李佑興，朱齊茂

（上海港引航站，上海 200082）

上海港平均每年受惡劣氣象影響達(dá)160 天左右，其中大風(fēng)（風(fēng)力大于6 級(jí)）影響近40 天，大風(fēng)浪天氣進(jìn)行靠離泊作業(yè)的難點(diǎn)在于拖輪能否拖得住或拉得開大船，合理配置拖輪和充分發(fā)揮其功率是降低船舶靠離泊速度，確保碼頭設(shè)施和船舶安全的關(guān)鍵。本文旨在通過數(shù)據(jù)計(jì)算為大風(fēng)天氣下靠離泊操作時(shí)拖輪的配置和使用提供理論依據(jù)。

1 靠離泊作業(yè)中所需拖輪馬力的估算方法

大型船舶靠離泊時(shí)，所需拖輪的馬力大小和數(shù)量取決于所需克服外力的大小和本船所采用的靠離泊作業(yè)方式。日本巖井聰曾提出：所需拖輪馬力的假定條件包括兩項(xiàng)要求，一是克服入泊或離泊時(shí)的水阻力，二是克服推船入泊或離泊時(shí)的風(fēng)力影響。

所需拖輪馬力的兩種常用估算方式如下：

1.1 按交通部“海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范”，根據(jù)船舶的載重噸計(jì)算

BHP=KQ

式中：BHP－總功率（kW）；K－系數(shù)，當(dāng)DWT>50000噸，滿載取0.05，空載取0.07；Q－載重噸，當(dāng)DWT<50000噸，按：DWT×7.4 %(kW) 或GT×11 % (kW)；GT 為船舶總噸。

1.2 根據(jù)日本巖井聰公式，計(jì)算橫向風(fēng)壓力和橫向流壓力的矢量總和

P=F+Rw=9.8/2×ρa(bǔ)×Ca（Aacos2θ ＋Basin2θ）×Va2+ 9.8/2×ρw×CW×V2W×L×d

式中：P 為所需拖輪拖力(N)；ρw為海水密度(取1018kg/m3)；ρa(bǔ)為空氣密度(取1.226kg/m3)；Cw 為橫向水動(dòng)力系數(shù)；Ca 為橫向風(fēng)動(dòng)壓力系數(shù)；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；L 為船舶兩柱間長(zhǎng)；d 為船舶吃水；Va 為相對(duì)風(fēng)速(m/s)；Vw 為相對(duì)流速；θ 為風(fēng)舷角。

2 影響大型船舶安全靠離泊的動(dòng)態(tài)因素，包括風(fēng)、流、浪、能見度等

2.1 風(fēng)的影響

風(fēng)是大風(fēng)浪天氣條件下影響靠離泊安全的最重要、最直接的因素，包括風(fēng)力和風(fēng)向的影響。

舉例1：“XIN LOS ANGELES”輪船長(zhǎng)334m，船寬45.6m，首側(cè)推45t，當(dāng)d=12m 時(shí)，Aa=1700m2,Ba=6800 m2，不同風(fēng)向風(fēng)速條件下所受橫向風(fēng)壓力如下表1：

表1

當(dāng)d=9m 時(shí)，Aa=1800 m2,Ba=6000 m2,不同風(fēng)向風(fēng)速條件下所受橫向風(fēng)壓力如下表2：

表2

再舉例2：“COSCO KOBE”輪船長(zhǎng)260m，船寬32.2m，首側(cè)推22t，當(dāng)d=12m 時(shí)，Aa=1000m2,Ba=5800 m2，不同風(fēng)向風(fēng)速條件下所受橫向風(fēng)壓力如下表3：

表3

當(dāng)d=10m 時(shí)，Aa=1000 m2,Ba=4000 m2不同風(fēng)向風(fēng)速條件下所受橫向風(fēng)壓力如下表4：

表4

從上面兩個(gè)例子可以看出風(fēng)舷角在30°左右時(shí)與正橫方向攏風(fēng)時(shí)所受橫向風(fēng)壓力相差一倍多，六級(jí)風(fēng)風(fēng)舷角60°時(shí)所受風(fēng)壓力比七級(jí)風(fēng)風(fēng)舷角30°時(shí)所受橫向風(fēng)壓力也要大很多，可見風(fēng)向?qū)Υ笮痛按箫L(fēng)中靠離泊影響之大。

那么，當(dāng)吹攏風(fēng)風(fēng)速分別為10.7m/s(5 級(jí))、13.8m/s(6 級(jí))、17.1m/s(7 級(jí)) 時(shí)，5600TEU(LT)、6500TEU(CMA)、7700TEU(COSCO)、9200TEU(MSC) 的集裝箱船以及大型滾裝船等船型其水線以上船體側(cè)面積分別為多少？離泊需要多少拖力？用幾條拖輪？

表5所列為各船型受風(fēng)面積、所受外力和所需拖輪配置的參考數(shù)據(jù)。（計(jì)算略）

表5

注：① 表中外力大小中諸如4、8、26 等數(shù)值分別為不同吹攏風(fēng)時(shí)的橫向波浪漂移力，其公式為Ya=1/2×ρw×g×Cydק2d×L，式中§d 為平均波浪幅值，Cyd 為波浪漂移力系數(shù)。② 大風(fēng)天氣下100 馬力拖力相當(dāng)于1.3t。

2.2 流的影響

流對(duì)靠泊安全的影響表現(xiàn)為流壓力和流壓轉(zhuǎn)船力矩對(duì)船舶的影響以及對(duì)拖輪、側(cè)推器效率發(fā)揮程度的影響。

以“MSC SOLA”(LBP=348m，d=11m)為例，頂流左后來風(fēng)（Vw=1m/s）靠外四期碼頭，假設(shè)靠泊時(shí)相對(duì)流壓角為10°，取Cw=0.3，則

流壓力Rw=1/2wCwVw2Lwd=1/2×1018×0.3×12×3 48×11=60t

流壓作用點(diǎn)中心位于距船首0.25L 的位置，故船首拖輪至少應(yīng)配置45t 拖力，船位配置15t 拖力，才能克服流壓力確保安全。

同時(shí)，流對(duì)拖輪、側(cè)推器效率產(chǎn)生影響，流越急拖輪保持拖拉方向和自身船位難度就越大，導(dǎo)致其作用于大船的拖力減弱；對(duì)側(cè)推器的影響也是如此，一般當(dāng)船舶相對(duì)水的速度大于5 節(jié)時(shí)側(cè)推器效率大大降低，故船速快或流急都對(duì)側(cè)推效率發(fā)揮影響很大，從而影響靠離泊操作安全。

2.3 浪的影響

浪對(duì)靠離泊操作的影響主要表現(xiàn)在對(duì)協(xié)助拖輪的影響，包括對(duì)拖纜的影響及拖輪效率發(fā)揮程度的影響。操縱中應(yīng)充分考慮到大風(fēng)浪中帶纜的難度和風(fēng)險(xiǎn)，盡力為拖輪帶拖纜創(chuàng)造有利條件，同時(shí)控制住自身船位，留有安全余量，防止帶纜過程中被風(fēng)壓向碼頭。

橫向波浪漂移力Ya=1/2×ρw×g×Cydק2d×L，式中ρw為海水密度，§d 為平均波浪幅值，Cyd 為波浪漂移力系數(shù)，§d 為平均波浪幅值。

實(shí)際操作中浪和能見度對(duì)靠離泊操作安全的影響并不大，注意做到給拖輪帶拖纜創(chuàng)造有利條件，留有足夠的時(shí)間和空間就可以了，這里不進(jìn)行計(jì)算累計(jì)。

3 安排拖輪時(shí)要考慮下列因素

（1）由風(fēng)壓力和水壓力矢量之和得出所需拖輪的總馬力后，根據(jù)所受風(fēng)壓（風(fēng)向、風(fēng)力）情況、流的情況、浪的情況、側(cè)推器馬力大小、風(fēng)力作用點(diǎn)等來配置和使用拖輪，大風(fēng)浪情況下拖輪功率只能發(fā)揮出其額定功率的60%—70%，浪越大、流越急，拖輪發(fā)揮的拖力就會(huì)越小。

（2）有了總拖力，還要考慮不同風(fēng)動(dòng)力中心位置情況下，前后拖輪承擔(dān)的拖力比例會(huì)有所不同。對(duì)于前八字吹攏風(fēng)，風(fēng)舷角越小，風(fēng)動(dòng)力中心位置越靠近船首，船首拖輪承擔(dān)的拖力相對(duì)就越大；同理，后八字?jǐn)n風(fēng)，船尾拖輪承擔(dān)的拖力相對(duì)就越大。一般認(rèn)為，風(fēng)舷角30°時(shí)風(fēng)動(dòng)力中心位置點(diǎn)距船首船尾的比例為3：7，風(fēng)舷角60°時(shí)比例為4：6，正橫風(fēng)比例為5：5，應(yīng)依據(jù)該比例配置相應(yīng)拖力的拖輪。

（3）根據(jù)拖船的特性，對(duì)于z 型拖輪每100 馬力輸出推力約14.7KN，拖力是其頂推力的90%，大風(fēng)浪中拖輪要克服風(fēng)流影響而損失的拖力大，一般要求安排大馬力拖輪來協(xié)助靠泊；了解大風(fēng)浪中拖輪拉力只有頂推力的75%，老舊拖輪實(shí)際發(fā)揮出的功率只有額定功率的60%。

（4）船舶有前進(jìn)或后退速度時(shí)，拖輪作用效果降低，大船航速超過5 節(jié)，拖輪、側(cè)推器都將不起明顯作用。

（5）流速1 節(jié)拖力將減少10%，遇到浪大時(shí)拖輪會(huì)劇烈搖晃，拖力將更小，甚至無法協(xié)助靠泊；一般風(fēng)力≥10m/s，大型船舶靠離泊時(shí)就應(yīng)增加拖輪。

（6）在拖帶中應(yīng)密切注視拖輪位置，如拖輪位置不當(dāng)時(shí)應(yīng)該及時(shí)提醒，并防止倒拖和橫拖現(xiàn)象。為保證操縱的靈活性和避免拖纜承受更大的張力，最小俯角不大于15°，拖纜的長(zhǎng)度應(yīng)不小于從出纜口到水面高度的4 倍，實(shí)踐中一般最少為拖輪長(zhǎng)度的2 倍。

4 靠離泊操作中注意事項(xiàng)

（1）六級(jí)風(fēng)以上泊位留足船長(zhǎng)的130%。

（2）考慮風(fēng)向?qū)坎吹挠绊?，適當(dāng)增加拖輪并調(diào)。整拖輪馬力配置。

（3）了解六級(jí)風(fēng)相當(dāng)于2 節(jié)流，七級(jí)風(fēng)相當(dāng)于2.5-3節(jié)流的影響。

（4）了解大風(fēng)浪時(shí)拖輪僅能發(fā)揮額定功率的75%，老舊拖輪甚至只能發(fā)揮60%。

（5）盡可能將拖輪帶在靠近船首船尾位置，盡量大地發(fā)揮拖輪效能。

（6）給拖輪帶纜和拖頂操作預(yù)留足夠的時(shí)間，緩慢用力，避免發(fā)生因人為頓力致使斷纜情況。

（7）必要時(shí)使用車、舵、側(cè)推器和錨，拋錨的有效距離是60 米以上，出鏈長(zhǎng)度為2-3 倍水深，約能產(chǎn)生20—30t 的拉力。

（8）盡量減少船舶受風(fēng)面積，比如流不是很急的情況下，用大角度插入法以減少受風(fēng)面積，前提是抵泊前橫距要大。

（9）靠泊時(shí)在與碼頭橫距300 米左右測(cè)試拖輪是否拖得住，如發(fā)現(xiàn)不行立即采取措施，中止靠泊操作。

（10）當(dāng)風(fēng)力達(dá)8 級(jí)以上、浪高大于2～3 米時(shí)，拖輪會(huì)上下跳躍和搖晃，不僅發(fā)揮不出應(yīng)有的作用，拖輪自身的安全也受到威脅。因此，在這種惡劣氣象條件下，除非搶險(xiǎn)，否則大型船舶不宜進(jìn)行靠離泊操作，尤其是當(dāng)風(fēng)向接近正橫或正橫時(shí)。

5 結(jié)束語

上海港每年受大風(fēng)影響天數(shù)較多，尤其是冬季寒潮期，靠離泊作業(yè)面臨較大影響，為確保港口的生產(chǎn)和城市的運(yùn)營(yíng)不受影響，安全靠離泊作業(yè)顯得尤為重要，其中拖輪的合理配置與使用是安全保障中的重要一環(huán)，筆者依靠多年操作經(jīng)驗(yàn)結(jié)合船舶大型化發(fā)展的實(shí)際情況，對(duì)靠離碼頭操作中拖輪馬力配置進(jìn)行計(jì)算、比對(duì)和分析，計(jì)算得出的所需拖輪的總拖力與實(shí)際情況基本相符，考慮到自然環(huán)境、船型、排水量、拖輪實(shí)際功率、拖輪的維護(hù)保養(yǎng)、纜繩的質(zhì)量、駕駛員操作經(jīng)驗(yàn)等諸多影響拖力配置的重要因素，建議操作者在拖輪配置和使用上留有一定余地，確保安全靠離泊作業(yè)順利完成。