Algemene projectomschrijving
Het olieproductieschip Aoka Mizu, een Floating Production Storage and Offloading (FPSO) unit, is verhuisd naar een nieuwe locatie op zee om olie te produceren op het Lancaster olieveld ten westen van de Shetland eilanden. Op deze locatie, aan de rand van de Atlantische oceaan, komen extreem hoge golven tot wel 31,5 meter hoog voor. Als gevolg hiervan kan ‘groen water’ (een massieve in beweging zijnde muur van water) met grote snelheden tot ver over de boeg van het schip spoelen. De impact van dit water op achterliggende constructies kan enorme schade aanrichten. De boegkap dient om met name de bestaande accommodatie en de nieuwe reddingsboten op het voorschip tegen het groene water te beschermen.
Door de interactie van schip en golven is het gedrag van ‘groen water’ sterk niet-lineair. Er is dan ook een reeks modeltesten uitgevoerd ter validatie. De resultaten van de modeltesten zijn gebruikt in de vormoptimalisatie en in de CFD-analyses waarmee uiteindelijk de ontwerpdrukken bepaald zijn.
Naast bestand te zijn tegen de hoge golfdrukken, werden er grote overspanningen en vrije hoogte gewenst om de bestaande functies van anker en meergerei op het voordek te behouden. Ook moest het gewicht van de constructie beperkt blijven om zo de stabiliteit van het schip te waarborgen.
Beschrijving staalconstructie en/of gebruik van staal
De stalen constructie overspant het gehele boegdek van ongeveer 33 meter breed over een lengte van ongeveer 14 meter en tot een hoogte van 11,4 meter boven het bestaande dek. De constructie is zo ontworpen dat deze de golven zoveel mogelijk afbuigt. Iets wat lastig te realiseren was door de korte beschikbare lengte in verhouding tot de gewenste hoogte. Daarnaast is er een inventief gatenpatroon toegepast dat piekdrukken vermindert en toch de snelheid, en dus de energie, uit het water haalt.
De boegkap heeft een hoge vormstijfheid gekregen door het toepassen van holle en bolle lijnen en knikken. Hierdoor kunnen alle krachten via de beplating direct in de relatief sterke huid van het schip gevoerd worden en is er nauwelijks steun op het dek nodig, waardoor het voordek met het afmeer- en ankergerei al zijn functies kon behouden. De spanten van de constructie zorgen voor lokale stijfheid. De knikken in de beplating worden ondersteund door stringerdekken.
Bijzondere aspecten bouwkundig concept / ontwerp
Het meest bijzondere aan het concept is de vormgeving die enerzijds de gewenste stijfheid levert en anderzijds de golven zoveel mogelijk van richting verandert om de krachten te verkleinen en het water af te voeren. Een bijzonder neveneffect is dat deze constructie in zijn primair functionele vormgeving ook een elegante vorm is geworden.
Daarnaast is de Aoka Mizu het eerste schip met dit bijzondere gatenpatroon in de boeg om de benodigde sterkte van plaatvelden en de totale constructie - en zo het gewicht - van de opbouw te verlagen.
Bijzondere constructieve slimmigheden / detailleringen
De insteek van de constructieve vormgeving is dat beplating naast de golfwerende functie ook onderdeel is van de constructieve sterkte, met als doel een zo licht mogelijke constructie te bereiken. Het gatenpatroon in de boegkap vermindert de druk op de constructie, maar het water dat er doorheen gaat wordt voldoende afgeremd dat het veilig is voor de achterliggende constructies. Bovendien zorgt dit patroon voor natuurlijke ventilatie en veel licht op het dek. Het Maritiem Research Instituut Nederland (MARIN) heeft de effectiviteit van het gatenpatroon bevestigd met CFD-berekeningen (hydrodynamische drukberekeningen). Uniek hierin was de koppeling tussen modeltestresultaten en CFD-berekeningen.
Bijzondere aspecten uitvoering
Omdat de constructie in minimale doktijd aangebracht moest worden op een bestaand schip is deze er ook op geconstrueerd om in één hijsoperatie aan boord gebracht te worden. Een ander bijzonder aspect is dat de boegkap is uitgerust met rekstrookjes en camera’s om, nu het schip operationeel is op open zee, nog meer te leren over groenwater impact en de bestaande modellen te kunnen valideren en te gebruiken voor toekomstige ontwikkelingen. Met de rekstrookjes en camera’s wordt in de praktijk bekeken wat er in werkelijkheid aan belasting op het schip komt, hoe hoog de golf was en waar hij de boegkap heeft geraakt.
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
De boegkap is een grote golfbreker die met name de achterliggende accommodatie en reddingsboten op het voorschip van de Aoka Mizu beschermt tegen impact door ‘groen water’.
