全新DNV防搖應用程序將防止海上集裝箱滅失

共振橫搖是一種流體動力學現象，即使是最有經驗的船長遇到時也會不知所措。船突然開始劇烈搖擺，最壞情況會導致集裝箱落水。這種現象發生得如此之快，以至于幾乎沒有時間做出反應。DNV 經過多年的研究，開發了一款易于使用的軟件應用程序，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經理 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量很少。然而，這為數不多的事件卻在媒體上掀起軒然大波，除了經濟損失外，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為貨物保駕護航

在良好的維護和高超的航海技術情況下，擁有經認證綁扎系統的 DNV 級集裝箱船為在惡劣條件下運行不損失貨物而設計。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：諧搖和參數橫搖，”Schulz-Heimbeck 解釋說。“兩者都是由幾個因素極其復雜的相互作用造成，而且很難預測。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備對于防止集裝箱丟失至關重要。


諧搖

諧搖發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性的穩心高度較高時。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。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險。”


參數橫搖

與諧搖相比，參數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。相對較低的穩心高度會增加參數橫搖的風險。當波浪頻率接近船舶的自然橫搖頻率時，參數共振會導致過度橫搖。“隨著船舶運行中的迎浪、隨浪或船尾側浪，水線面區域會發生變化，以及復原力臂曲線，其周期變化會導致船舶劇烈搖擺，” 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急劇上升并達到危險水平。當船長意識到發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 在參數橫搖和諧搖領域積累了大量的專業知識，并基于船舶在波浪中行駛的非線性數值模擬制訂了穩性直接評估和船舶特定操作指導。DNV 的耐波性水動力計算方法和經過 15 年驗證的兩種互補模擬方法，為預測共振橫搖事件提供了堅實的基礎。

DNV 為船員提供具體的操作指導，幫助他們避免風險，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論。


提供清晰可視化信息的應用程序

該DNV 策略明確避免冗長的文獻、船舶設計改造、貨物或操作限制、或對綁扎系統的額外要求。它旨在通過可在船上和岸上運營中心使用的應用程序提供準確、可靠和實時的可視化指導。


Anti-Roll Assist 應用程序的計算基于 DNV 在大功率計算機上執行的復雜仿真結果。


仿真需要巨大的計算能力——應用程序不需要

這些仿真是提前運行的。由于涉及的復雜性，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。然后將計算結果存儲在船舶計算機上的耐波響應數據庫中——其中 500 MB 的存儲空間就足夠了。


極坐標圖提供簡單明了的信息

該應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上的應變，顏色范圍從“零負載”的深藍色到“超過最大負載”的深紅色。


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


和航線優化系統的集成正在進行中

雖然 Anti-Roll Assist 應用程序目前用作獨立產品，但 DNV 已經創建了應用程序編程接口 (API)，用于集成到駕駛臺軟件系統中。“我們正在與 StormGeo 合作，他們已經在新航程規劃和航線優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商的航線優化和導航軟件產品中，”DNV 集裝箱船卓越中心負責人 Holger Jefferies 說。“這意味著 API 可以自動從導航系統中提取最新的天氣和海況數據。顯示綁扎系統負載的極坐標圖將出現在導航系統的顯示屏上。這使得風險規避決策變得更加容易。”


報告功能證明導航決策的合理性

此款應用程序使得船長可以提前預測危急情況并進行適當的操作調整。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定路線的行為辯護。

對于航線優化或導航系統未集成的船舶，DNV 正在開發一款基于網絡的獨立防搖警報工具，該工具使用與Anti-Roll Assist 應用程序相同的邏輯，并將在 DNV Veracity 平臺上提供。在航程開始輸入關鍵靜態數據后，該工具將使用 AIS、地理位置、水深和天氣數據，以及船舶的速度和航向來計算風險評估，并在綁扎系統存在風險時發出警告。此款工具將通過電子郵件或任何短信應用程序向運營中心和船上的船員發送警告。


集裝箱船的新船級符號 Anti-Roll

DNV 的防搖軟件和服務由稱為 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方法來計算風險，或者安裝減搖水箱。DNV 明確鼓勵該領域的設計工作。