令和３年(第２１回)海上技術安全研究所研究発表会

走錨リスク判定システムの開発

流体性能評価系
宮崎英樹，河村昂軌，柳裕一朗，鈴木良介，田口晴邦
海洋開発系
渡邊充史，長谷川賢太，石田圭，齊藤昌勝，佐藤宏，湯川和浩
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背景（社会・行政ニーズ） 平成30年9月の台風21号の影響で発生した関西国際空港連絡橋への油タンカーの衝突や令和元年９月の台風15号の影響で発生した横浜港
南本牧はま道路への貨物船の衝突など，走錨に起因する重大事故が続発している．
 走錨が発生すると，自船の他，社会インフラ，海洋環境に大きな被害をもたらす場合があるため，事故を削減させることが喫緊の課題である．国土強靱化年次計画2020（令和2年6月18日国土強靱化推進本部決定）においても走錨事故の防止対策を進めることとされている．
 国土交通省海事局の「走錨リスク判定システムの確立のための調査事業」として，「走錨リスク判定システム」の開発を行った．
関西国際空港連絡橋への油タンカーの衝突
出典：朝日新聞デジタル

国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 海上技術安全研究所2錨泊・走錨について

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錨泊とは
 船舶が岸壁や桟橋に接岸するのではなく，自船のアンカーを投錨して係留することを錨泊という 投錨，揚錨いずれの作業も比較的容易で機動性もあるので，仮泊に錨泊をすることが多い 荒天時にも錨泊をすることがある

錨

錨鎖

開き角

 錨泊方法は幾つかあり，代表的なものとしては片舷の錨のみを使用する「単錨泊」と両舷の錨を使用する「双錨泊」がある
 「双錨泊」の「開き角」は45～60度程度が推奨（本システムでは60度と設定）
単錨泊

双錨泊

国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 海上技術安全研究所4錨泊中の船体に働く力 錨泊中の船体には，船体が水から受ける力，風圧力，波漂流力，錨鎖張力などが働く
 船体に働く力が錨と錨鎖の係駐力を下回る範囲であれば安全に錨泊することができる
 船体に働く力が錨と錨鎖の係駐力を上回ると，走錨に至る

風圧力
水から受ける力
波漂流力

錨鎖張力
錨の把駐力
錨鎖の摩擦力係駐力国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 海上技術安全研究所

5走錨とは風・波

振れ回り

 外力（操縦流体力・風圧力・波漂流力など）が錨と錨鎖の係駐力を上回ると走錨する

振れ回り走錨

 走錨は2段階の現象を伴う
 第一段階：振れ回り走錨
外力が係駐力を上回ると船体が振れ回りながら，風下に圧流される

 第二段階：圧流走錨
圧流走錨

更に船体に働く外力が大きくなると船体が風に対して横倒しになりながら一定の速度で風下に圧流される「走錨海難の防止対策」，海と安全，NO.579，日本海難防止協会
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6

走錨リスク判定システムについて

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走錨リスク判定システムの概要
 走錨リスク判定システムは，船舶情報（事前入力），錨泊情報，気象・海象情報（現場入力）の入力することで，走錨リスクの判定結果や適切な錨鎖伸出長等の参考情報を提示するソフトウェアです．

トップ画面

計算結果画面（横軸：錨鎖節数）
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8走錨リスク判定システムの概要

データ入力

錨泊情報

船舶情報
リスク評価

船舶情報
錨泊情報

最大係駐力の算出

波・風共存下での錨泊船の振れ回り運動推定プログラム

錨泊中の錨鎖張力と最大係駐力との比較

気象・海象情報
気象・海象情報

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風圧力

錨泊船の振れ回り運動推定プログラムの開発
 振れ回り運動の運動方程式

水から受ける力
波漂流力
錨鎖張力

 錨鎖張力の計算
 錨鎖の伸びを考慮したカテナリー近似を適用した *𝑚 𝑚𝑥 𝑢
𝑚 𝑚𝑦 𝑣𝐼𝑧𝑧 𝐽𝑧𝑧 𝑟𝑢, 𝑣, 𝑟𝑚, 𝑚𝑥 , 𝑚𝑦𝑚𝑚𝑚𝑦 𝑣𝑟𝑚𝑥 𝑢𝑟

 錨鎖の一部が水底を這い，他の部分はカテナリーを描く
場合には下式となる

𝑋
𝑌𝑁𝑋

𝐸𝐴

: 船速 U の 𝑥, 𝑦 軸⽅向成分及び回頭⾓速度: 船の質量及び 𝑥, 𝑦 軸⽅向の付加質量

𝐸𝐴𝐼𝑧𝑧 , 𝐽𝑧𝑧: 重⼼まわりの回頭運動に関する慣性モーメント及び付加慣性モーメント

𝑋, 𝑌, 𝑁: 船体に作⽤する外⼒の 𝑥, 𝑦 軸⽅向成分ならびに回頭モーメント

𝑋
𝑌
𝑁

𝑋𝐻
𝑌𝐻
𝑁𝐻

𝑋𝑃𝑋𝐴
𝑌𝐴
𝑁𝐴

𝑋𝑊 𝑋𝑇
𝑌𝑊 𝑌𝑇
𝑁𝑊 𝑁𝑇

〇H

水から受ける力〇P

プロペラ推力

〇A

風圧力

〇W

波漂流力

〇T

錨鎖張力

28𝑥𝑥 𝑋
𝐸𝐴
10x
𝑋
𝑆
𝑆
𝑆
12𝑥
𝑥
10x 3𝑋𝐸𝐴
15𝑆
𝑆𝑆𝑥
2𝑊𝑍 𝐸𝐴
1𝑋0𝑆
9𝑆

𝐸𝐴 5

3𝑥 𝑋𝑆* 庄司邦昭, 係留浮体の運動と係留索の張力に関する研究, 日本造船学会論文集，138号，1975年，pp. 233-246
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10風圧力錨泊船の振れ回り運動推定プログラムの開発
 水から受ける力の表現 **水から受ける力波漂流力
錨鎖張力

 波漂流力の推定 *** 波漂流力のx軸方向成分 XW は，丸尾による推定式を，y軸方向成分及びz軸まわりの成分 YW,NW はNewmanによる推定式を用いて，次式のように表した．（3次元パネル法）
𝑋𝑊𝑌𝑊𝑁𝑊𝜌𝜅 2 2𝜋2𝐻𝜃
𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑐𝑜𝑠 𝜒 𝑑𝜃
8𝜋 0𝜌𝜅 2 2𝜋2𝐻𝜃𝑠𝑖𝑛 𝜃 𝑠𝑖𝑛 𝜒 𝑑𝜃8𝜋 02𝜋𝜌𝜅1𝐼𝑚𝐻 𝜃 ∗ 𝐻 𝜃 ′ 𝑑𝜃𝜌𝜔𝜁𝑎 𝑅𝑒 𝐻 𝜋 𝜒 ′8𝜋2𝜅0⎫⎪⎪⎬⎪⎪⎭

ここで，X’u, X’vr, Y’v, Y’vvv などは操縦微係数である** 高品純志：タグによる操縦運動とその計算法について，日本造船学会論文集，第160号，昭和61年11月，pp.98-102*** M. Ueno, S. Ohmatsu and S. Chiaki：Estimation Program for Steady Wave Loads on Ships at Zero Forward Speed Using Database，
海上技術安全研究所報告，第16巻第3号，平成29年1月，pp.43-52
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風圧力

錨泊船の振れ回り運動推定プログラムの開発

水から受ける力
波漂流力
錨鎖張力

 風圧力の推定 ****𝑋𝐴𝑌𝐴
𝑁𝐴1
𝜌𝑎 𝐴𝐹 𝑉𝐴 2 𝐶𝑋
⎫2⎪12
𝜌 𝐴 𝑉 𝐶
2 𝑎 𝐿 𝐴 𝑌⎬1⎪𝜌𝑎 𝐿𝑂𝐴 𝐴𝐿 𝑉𝐴 2 𝐶𝑁 ⎭2風圧力を算出するために必要なパラメータ：船舶情報入力データ：船舶詳細情報入力データ**** 藤原敏文，上野道雄，池田良穂：成分分離型モデルを利用した新しい風圧力推定法，日本船舶海洋工学会論文集，第2号，平成17年10月，pp. 243-255
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12錨泊船の振れ回り運動推定プログラムの開発
 最大係駐力
 船体に働く外力を次第に大きくして走錨直前のぎりぎりまで増大させたとき，外力と係駐力のバランスが極限状態となる瞬間がある．
 このときの外力は伸出量に対して走錨せずに対抗できる最大外力であり，最大の係駐力となる．
 船の係駐力(P)は以下のように書ける．
𝑃𝑤 ⋅𝜆𝑤 ⋅𝜆

錨の把駐力

𝑙𝐻

2𝑋
𝐻𝑤′

錨鎖の摩擦力 最大係駐力( Fm )は上式において，係駐力( P ) と外力( XT )がバランスした状態が係駐力としての最大値となる．
 そこで，上式の P と XT を Fm に置き換えて，2次方程式を解くことで最大係駐力が得られる ．
𝐹𝑤 ·𝜆𝑤 ·𝜆𝑙

𝐻

2𝐹𝑤

𝐻wa

錨重量wc

単位長さ当たりの錨鎖重量

λa

把駐力係数

λc

摩擦係数
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水槽実験による精度向上と検証

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水槽実験による精度向上

内航フェリー模型 (スケール：1/36)

内航タンカー模型 （スケール：1/30）

模型船

実船

模型船

実船

垂線間距離 (m)

2.78

100.1

垂線間距離 (m)

2.87

86.1

船幅 (m)

0.52

18.7

船幅 (m)

0.53

15.9

喫水 (m)

0.14

5.0

喫水 (m)

0.154.5

排水容積 (m3)0.1265878.7

排水容積 (m3)0.1644428.0

風圧側面積 (m2)

1.021321.9

風圧側面積 (m2)0.64576.0

痩せ型船型の代表

肥大船型の代表
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水槽実験による精度向上①船が運動したときに水から受ける力（操縦流体力）②船体が波から受ける力（波漂流力）③プロペラが発生する力（プロペラ推力）

錨泊時の運動特性に対応した水槽実験（海洋構造物試験水槽）

内航船模型を用いた水槽実験（実海域再現水槽）

内航船用プロペラを用いた水槽実験（中水槽）

錨泊時の低速・大斜航状態
操縦流体力推定式の決定

既存の波漂流力データベースの妥当性の検証

プロペラ推力近似式の妥当性の検証

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錨泊船の振れ回り運動推定プログラムの検証
 波風共存下での錨泊船の振れ回り運動に関する水槽実験
 内航船の代表的な2船型（フェリー，タンカー）の模型船で実施
フェリー： 代表的な痩せ型船型．風圧側面積が比較的大きく，風の影響を受けやすい船型．
タンカー： 代表的な肥大船型．重大な走錨事故が発生している船型．

実験概要

計測条件
造波装置

自動追跡装置風荷重模擬装置
内航船模型

錨鎖○フェリー模型（実船換算）
錨泊方法： 単錨泊（錨鎖長 216, 288 m）
外力条件： 風速 10 - 25 m/s,
波高 1.6, 2.2 m, 波周期 7.3, 8.2 秒○タンカー模型（実船換算）
錨泊方法： 単錨泊（錨鎖長 180, 240 m），
双錨泊（錨鎖長 180 m） ，振れ止め錨
外力条件： 風速 15 - 25 m/s,
波高 1.8, 2.3 m, 波周期 4.6 - 6.6 秒

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17錨泊船の振れ回り
運動推定プログラムの検証
 計測条件（実船換算）
 フェリー模型 錨泊方法： 外力条件：単錨泊（錨鎖長 198m）
風速 15m/s, 波高 1.6m, 波周期 8.2秒
波長船長比 1.04

 タンカー模型 錨泊方法： 外力条件：

単錨泊（錨鎖長 180m）
風速 15m/s, 波高 1.8m, 波周期 6.6秒
波長船長比 0.8

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18錨泊船の振れ回り運動推定プログラムの検証

計測結果

タンカー模型

方位角 [deg]

アンカー点

船首方位船首方位の変動幅が計算値と計測値でほぼ一致している

60

フェリー模型

4020

方位角 [deg]

航跡0-20-40

タンカー模型-60100

フェリー模型

150200

フェリー模型

6040
200-20-40-60
100t[s] 250

150‐4.0‐3.0‐2.0‐1.0

0.0Y(m)1.0

2.0

3.04.0

フェリー模型

0.60.50.4
0.30.20.1050‐2.0タンカー模型
錨鎖張力(合力) [kgf]フェリー模型‐1.0

フェリー模型
錨鎖張力(合力) [kgf]0.0X(m)

シミュレーション結果

タンカー模型

t[s]

250

t[s]

200

錨鎖張力の最大値が計算値と計測値でほぼ一致している錨鎖張力

1.0200

シミュレーション結果

計測結果

船型と振れ回り特性（振れ幅：フェリー＞タンカー）の対応が一致している．

タンカー模型

100150t[s]タンカー模型

0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
050

100200

シミュレーション結果

計測結果

錨泊条件，外力条件を変えた計測結果との比較によりプログラムの妥当性を確認

150

19

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走錨リスク判定システム（PC版）のデモ

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走錨リスク判定システムの使用について
 本システムは走錨を「予防」することを目的としています．
 使用するタイミングとしては「錨泊の前」，または錨泊後に「気象・海象の変化が予想され場合」を想定しています．
 錨泊の前：
錨泊予定地の水深・底質の確認し，気象・海象情報を事前に入手して，適切な錨泊方法の検討を行う（気象・海象情報については揚錨までの情報を入手する）
 錨泊後：
気象・海象の予報が変更された場合には，新たな情報を入力して現状の錨泊方法が適切か再検討を行う（気象・海象情報については揚錨までの情報を入手する）

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主機使用に必要なデータの入力

走錨リスク判定システムの種類
風圧力推定に必要なデータの追加

高い

Webアプリ版

PC版（「プロペラ情」報まで入力）

推定精度

PC版
（「詳細情報」まで入力）
Webアプリ版（詳細モード）PC版（「船舶情報」のみ入力）

Webアプリ版（簡易モード）

PC版

低い
少ない

多い
入力データ数国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 海上技術安全研究所

22走錨リスク判定システムの推定結果表示

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23走錨リスク判定システムの入手方法
 本システムは海上技術安全研究所のホームページからダウンロード（PC版）・使用（Webアプリ版）が可能です．
 本システムは無償で使用することができます．（Webアプリ版は別途通信料がかかります．）
 PC版はダウンロードする際に，ユーザー登録が必要となります．
ここをクリック

海技研ホームページ
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走錨リスク判定システムの入手方法

Web
アプリ版
PC版

PC版のダウンロード画面

ここをクリック

Webアプリ版のスタート画面
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25利用実績（R3.7.14現在）
走錨リスク判定システム PC版：DVD配布数 計４37枚配
布先：〇日本内航海運組合総連合会 （350枚）〇国土交通省海事局 （15枚）〇大阪旭海運株式会社 （17枚）〇（一社）日本船主協会 （9枚）〇（一社）日本旅客船協会 （5枚）
〇その他 （41枚）

走錨リスク判定システム WEBアプリ版計算回数：

走錨リスク判定システム PC版ダウンロード数 計273件船種別の計算割合

計９３８件
簡易モード：７３０件 詳細モード：２０８件
タンカー
一般貨物船
フェリー
セメント船
コンテナ船
LNG‐LPG船
ケミカルタンカー

総トン数別の計算割合

走錨リスク判定の分布
ダウンロード数の推移

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おわりに
 走錨による海難事故を防止するために，適切な錨泊地・錨泊方法の選定を支援する「走錨リスク判定システム」の開発を行った．
 本システムの推定精度の向上を図るために，模型船を用いた水槽実験を行った．また，本システムの検証用に錨泊中の振れ回り運動の計測を行った．
 シミュレーション結果と水槽実験結果との比較により，錨泊中の振れ回り運動を実用的にシミュレーション出来ることが確認された．
 今後は本システムを活用して，走錨を回避するための適切な錨泊方法や操船方法についても検討を行う予定である．
 本システムが数多くの船舶で使用して頂き，走錨による海難事故の防止に役立つことを期待している．

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謝 辞 本研究は，国土交通省海事局の「走錨リスク判定システムの確立のための調査事業」として実施しました．関係各位に深く感謝申し上げます．

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