遮蔽水域船舶的抗風級別

馮振玉 浙江欣海船舶設計研究院 總工程師

上期談了“國際國內氣象衡準的抗風等級”，本期談談國內遮蔽水域船舶滿足氣象衡準的抗風級別。以舟山遮蔽水域為例，該地區的經濟異常繁榮，加之有佛教圣地普陀山和金庸筆下桃花島等景區的魅力，商人、游客紛至沓來，使島嶼之間的交通異常繁忙，航班需求的數量迅速增多。該地區的另一個特點是刮風天很多，六級風幾乎是海上氣象的常態。由于以前各類船舶沒有人給出具體的抗風能力，致使港航責令停航的風力偏于保守，給人們的出行帶來若干不便。2011年出臺了“舟山水域客船抗風等級核定的原則和方法”（以下簡稱“原則和方法”），雖然禁航條件略有放寬，但依法規要求與所對應氣象預報的實況進行分析，該“原則和方法”中某些規定還是值得探討。

氣象預報風級風速與法規限定風級風速的關系

我國是按世界氣象組織（WMO）推薦的蒲福風標進行風級預報的，風力以海平面以上10m高處的風力為準。風速V（平均風速）與風級N的關系是：V=0.836N1.5（m/s）；N=10(logV+0.0778)/1.5。 海 上風級、風速與波高的關系見表1.1。

在《國內航行海船法定檢驗技術規則》（以下簡稱法規）規定的完整穩性中，各航區的基準風壓是以距離海平面6m高處的風壓P6為準。考慮到空氣為粘性流體，在同一時間內，不同高度h處的風速Vh沿垂向呈現梯度性分布。風速梯度系數Kh用Vh與6m高度處的基準風速V6之比來表達，即Kh=Vh/V6。

法規規定的各航區風壓標準見表1.2，其中個別風壓值已按曲線光順的原則進行了修正。不同高度h處的風壓Ph與基準風壓P6及風速Vh的關系為：

表1.1 氣象預報海上的風級對應的風速及波高

表1.2 各航區規定的標準風壓與風速匯總表

若將各航區的基準風壓換算成氣象預報的風級，可以用表1.2中各航區對應的平均風速V10在表1.1中進行插值，其結果分別為13.8級、11.3級和8.9級。但抗風需要覆蓋風級的全部風速，故最終預報應按表1.1各級風的最大風速進行插值，最大風速的插值結果分別為13.3級、10.8級和8.4級。另根據氣象預報的風級全是整數，故K=1時可抗氣象預報陣風的級別分別是：遠海航區13級，近海航區10級，沿海航區8級。當K＞1時，抗風級別有可能會提高，但具體要按下述3.2進行計算后才能預報。

“原則和方法”存在的問題

在“原則和方法”中，有如下的規定：

1) 對國內法規已經明確的舟山地區的遮蔽航區內，如結構強度滿足近海航區標準，則可核定船舶的抗風等級為9級，但限制航行浪高不超過2.5m。

2) 對國內法規已經明確的舟山地區的沿海航區內，如結構強度滿足遠海航區標準，則可核定載客不載車時的抗風等級為9級，但限制航行浪高不超過2.5m。如果客滾船同時也載運車輛，開航時的風級不得超過蒲氏8級。

顯然，“規定”存在一些問題。

一是再行校核的基準點有錯。對于“完整穩性符合遠海航區標準”的船舶，其抵抗的極限風壓的能力至少也為P=1302Pa。而9級平均風速是22.6m/s（見表1.1），其1.5倍風速是33.9m/s，換算風壓為P=845Pa，小于遠海航區1302Pa的基準風壓。隨著風壓的降低，其風壓傾側力臂lf也會減小，按照氣象衡準數K=lq/lf的公式，在lq不變而 lf減小時，其K值將會增大。也就是說，滿足遠海航區氣象衡準數的船舶，肯定會滿足“9級對應的平均風速上限的1.5倍計算”的氣象衡準，故該項核算是毫無意義的。

二是沒有明確K值的大小與抗風等級的關系。法規規定的氣象衡準 數 是K≥1。 K=1與K＞1的船舶都滿足了法規要求，但它們的極限抗風能力是不同的。如此一刀切地限定9級風，肯定要制約某些船舶運力的發揮，往往會造成資源的浪費和旅客出行的不便。例如：滿足遠海航區完整穩性時，即使K=1，按最大風速換算其極限抗風能力也不低于13.3級，現限令其營運的風力僅僅是9級，降低抗風能力超過4級，未免過于保守。對于K＞1的船舶，該限令會顯得更加保守。

三是將結構強度提高一個航區標準來限制浪高是難以操作的。因船舶建造規范并沒有明確其結構標準所對應的浪高。對于營運船舶，在大修之前還允許有結構腐蝕極限，新船用到腐蝕極限前夕的各個時間段，幾乎無法找出其結構狀態與浪高的對應關系。如果結構強度提高一個航區標準的船舶才允許按文件限定浪高出航，那么，符合原航區結構標準的船舶，又應怎樣去限定其營運的浪高呢？結構規范對航區的修正，貫徹著綠色節能的精神。現人為地再去提高標準，既否定了規范原規定的條款，也扼殺了規范的綠色精神，實不相宜。

滿足氣象衡準數K可以預報的抗風能力

按K=1進行大致的預報。抗風級別的預報，要針對氣象預報陣風級別的最大風速來插值，因氣象預報風級都是整數，故插值出的風級只能取整，舍去小數。所謂大致的預報，就是不考慮K＞1時抗風能力的提高，而只是按K=1預報航區船舶的可抗風級（具體方法見前述1.2.3）。

按K＞1進行實況預報。當K＞1時，表明船舶可抗的風級可能會高于法規所設定的風級。但因各航區設定的基準風級不同、計算參數不同，若想預報超出原航區設定的風級限制，則必須按法規規定的計算程序進行插值校核之后才能決定。該項校核可以分為詳細計算和簡單計算兩種形式 ：

UEA無縫防水技術是施工人員把膨脹應力加入到混凝土結構收縮應力中，達到排水的效果。進行接縫處理過程中要將裂縫進行減小，同時要把混凝土和鐵絲網采取隔開的處理。要讓混凝土和膨脹應力出現互相作用，進行澆筑的過程要放入UEA膨脹混凝土。UEA膨脹混凝土是目前專門針對混凝土抗裂防滲的一種添加劑。

水域航區船舶航行

1）詳細計算

①在上表1.1中插值出想要抵抗陣風風級的最大風速Vm；

②在法規“完整穩性”的系數C1圖2.1.8上，查出現有航區和高一檔航區的橫搖角計算系數C11和C12；

③在上表1.2中找出船舶現有航區和高一檔航區設定基準風速V61和V62；

④將③找出的2個風速V61和V62與②查出的C11和C12相對應，再用Vm從中插值出新的橫搖角計算系數C1m；

⑤用此C1m按規定的后續步驟求出最小傾覆力臂lq；

⑥將該級最大風速Vm換算成法規6m高處的基準風速V6=Vm/1.017；

⑦按表1.2插值出船舶風壓中心處的風速梯度系數Kh，求出該中心處的風速Vh=KhV6；

⑧求出該船重新校核的計算風壓Ph=0.7356（KhV6）2；

⑨按此新的風壓Ph計算風壓傾側力臂lf；

⑩計算K=lq/lf，只要K值不小于1，就滿足了想要抵抗陣風的風級要求。

2）簡單計算

①如需要將航區可抗陣風的標準提高2級校核，可以簡單地直接按高一級航區的標準進行校核，只要K≥1，就滿足了可抗陣風提高2級的預報要求。

②如需要將船舶航區的可抗陣風的標準提高1級校核，可按法規的圖2.1.8及表2.1.5插出兩航區的中間值CX及PX，再進行后續的計算，最終只要K≥1，就滿足了可抗陣風提高1級的預報要求。

由于在相臨航區之間所設定的基準風級相差均不小于2級，故按上述的簡單計算，其結論都是偏于安全的。

3）簡易判斷

作為提高抗風級別的簡易判斷，只有各種裝載工況的氣象衡準數均滿足K＞1.4時，才有提高一級抗風能力的可能性；只有當所有工況都滿足K＞2.0時，才有提高兩級抗風能力的可能性。

進行極限風級預報的可行性

按3.2進行K＞1的預報， 實質是按新的風級再行逼近K=1的預報，K=1的抗風級別系理論上的極限風級。因氣象衡準數計算的本身就是應用“確定性力學分析法”，既然法規規定允許K=1，按此值解析出的確定性答案進行預報應是無可非議的。況且，安全本身就沒有底限，過多保守的考慮缺乏可信的依據。那些純屬人為因素的隱患，即使限令再行保守，也是不可能杜絕的。

眾所周知，氣象衡準數只與風力有關，結構強度只與波浪力有關。對于船舶的抗風能力，應依據氣象衡準數的大小去判定，不宜隨意地追加限令。對于遮蔽航區，其風浪的威力要比外海減弱很多，過度保守的限令，相當于強制取消航班，既浪費了社會資源，也給交通帶來某種程度的不便。實際上，很多漁船8、9級風時還在外海堅持作業呢。

SOLAS公約Ⅱ-1章有“主管機關如考慮到航程的遮蔽性及其條件，認為實施本章的某些要求為不合理或不必要時，對懸掛該國國旗，并在其航程中距最近陸地不超過20n mile的個別船舶或某些類型的船舶，可免除這些要求”的規定，舟山地區航行的船舶，完全符合公約指出的該項特點，應認真地給予考慮放寬，至少不應再額外地提高門檻。另《2008年國際完整穩性規則》沒有航區的限制，滿足該衡準時，最低也可抗無限航區的10級風。對于遠海航區的船舶，《國內法規》規定可以直接引用《2008年國際完整穩性規則》，若是在遮蔽航區引用，當然更有安全裕度，且不會有什么擔當責任的風險。