寧波引航站 謝迎春

從上世紀(jì)60年代末70年代初裝箱量一般不超過 1000 TEU 開始，到“馬士基.邁克-凱尼·穆勒”在海運(yùn)界驚嘆聲中的下水，集裝箱船一直沒有停止其大型化的腳步，而且在最近的幾年，集裝箱船的大型化勢(shì)頭越來(lái)越強(qiáng)勁。眾所周知，大型集裝箱船的受風(fēng)面積大，大風(fēng)浪時(shí)的靠離泊存在極大的事故隱患和風(fēng)險(xiǎn)。比如集裝箱船首尾削進(jìn)的船型和風(fēng)浪急流中拖輪的上下顛簸及漂移造成的拖輪系纜困難，拖纜位置不理想和拖輪馬力不足導(dǎo)致拖輪不能克服大船的橫移和偏轉(zhuǎn)，大船的前沖后縮和拖輪的劇烈運(yùn)動(dòng)造成拖纜斷裂。順流頂風(fēng)靠泊時(shí)，風(fēng)流對(duì)大船的轉(zhuǎn)頭效應(yīng)的疊加，造成大船本身主輔機(jī)、錨機(jī)及舵機(jī)的失靈等 等[1]。這些潛在危險(xiǎn)一旦發(fā)生或者未及時(shí)消除，不僅影響船舶、碼頭的作業(yè)效率，還可能造成財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境污染，甚至威脅到人命安全。眾所周知，風(fēng)力大小相等時(shí)，吹開風(fēng)時(shí)靠離泊比吹攏風(fēng)時(shí)要安全得多，本文主要對(duì)強(qiáng)攏風(fēng)情況下的大型集裝箱船舶進(jìn)行受力分析，繼而對(duì)拖輪的配置和靠泊方法進(jìn)行探討，并提出靠離泊注意事項(xiàng)[2]。

一、風(fēng)流影響下的大型集裝箱船受力情況分析及拖輪功率計(jì)算

1.風(fēng)力

船舶受到的風(fēng)力可以分解為縱向風(fēng)力和橫向風(fēng)力，縱向風(fēng)力可通過船舶自身用車加以克服，而橫向風(fēng)力則需通過拖輪、側(cè)推器、錨、車、舵等的合理使用來(lái)加以克服。根據(jù)Hughes 公式，橫向風(fēng)壓力大小為：

其中：Ya為風(fēng)力橫向分力；Fa為水線以上船體所受的風(fēng)力；α為風(fēng)力角；ρa(bǔ)為空氣密度；Ca為風(fēng)力系數(shù)，其值隨風(fēng)舷角以及船體水線以上受風(fēng)面積的形狀的變化而變化；Aa為水線以上船體正面投影面積；Ba為水線以上船體側(cè)面投影面積；θ為相對(duì)風(fēng)舷角；va為相對(duì)風(fēng)速（m/s）。

下面對(duì)代表船型“MSC SOLA”號(hào)船及“CSCL LONG BEACH”號(hào)船的滿載、半載、空載3 種載況進(jìn)行橫向風(fēng)力的計(jì)算，“MSC SOLA” 號(hào)船及“CSCL LONG BEACH” 號(hào)船的船型數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 實(shí)船船型尺度數(shù)據(jù)表 m

根據(jù)Hughes 公式，橫向風(fēng)力計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 論證船型所受橫向風(fēng)力計(jì)算表 t

從表2 可知，當(dāng)相對(duì)風(fēng)舷角從30°增加到90°時(shí)，橫向風(fēng)力大幅增加。風(fēng)速10 m/s、風(fēng)舷角60°時(shí)所產(chǎn)生的橫向風(fēng)力比風(fēng)速13.8 m/s、風(fēng)舷角30°時(shí)所產(chǎn)生的橫向風(fēng)力還要大?？梢?，風(fēng)向?qū)Υ笮图b箱船的靠離泊影響非常大。

2.水動(dòng)力

正橫方向的水動(dòng)力用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Yw為橫向水動(dòng)力；ρw為水密度；Cwy為橫向水動(dòng)力系數(shù)；L為船舶水線長(zhǎng)度；d為船舶吃水；vw為船舶與水的相對(duì)速度。

從表3 可知，對(duì)于論證船型在不同裝載狀態(tài)下，漂角由10°增加到20°時(shí)，橫向水動(dòng)力差不多增加1 倍，相對(duì)速度由1 kn 增加到2 kn 時(shí)，橫向水動(dòng)力增加3 倍左右。

3.所需拖輪功率的估算

影響靠離泊的主要是橫向風(fēng)壓力和水阻力，橫向的風(fēng)壓力和水阻力主要依靠拖輪來(lái)克服。平流時(shí)，船舶在拖輪協(xié)助下，從靜止開始橫向啟動(dòng)，橫向水阻力逐漸增加，到風(fēng)力、拖力、水阻力合力為零時(shí)達(dá)到最大橫移速度進(jìn)入勻速運(yùn)動(dòng)。船舶啟動(dòng)時(shí)間和距離估算公式為：

其中：t0為啟動(dòng)時(shí)間，指船舶啟動(dòng)后達(dá)到定常速度所需時(shí)間；S0為啟動(dòng)距離，指船舶啟動(dòng)后達(dá)到定常速度的航進(jìn)距離；R0為船舶啟動(dòng)后達(dá)到定常速度時(shí)的最大水阻力。

根據(jù)船舶啟動(dòng)時(shí)間和距離估算公式，針對(duì)受風(fēng)流影響較大的滿載和半載狀態(tài)，計(jì)算船舶在平流條件下橫移200 m 和300 m 所需時(shí)間，其結(jié)果如表4所示。

船舶離碼頭在拖輪協(xié)助下必須達(dá)到一定的橫移速度，如果離泊時(shí)間過長(zhǎng)，說明拖輪配備不夠，既不安全又不經(jīng)濟(jì)[3]。從表4 可以看出，船舶最大橫移速度為0.5 kn 時(shí)離泊橫移 300 m 所需時(shí)間大約21 min，船舶最大橫移速度為0.25 kn 時(shí)離泊橫移 300 m 所需時(shí)間大約42 min。如果船舶最大橫移速度僅能達(dá)到0.25 kn，加上解纜和掉頭的時(shí)間，船舶實(shí)際離泊時(shí)間至少需要1 ～1.5 h，既不經(jīng)濟(jì)又不安全；如果船舶最大橫移速度能達(dá)到0.5 kn，基本可以保證船舶在 0.5 ～1 h 內(nèi)離開，不僅經(jīng)濟(jì)也符合實(shí)際港口生產(chǎn)需要。根據(jù)表4 的最大水阻力數(shù)據(jù)，論證船型在受風(fēng)影響下達(dá)到0.5 kn 橫移速度所需配備的拖輪馬力計(jì)算結(jié)果見表5。

從表5 可以看出，橫移速度要達(dá)到0.5 kn，在風(fēng)速為10 m/s、風(fēng)舷角為60°的情況下，對(duì)于336 m 長(zhǎng)集裝箱船(滿載)所需拖輪馬力為76.3 t，對(duì)于366 m 長(zhǎng)集裝箱船(滿載)所需

拖輪馬力為93.7 t；在風(fēng)速為13.8 m/s、風(fēng)舷角為60°的情況下，對(duì)于336 m 長(zhǎng)集裝箱船(滿載)所需拖輪馬力為150.2 t，對(duì)于366 m 長(zhǎng)集裝箱船(滿載)所需拖輪馬力為177.5 t。大風(fēng)浪時(shí)，大型集裝箱船舶除受到風(fēng)力和水動(dòng)力外，還受到來(lái)自波浪的作用力。船舶所受的橫向波浪漂移力與海水密度、波浪幅值、波浪漂移力系數(shù)等有關(guān)。對(duì)于一艘船長(zhǎng)為335 m 的集裝箱船舶，5 級(jí)吹攏風(fēng)時(shí)，橫向波浪漂移力噸數(shù)為一位數(shù)，但是風(fēng)力為7 級(jí)時(shí)，該值可能達(dá)到或超過30 t。

表3 論證船型所受橫向水動(dòng)力計(jì)算表 t

表4 論證船型在平流條件下橫移200m和300m所需時(shí)間

表5 論證船型在受風(fēng)影響下達(dá)到0.5kn橫移速度所需配備的拖輪馬力 t

二、大風(fēng)浪情況下大型集裝箱船舶靠離泊注意事項(xiàng)

1.靠離泊時(shí)機(jī)的選擇。在大風(fēng)浪條件下，大型集裝箱船舶靠離泊作業(yè)應(yīng)盡可能選擇緩流時(shí)進(jìn)行，避開潮水急漲急落時(shí)段。風(fēng)大流急時(shí)，拖輪為了保持拖力方向和自身的船位，導(dǎo)致其作用于大船的有效拖力大大減弱。當(dāng)大船對(duì)水運(yùn)動(dòng)時(shí)，拖輪對(duì)水也會(huì)產(chǎn)生相對(duì)速度，繼而影響其推拉力。當(dāng)拖輪對(duì)水速度達(dá)到5 ～7 kn 時(shí)，拖輪就完全失去了作用。急流不僅影響拖輪效能的發(fā)揮，側(cè)推器的效率也會(huì)大打折扣。當(dāng)大船對(duì)水速度超過5 kn 時(shí)，側(cè)推器的作用微乎其微[4]。

2.拖輪的配備既要考慮經(jīng)濟(jì)因素，又要考慮安全因素。對(duì)于大型集裝箱船舶，由于其慣性巨大，操縱中不易控制，通常需要兩艘及以上拖輪協(xié)助靠離泊。拖輪的配置還需要考慮泊位地理?xiàng)l件、自然條件的影響，船舶在掉頭過程中遭遇不利的切變流時(shí)，船首尾遇到反向流，流致偏轉(zhuǎn)力矩大，單靠船舶自身可能難以克服，這時(shí)需要足夠的拖輪來(lái)抑制切變流帶來(lái)的不利偏轉(zhuǎn)[5]。

3.充分認(rèn)識(shí)到大風(fēng)浪情況下拖輪帶纜和操作的困難。船長(zhǎng)或引航員應(yīng)留出足夠的時(shí)間帶拖輪，帶拖輪時(shí)大船的速度盡可能慢，必要時(shí)為拖輪做下風(fēng)。首尾帶纜人員應(yīng)提前準(zhǔn)備好帶撇纜頭的引纜，避免引纜在大風(fēng)中飄蕩而無(wú)法讓拖輪上的船員拿到。有經(jīng)驗(yàn)的拖輪上一般配有帶鉤子的長(zhǎng)篙，用來(lái)鉤撇纜頭。船首帶纜時(shí)，船方可以從外舷接近船首的導(dǎo)纜孔處拉出一根引纜，到一、二艙位置，交給拖輪，拖輪上的船員系好引纜和拖纜，大船用絞纜機(jī)絞上即可。船尾也可以用這種方法帶纜。帶纜過程中，船長(zhǎng)和引航員要控制好自身的船位，防止被風(fēng)流壓向碼頭，造成緊迫局面[6]。使用拖輪時(shí)，船速越慢，拖輪越容易擺位（特別是兩條拖輪間距離有限時(shí)），有利于拖輪馬力發(fā)揮。風(fēng)浪大，拖輪從頂?shù)酵匣驈耐系巾?，時(shí)間較長(zhǎng)，要給拖輪留足余地。大風(fēng)浪情況下，拖輪功率的發(fā)揮一般只有其核定功率的60%～70%，浪越大、流越急，拖輪能發(fā)揮的有效拖力就越小，甚至不到一半。

三、結(jié)語(yǔ)

“集裝箱船怕風(fēng)，拖輪怕浪”，大風(fēng)浪時(shí)大型集裝箱船舶的靠離泊風(fēng)險(xiǎn)和難度大，技術(shù)要求高?？侩x泊作業(yè)前，船長(zhǎng)和引航員應(yīng)根據(jù)風(fēng)、浪和流的預(yù)報(bào)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、環(huán)境自然條件以及本船的裝載情況和操縱性能，制定出靠離泊預(yù)案，靠離泊預(yù)案應(yīng)包括拖輪的配置要求。作業(yè)中，船方、引航員、碼頭調(diào)度和帶纜人員、拖輪等要保持良好的溝通，密切配合，謹(jǐn)慎細(xì)致地操作，對(duì)靠離泊預(yù)案中未盡事項(xiàng)作出及時(shí)正確的反應(yīng)[7]。大型集裝箱船舶在大風(fēng)浪時(shí)的靠離泊需要科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，切不可冒險(xiǎn)蠻干。經(jīng)過認(rèn)真全面的分析和評(píng)估，確信無(wú)法達(dá)到靠離泊作業(yè)的安全要求時(shí)，切不可實(shí)施靠離泊作業(yè)，以免造成嚴(yán)重的后果和無(wú)可挽回的損失。

[1]茅開松.大型集裝箱船平行靠泊研究[J].港口科技,2011(3)：15-16.

[2]潘國(guó)華.大風(fēng)浪時(shí)大型集裝箱船安全靠、離泊的思考[J].航海技術(shù),2006(4)：8-11.

[3]陳利忠.淺談超大型集裝箱船舶在港內(nèi)的操縱[J].港口科技,2011(8)：4-7.

[4]韓冬林,林曉梁.世界最大集裝箱船進(jìn)靠洋山深水港的安全引航技術(shù)[J].中國(guó)水運(yùn),2009(2)：25-28.

[5]劉大剛,鄭中義,吳兆麟.大風(fēng)浪中船舶安全性評(píng)估方法綜述[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào),2003(1)：31-35.

[6]熊振南,翁躍宗,張壽桂.超大型船舶靠離泊操縱中拖輪助操的應(yīng)用[J].集美大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009(3)：34-37.

[7]孫友林.船舶安全靠離泊應(yīng)考慮的因素[J].航海技術(shù),2008(S1)：20-24.