Schiffs­führungs­simulationen

Die Bundesanstalt für Wasserbau, Dienststelle Hamburg, Abteilung Wasserbau im Küstenbereich berät die Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt (GDWS) u. a. im Rahmen von Fahrrinnenbemessungen für die Anpassung der Seeschifffahrtsstraßen an die Großschifffahrt (z. B. Unter- und Außenelbe, Unterweser, Außenweser, auch Zufahrt Stralsund, Peenestrom). Zur endgültigen Festlegung der Fahrrinnenabmessungen haben heutzutage die Ergebnisse aus Schiffsführungssimulationen eine erhebliche Entscheidungsrelevanz. Der Einsatz von Schiffsführungssimulatoren wird für eine Fahrrinnenbemessung als wertvoll erachtet und für kritische Randbedingungen (z. B. Minimierung der Fahrrinnenabmessungen) empfohlen (u. a. PIANC WG II-20, 1992; PIANC WG II-30, 1997), obwohl die Grenzen für eine derartige Anwendung noch unsicher sind. Die BAW wird vornehmlich von den Wasserstraßen- und Schifffahrtsämtern zur fachlichen Beratung bei Vergabeverfahren von Simulationsaufträgen und für die Überprüfung der Bemessungsansätze hinzugezogen. Bewertungen der heutigen, für nautische Fragestellungen konzipierte Schiffsführungssimulationssoftware führten zu der Feststellung, dass die für eine Fahrrinnenbemessung relevanten mathematischen Ansätze der Simulationsanlagen (z. B. zum Squat, zum Bank-Effekt) nicht den fachlichen Anforderungen der WSV genügen. Mit dem Hintergrund der schnell zunehmenden Schiffsgrößen in der Containerschifffahrt und der langen Planungsphasen für Anpassungsmaßnahmen der Seeschifffahrtsstraßen wird eine fachlich abgesicherte Befahrbarkeitsanalyse für zukünftige große Containerschiffe z. B. für das Weser- oder Elbeästuar oder auch den NOK gefordert.

Die Dringlichkeit der Aufgabe wird umso deutlicher, als die wirtschaftliche Ausnutzung der heute vorhandenen oder zukünftig angepassten Infrastruktur der Wasserstraße im Vordergrund stehen wird und damit eine kontinuierliche Weiterentwicklung der modularen Simulationssoftware, auch in Form von Entwicklungs- und Implementierungsarbeiten, erforderlich ist.

Im Bereich der Binnenschifffahrt werden Schiffsführungssimulatoren in Deutschland erst seit dem Jahr 2008 eingesetzt. Seit 2009 verfügt die BAW Karlsruhe über einen eigenen Simulator. Aufbauend auf diesen kommerziellen Simulator, der für die Ausbildung des nautischen Personals auf Seeschiffen konzipiert ist, wurde der vorhandene Rechenkern um Methoden zur Berechnung schiffsinduzierter Wellen und zur Vorhersage der Bewegung von Binnenschiffen in extrem flachem Wasser unter Berücksichtigung von Strömungsfeldern erweitert. Parallel wurden die Eigenschaften der Heck- und Bugruderanlagen an die Technik, wie sie üblicherweise auf Binnenschiffen eingesetzt wird, angepasst. Weitere Entwicklungen, wie z.B. die Erweiterung des Kollisionsmodells zur Simulation von Gleitmolen, Squat und Banking, sind in Bearbeitung.

Für die Durchführung der Untersuchungen im Rahmen von Projekten für die WSV existieren zwei unterschiedliche Vorgehensweisen. Um zu möglichst objektiven Simulationsergebnissen zu gelangen, werden die Simulationsfahrten durch einen Regelkreis gesteuert, der dafür sorgt, dass das Modellschiff einer vorgegebenen Leitlinie folgt. Damit wird gewährleistet, dass die Leistungen und Fähigkeiten des "Schiffsführers" für die gesamten Untersuchungen konstant und die Ergebnisse der einzelnen Simulationsfahrten untereinander vergleichbar sind. Die Befahrbarkeit des Fahrtreviers unter Beachtung der vorgegeben Leitlinie an sich und die Anzahl und Stärke der Schiffsmanöver, die im Verlauf der Simulationsfahrt eingeleitet werden mussten, geben Auskunft darüber, in wieweit Sicherheit und Leichtigkeit für die Befahrbarkeit der Untersuchungsstrecke gegeben sind.

Alternativ besteht die Möglichkeit, das Schiff von einem Schiffsführer nach Sicht durch die Untersuchungsstrecke zu steuern. Zu diesem Zweck steht dem Schiffsführer ein nachgebildeter Steuerstand mit originalen Bedienelementen eines Binnenschiffes zur Verfügung. Die Außensicht wird mit Hilfe von mehreren Monitoren dargestellt. Um den Simulator hinsichtlich der Wahl des Schiffstyps, der Antriebsart und der Ausrüstung mit Ruderorganen möglichst flexibel zu gestalten, können unterschiedlichste Bedienelemente installiert werden. Die für den Schiffsführer notwendigen Anzeigeinstrumente werden generisch auf Monitoren im Fahrpult dargestellt. Seit Inbetriebnahme des Binnenschiffsführungssimulators hat sich die Anlage als ein sehr effektives Werkzeug zur Beantwortung verkehrswasserbaulicher Fragestellung bewährt.

Methoden Wasserbau