3.3 마루높이 결정요소 선정
4.1.1 계류안전성 평가 개요
본 시뮬레이션 평가는 접안선박의 선종에 따른 계류요소의 민감도를 분석하 고자 하며, 이를 위해 접안선박의 선종, 부두의 마루높이, 다양한 환경외력 조 건에 따른 계류안전성 평가 수치 시뮬레이션을 수행하였으며, 시뮬레이션 결과 값의 일반화를 위해 대상해역을 선정하지 않고 접안선박의 선종 및 크기에 따 라 항만 및 어항 설계기준에 의거하여 설계한 가상의 부두를 설정하였다.
부두에 계류 중인 선박의 선체동요량은 항만의 자연적 환경 즉, 바람, 조류 및 조위, 파랑과 같은 환경외력과 대상선박의 제원 및 하중상태에 따른 흘수 변화, 부두의 형상, 계류삭의 재질과 특성, 계류라인의 배치 방법, 계선주의 위 치 및 특성, 방충설비의 특성과 위치 등에 의해 종합적으로 결정된다.
따라서 계류안전성을 평가하기 위한 항목은 바람, 조류 및 조위, 파랑 등의 환경외력에 의해 가해지는 계류삭의 장력, 계선주에 작용하는 견인력, 방충재에 작용하는 반력, 선체 6자유도운동에 따른 하역 안전성 등이다. 계류안정성 관련 주요 평가항목을 정리하면 다음과 같다.
∙ 외력에 따른 계류삭에 작용하는 장력 평가
∙ 외력에 따른 계선주에 작용하는 견인력 평가 ∙ 외력에 따른 방충설비에 작용하는 반력 평가
∙ 계류상태에서 선박의 운동에 따른 하역 안전성 및 한계 검토
본 논문에서는 마루높이 상향에 따른 선종별 계류안전성 민감도 분석을 위해 Fig. 24와 같이 계류안전성 평가 전용 소프트웨어로 개발된 TTI(Tension Technology International)사의 OPTIMOOR SW(Ver. 6.4.1, 2017. 06. 16 Update) Version을 사용하였다. OPTIMOOR 소프트웨어는 선형 해석을 기반으로 타 계 류안전성 해석프로그램에 비하여 단순하나 정확한 모델링으로 국내 해상교통안 전진단 및 국외 계류안전성 평가 시뮬레이션에 대표적으로 사용되고 있는 계류 안전성 해석프로그램이다.
이를 통해 선종의 특징에 따라 4개 그룹으로 분류하고 그룹별 대상선박을 선 정하여, 각 대상선박별로 4개의 마루높이 조건, 9개의 환경외력 조건을 설정하 여 계류안전성을 평가하였다. 평과 결과를 종합하여 대상선박의 마루높이 및 환경외력 조건에 따른 계류요소 민감도를 도출하였다.
Fig. 24 Mooring safety assessment simulation program(OPTIMOOR) 출처 : Tension Technology International
2) 부두 좌표계
본 시뮬레이션 평가에 사용된 부두 좌표계( ) 및 부호규약(Notation) 은 Fig. 25와 같다. 부두 좌표계의 원점(Origin)은 부두의 중앙점으로 설정하였 으며, 방충설비의 법선 상에 존재하는 것으로 설정하였다. 또한 높이 방향으로 는 부두면(Pier) 위치에 존재하며, 기준점(Datum)은 약최저저조위(A.L.L.W.)이다.
부두 목표점(Berth Target)은 부두 좌표계의 원점과 일치하며, 최종적으로 접 안이 완료된 상태에서 선박 목표점(Vessel Target)과 길이 방향으로 평행하도록 설정한다. 바다에서 부두 쪽을 보았을 때, 우측 방향을 x축, 부두방향을 y축으 로, 연직 상방향을 z축으로 설정하였다. 부두의 방향은 진북(North) 방향으로부 터 시계 방향으로 정의된다. 계선주는 순차적으로 B1, B2, B3 등으로 표현되고, 방충설비는 F1, F2, F3 등으로 표현된다.
Fig. 25 Coordinate system and notation(Pier)
3) 선박 좌표계
본 시뮬레이션 평가에 사용된 선박 좌표계( ) 및 부호규약(Notation) 은 Fig. 26과 같다. 선박 좌표계의 원점은 선박의 중앙(Midship)으로 설정하였으 며, 선박의 중심선(Centerline) 상에 존재하는 것으로 설정하였다. 또한 높이 방 향으로는 상갑판(Main Deck)상에 존재한다. 또한, 선수 방향을 x축, 접안 방향 에 관계없이 부두 방향을 y축으로, 그리고 연직 상방향을 z축으로 설정하였다.
선박 목표점(Vessel Target)은 선박 좌표계의 원점과 일치하며, 최종적으로 접 안이 완료된 상태에서 부두 목표점(Berth Target)과 길이 방향으로 평행하도록 설정한다. 선박의 페어리드(Fairlead) 위치는 순차적으로 1, 2, 3 등의 번호로 표 시하며, 번호가 빠를수록 선수부에 있는 페어리드를 의미한다. 페어리드의 번호 는 그 페어리드를 통과하는 계류삭의 번호와 동일하다.
Fig. 26 Coordinate system and notation(Ship)
4.1.2 계류선박의 운동방정식 및 환경외력