準確提供了允許規(guī)劃省油路線的同時避免危急情況。”

和航線優(yōu)化系統(tǒng)的集成正在進行中

雖然 Anti-Roll Assist 應(yīng)用程序目前用作獨立產(chǎn)品，但 DNV 已經(jīng)創(chuàng)建了應(yīng)用程序編程接口 (API)，用于集成到駕駛臺軟件系統(tǒng)中。“我們正在與 StormGeo 合作，他們已經(jīng)在新航程規(guī)劃和航線優(yōu)化軟件中實施了我們的 API。展望未來，我們也愿意將 API 集成到其他有興趣提高客戶安全標準的駕駛臺軟件供應(yīng)商的航線優(yōu)化和導(dǎo)航軟件產(chǎn)品中，”DNV 集裝箱船卓越中心負責(zé)人 Holger Jefferies 說。“這意味著 API 可以自動從導(dǎo)航系統(tǒng)中提取最新的天氣和海況數(shù)據(jù)。顯示綁扎系統(tǒng)負載的極坐標圖將出現(xiàn)在導(dǎo)航系統(tǒng)的顯示屏上。這使得風(fēng)險規(guī)避決策變得更加容易。”

報告功能證明導(dǎo)航?jīng)Q策的合理性

此款應(yīng)用程序使得船長可以提前預(yù)測危急情況并進行適當?shù)牟僮髡{(diào)整。不僅如此，其綜合報告功能還記錄了這些決定的原因，以便船員以后可以為偏離預(yù)定路線的行為辯護。

對于航線優(yōu)化或?qū)Ш较到y(tǒng)未集成的船舶，DNV正在開發(fā)一款基于網(wǎng)絡(luò)的獨立防搖警報工具，該工具使用與Anti-Roll Assist 應(yīng)用程序相同的邏輯，并將在 DNV Veracity 平臺上提供。在航程開始輸入關(guān)鍵靜態(tài)數(shù)據(jù)后，該工具將使用 AIS、地理位置、水深和天氣數(shù)據(jù)，以及船舶的速度和航向來計算風(fēng)險評估，并在綁扎系統(tǒng)存在風(fēng)險時發(fā)出警告。此款工具將通過電子郵件或任何短信應(yīng)用程序向運營中心和船上的船員發(fā)送警告。

集裝箱船的新船級符號Anti-Roll

DNV的防搖軟件和服務(wù)由稱為ARCS（集裝箱船防搖）的新船級符號支持，使船東能夠向其客戶證明已制定了將集裝箱損失風(fēng)險降至最低的策略。船東有兩種選擇來滿足 ARCS 附加標志的要求：實施滿足某些功能、技術(shù)和性能要求的軟件解決方案，特別是采用嚴格的流體動力學(xué)方法來計算風(fēng)險，或者安裝減搖水箱。DNV 明確鼓勵該領(lǐng)域的設(shè)計工作。 

“這種創(chuàng)新的防搖策略之所以成為可能，是因為近年來取得的技術(shù)成就，包括像哥白尼計劃提供的高精度衛(wèi)星天氣和海況數(shù)據(jù)，”Holger Jefferies 說。“結(jié)合我們在強大計算機上的流體動力學(xué)仿真計算，我們現(xiàn)在能夠有效地解決一個罕見但嚴重的問題。”