全新DNV防摇应用程序将防止海上集装箱灭失

共振横摇是一种流体动力学现象，即使是最有经验的船长遇到时也会不知所措。船突然开始剧烈摇摆，最坏情况会导致集装箱落水。这种现象发生得如此之快，以至于几乎没有时间做出反应。DNV 经过多年的研究，开发了一款易于使用的软件应用程序，可以帮助船长完全避免这种情况。


成为头条新闻的罕见事件

DNV 集装箱船高级首席工程师兼项目开发经理 Arne Schulz-Heimbeck 表示，全球海洋上每年运载超过 2 亿个集装箱，对于这个总量来说海上集装箱灭失的数量很少。然而，这为数不多的事件却在媒体上掀起轩然大波，除了经济损失外，还会损害船东和运营人的声誉。此外，漂浮在水中的丢失集装箱对海上交通也会构成威胁，尤其是对小型船舶而言。


良好的维护和高超的航海技术为货物保驾护航

在良好的维护和高超的航海技术情况下，拥有经认证绑扎系统的 DNV 级集装箱船为在恶劣条件下运行不损失货物而设计。除非船舶开始不受控制地横摇。“有两种类型的危险横摇事件：谐摇和参数横摇，”Schulz-Heimbeck 解释说。“两者都是由几个因素极其复杂的相互作用造成，而且很难预测。当你注意到这些情况时，采取补救措施通常为时已晚。”


仔细绑扎和正确维护绑扎设备对于防止集装箱丢失至关重要。


谐摇

谐摇发生在波浪方向与行进方向大致垂直，船舶的自然横摇频率接近波浪频率，且代表船舶初始静稳性的稳心高度较高时。Schulz-Heimbeck 说，横倾角度可以迅速增加到 30 度。“这种情况在浅水中显著加剧，通常是在海浪更短、更陡峭的大陆架地区。当波浪周期与船舶的横摇频率相似时，这会不成比例地增加谐摇的风险。”


参数横摇

与谐摇相比，参数横摇是由与行进方向大致平行的波浪引起的，无论是与行进方向相同或者相反。相对较低的稳心高度会增加参数横摇的风险。当波浪频率接近船舶的自然横摇频率时，参数共振会导致过度横摇。“随着船舶运行中的迎浪、随浪或船尾侧浪，水线面区域会发生变化，以及复原力臂曲线，其周期变化会导致船舶剧烈摇摆，” Schulz-Heimbeck 解释说。

专家补充说，在任何一种情况下，横摇角都可能在几分钟内急剧上升并达到危险水平。当船长意识到发生了过度横摇事件时，可能只剩下几分钟时间采取行动。如果不完全了解发生的情况，船长可能根本不知道在这种情况下该怎么做，甚至采取错误的方式行动，例如降低船速而不是增加船速（在特定情况下这可能是补救措施）。


理解共振横摇的新方法

几十年来，DNV 在参数横摇和谐摇领域积累了大量的专业知识，并基于船舶在波浪中行驶的非线性数值模拟制订了稳性直接评估和船舶特定操作指导。DNV 的耐波性水动力计算方法和经过 15 年验证的两种互补模拟方法，为预测共振横摇事件提供了坚实的基础。

DNV 为船员提供具体的操作指导，帮助他们避免风险，通过向他们提供容易理解的当前情况概述，从中得出直接的航行操作结论。


提供清晰可视化信息的应用程序

该DNV 策略明确避免冗长的文献、船舶设计改造、货物或操作限制、或对绑扎系统的额外要求。它旨在通过可在船上和岸上运营中心使用的应用程序提供准确、可靠和实时的可视化指导。


Anti-Roll Assist 应用程序的计算基于 DNV 在大功率计算机上执行的复杂仿真结果。


仿真需要巨大的计算能力——应用程序不需要

这些仿真是提前运行的。由于涉及的复杂性，它们需要超级计算机的能力，每次仿真仍需要三到五周的时间。然后将计算结果存储在船舶计算机上的耐波响应数据库中——其中 500 MB 的存储空间就足够了。


极坐标图提供简单明了的信息

该应用程序以极坐标图的形式显示输出，该极坐标图表示船舶的航向和速度以及捆绑系统上的应变，颜色范围从“零负载”的深蓝色到“超过最大负载”的深红色。


左侧的哥白尼卫星图像显示了太平洋的一片波高较高区域和推测的船舶位置。右侧的屏幕截图描绘了 Anti-Roll Assist 应用程序提供的相应极坐标图。红色区域代表船舶绑扎装置承受过大应力的情况。为避免这些情况，船舶应改变航向和/或速度。


和航线优化系统的集成正在进行中

虽然 Anti-Roll Assist 应用程序目前用作独立产品，但 DNV 已经创建了应用程序编程接口 (API)，用于集成到驾驶台软件系统中。“我们正在与 StormGeo 合作，他们已经在新航程规划和航线优化软件中实施了我们的 API。展望未来，我们也愿意将 API 集成到其他有兴趣提高客户安全标准的驾驶台软件供应商的航线优化和导航软件产品中，”DNV 集装箱船卓越中心负责人 Holger Jefferies 说。“这意味着 API 可以自动从导航系统中提取最新的天气和海况数据。显示绑扎系统负载的极坐标图将出现在导航系统的显示屏上。这使得风险规避决策变得更加容易。”


报告功能证明导航决策的合理性

此款应用程序使得船长可以提前预测危急情况并进行适当的操作调整。不仅如此，其综合报告功能还记录了这些决定的原因，以便船员以后可以为偏离预定路线的行为辩护。

对于航线优化或导航系统未集成的船舶，DNV 正在开发一款基于网络的独立防摇警报工具，该工具使用与Anti-Roll Assist 应用程序相同的逻辑，并将在 DNV Veracity 平台上提供。在航程开始输入关键静态数据后，该工具将使用 AIS、地理位置、水深和天气数据，以及船舶的速度和航向来计算风险评估，并在绑扎系统存在风险时发出警告。此款工具将通过电子邮件或任何短信应用程序向运营中心和船上的船员发送警告。


集装箱船的新船级符号 Anti-Roll

DNV 的防摇软件和服务由称为 ARCS（集装箱船防摇）的新船级符号支持，使船东能够向其客户证明已制定了将集装箱损失风险降至最低的策略。船东有两种选择来满足 ARCS 附加标志的要求：实施满足某些功能、技术和性能要求的软件解决方案，特别是采用严格的流体动力学方法来计算风险，或者安装减摇水箱。DNV 明确鼓励该领域的设计工作。