大風浪情況下大型集裝箱船的靠離泊

寧波引航站 謝迎春

從上世紀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頭越來越強勁。眾所周知，大型集裝箱船的受風面積大，大風浪時的靠離泊存在極大的事故隱患和風險。比如集裝箱船首尾削進的船型和風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致拖輪不能克服大船的橫移和偏轉，大船的前沖后縮和拖輪的劇烈運動造成拖纜斷裂。順流頂風靠泊時，風流對大船的轉頭效應的疊加，造成大船本身主輔機、錨機及舵機的失靈等 等[1]。這些潛在危險一旦發生或者未及時消除，不僅影響船舶、碼頭的作業效率，還可能造成財產損失和環境污染，甚至威脅到人命安全。眾所周知，風力大小相等時，吹開風時靠離泊比吹攏風時要安全得多，本文主要對強攏風情況下的大型集裝箱船舶進行受力分析，繼而對拖輪的配置和靠泊方法進行探討，并提出靠離泊注意事項[2]。

一、風流影響下的大型集裝箱船受力情況分析及拖輪功率計算

1.風力

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

其中：Ya為風力橫向分力；Fa為水線以上船體所受的風力；α為風力角；ρa為空氣密度；Ca為風力系數，其值隨風舷角以及船體水線以上受風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為水線以上船體側面投影面積；θ為相對風舷角；va為相對風速（m/s）。

下面對代表船型“MSC SOLA”號船及“CSCL LONG BEACH”號船的滿載、半載、空載3 種載況進行橫向風力的計算，“MSC SOLA” 號船及“CSCL LONG BEACH” 號船的船型數據如表1所示。

表1 實船船型尺度數據表 m

根據Hughes 公式，橫向風力計算結果如表2所示。

表2 論證船型所受橫向風力計算表 t

從表2 可知，當相對風舷角從30°增加到90°時，橫向風力大幅增加。風速10 m/s、風舷角60°時所產生的橫向風力比風速13.8 m/s、風舷角30°時所產生的橫向風力還要大。可見，風向對大型集裝箱船的靠離泊影響非常大。

2.水動力

正橫方向的水動力用以下公式進行計算：

式中：Yw為橫向水動力；ρw為水密度；Cwy為橫向水動力系數；L為船舶水線長度；d為船舶吃水；vw為船舶與水的相對速度。

從表3 可知，對于論證船型在不同裝載狀態下，漂角由10°增加到20°時，橫向水動力差不多增加1 倍，相對速度由1 kn 增加到2 kn 時，橫向水動力增加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壓力和水阻力，橫向的風壓力和水阻力主要依靠拖輪來克服。平流時，船舶在拖輪協助下，從靜止開始橫向啟動，橫向水阻力逐漸增加，到風力、拖力、水阻力合力為零時達到最大橫移速度進入勻速運動。船舶啟動時間和距離估算公式為：

其中：t0為啟動時間，指船舶啟動后達到定常速度所需時間；S0為啟動距離，指船舶啟動后達到定常速度的航進距離；R0為船舶啟動后達到定常速度時的最大水阻力。

根據船舶啟動時間和距離估算公式，針對受風流影響較大的滿載和半載狀態，計算船舶在平流條件下橫移200 m 和300 m 所需時間，其結果如表4所示。

船舶離碼頭在拖輪協助下必須達到一定的橫移速度，如果離泊時間過長，說明拖輪配備不夠，既不安全又不經濟[3]。從表4 可以看出，船舶最大橫移速度為0.5 kn 時離泊橫移 300 m 所需時間大約21 min，船舶最大橫移速度為0.25 kn 時離泊橫移 300 m 所需時間大約42 min。如果船舶最大橫移速度僅能達到0.25 kn，加上解纜和掉頭的時間，船舶實際離泊時間至少需要1 ～1.5 h，既不經濟又不安全；如果船舶最大橫移速度能達到0.5 kn，基本可以保證船舶在 0.5 ～1 h 內離開，不僅經濟也符合實際港口生產需要。根據表4 的最大水阻力數據，論證船型在受風影響下達到0.5 kn 橫移速度所需配備的拖輪馬力計算結果見表5。

從表5 可以看出，橫移速度要達到0.5 kn，在風速為10 m/s、風舷角為60°的情況下，對于336 m 長集裝箱船(滿載)所需拖輪馬力為76.3 t，對于366 m 長集裝箱船(滿載)所需

拖輪馬力為93.7 t；在風速為13.8 m/s、風舷角為60°的情況下，對于336 m 長集裝箱船(滿載)所需拖輪馬力為150.2 t，對于366 m 長集裝箱船(滿載)所需拖輪馬力為177.5 t。大風浪時，大型集裝箱船舶除受到風力和水動力外，還受到來自波浪的作用力。船舶所受的橫向波浪漂移力與海水密度、波浪幅值、波浪漂移力系數等有關。對于一艘船長為335 m 的集裝箱船舶，5 級吹攏風時，橫向波浪漂移力噸數為一位數，但是風力為7 級時，該值可能達到或超過30 t。

表3 論證船型所受橫向水動力計算表 t

表4 論證船型在平流條件下橫移200m和300m所需時間

表5 論證船型在受風影響下達到0.5kn橫移速度所需配備的拖輪馬力 t

二、大風浪情況下大型集裝箱船舶靠離泊注意事項

1.靠離泊時機的選擇。在大風浪條件下，大型集裝箱船舶靠離泊作業應盡可能選擇緩流時進行，避開潮水急漲急落時段。風大流急時，拖輪為了保持拖力方向和自身的船位，導致其作用于大船的有效拖力大大減弱。當大船對水運動時，拖輪對水也會產生相對速度，繼而影響其推拉力。當拖輪對水速度達到5 ～7 kn 時，拖輪就完全失去了作用。急流不僅影響拖輪效能的發揮，側推器的效率也會大打折扣。當大船對水速度超過5 kn 時，側推器的作用微乎其微[4]。

2.拖輪的配備既要考慮經濟因素，又要考慮安全因素。對于大型集裝箱船舶，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助靠離泊。拖輪的配置還需要考慮泊位地理條件、自然條件的影響，船舶在掉頭過程中遭遇不利的切變流時，船首尾遇到反向流，流致偏轉力矩大，單靠船舶自身可能難以克服，這時需要足夠的拖輪來抑制切變流帶來的不利偏轉[5]。

3.充分認識到大風浪情況下拖輪帶纜和操作的困難。船長或引航員應留出足夠的時間帶拖輪，帶拖輪時大船的速度盡可能慢，必要時為拖輪做下風。首尾帶纜人員應提前準備好帶撇纜頭的引纜，避免引纜在大風中飄蕩而無法讓拖輪上的船員拿到。有經驗的拖輪上一般配有帶鉤子的長篙，用來鉤撇纜頭。船首帶纜時，船方可以從外舷接近船首的導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，大船用絞纜機絞上即可。船尾也可以用這種方法帶纜。帶纜過程中，船長和引航員要控制好自身的船位，防止被風流壓向碼頭，造成緊迫局面[6]。使用拖輪時，船速越慢，拖輪越容易擺位（特別是兩條拖輪間距離有限時），有利于拖輪馬力發揮。風浪大，拖輪從頂到拖或從拖到頂，時間較長，要給拖輪留足余地。大風浪情況下，拖輪功率的發揮一般只有其核定功率的60%～70%，浪越大、流越急，拖輪能發揮的有效拖力就越小，甚至不到一半。

三、結語

“集裝箱船怕風，拖輪怕浪”，大風浪時大型集裝箱船舶的靠離泊風險和難度大，技術要求高。靠離泊作業前，船長和引航員應根據風、浪和流的預報和實測數據、環境自然條件以及本船的裝載情況和操縱性能，制定出靠離泊預案，靠離泊預案應包括拖輪的配置要求。作業中，船方、引航員、碼頭調度和帶纜人員、拖輪等要保持良好的溝通，密切配合，謹慎細致地操作，對靠離泊預案中未盡事項作出及時正確的反應[7]。大型集裝箱船舶在大風浪時的靠離泊需要科學嚴謹的態度，切不可冒險蠻干。經過認真全面的分析和評估，確信無法達到靠離泊作業的安全要求時，切不可實施靠離泊作業，以免造成嚴重的后果和無可挽回的損失。

[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]潘國華.大風浪時大型集裝箱船安全靠、離泊的思考[J].航海技術,2006(4)：8-11.

[3]陳利忠.淺談超大型集裝箱船舶在港內的操縱[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靠洋山深水港的安全引航技術[J].中國水運,2009(2)：25-28.

[5]劉大剛,鄭中義,吳兆麟.大風浪中船舶安全性評估方法綜述[J].交通運輸工程學報,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用[J].集美大學學報(自然科學版),2009(3)：34-37.

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