基于重大件貨物拖拉作業(yè)裝船的拋雙錨船尾靠泊方法

吳衛(wèi)兵, 孫 誠

(1. 大連海事大學(xué) 航海學(xué)院， 遼寧 大連 116026；2. 大連海達(dá)船員管理有限公司， 遼寧 大連 116026)

重大件貨物裝船的方法很多，如大型吊機吊裝[1]、滾裝、橫向拖拉及縱向拖拉等。考慮到作業(yè)難度、安全性及經(jīng)濟(jì)效益，目前國際上普遍采用拖拉作業(yè)方式完成重大件貨物的裝載。拖拉作業(yè)裝載重大件貨物對運輸船舶的靠泊要求很高，尤其是縱向拖拉作業(yè)。負(fù)責(zé)運輸重大件貨物的船舶需拋雙錨控制船首，利用纜繩控制船尾，使船上滑道與碼頭滑道嚴(yán)格對齊，最終完成拖拉作業(yè)裝船工作。

根據(jù)相關(guān)的國際規(guī)則，船舶所載運的重大件貨物是指質(zhì)量超過40 t，或長度超過12 m，或高度超過3 m的單件貨物。[2]隨著科技的不斷發(fā)展，需整體運輸?shù)母鞣N大型設(shè)備越來越多，如跨海大橋的橋墩構(gòu)件、造船分段、大型港口機械及海上石油平臺等。針對這些重大件貨物的甲板運輸，拖拉作業(yè)裝貨方式因具有作業(yè)難度較低、裝貨成本較低和安全系數(shù)相對較高等優(yōu)點而被國內(nèi)外很多船舶所有人及租船人采用。甲板上裝載重大件貨物的船舶一般將生活樓布置在船首，因此拖拉作業(yè)又可分為橫向拖拉和縱向拖拉2種。[3]

橫向拖拉作業(yè)(見圖1)是指通過拖拉鋼絲牽引將重大件貨物從船舶的一舷拖拉上船的作業(yè)方式，這種裝貨方式只需船舶舷側(cè)靠泊，利用艏艉纜繩使船上滑道與碼頭滑道嚴(yán)格對齊，與普通商船的靠泊方式無異。縱向拖拉作業(yè)(見圖2)是指通過拖拉鋼絲牽引將重大件貨物從船尾拖拉上船的作業(yè)方式，這種裝貨方式需船尾靠泊，利用雙錨控制船首，利用纜繩控制船尾，使船上滑道與碼頭滑道嚴(yán)格對齊。縱向拖拉作業(yè)方式對船舶的靠泊要求相對較高，不僅要在靠泊時使船上鋪設(shè)的滑道與碼頭滑道精確對齊，還要在整個拖拉作業(yè)過程中使其保持對齊并貼緊，這對受風(fēng)和流等外界因素影響的船舶而言要求很高。船舶在進(jìn)行船尾靠泊作業(yè)時，需根據(jù)港口的風(fēng)和流的條件尋找合適的時機拋雙錨，只有具備合適的出鏈長度和角度才能穩(wěn)定住船首，并實現(xiàn)對船首在左右2個方向上的小幅度調(diào)整。

根據(jù)水深、風(fēng)力、風(fēng)向、流速和流向等港口水文氣象條件確定拋錨時機及錨鏈的長度和角度是保證船尾靠泊拖拉作業(yè)成功完成的一個關(guān)鍵點。此外，在操縱船舶靠泊時確定合適的出鏈長度和角度是另一個關(guān)鍵點。以下對縱向拖拉作業(yè)在船尾靠泊時的出鏈長度和角度的確定方法及靠泊方法進(jìn)行研究。

1 建立數(shù)學(xué)模型

在一般情況下，拋雙錨船尾靠泊時出鏈長度與角度的關(guān)系見圖3。由圖3可得關(guān)系式

DSS=LSsinβ-B/2

(4)

式(1)～式(4)中：DPC和DSC分別為左錨及右錨與艏艉線的垂距；DPP為左錨偏開左舷側(cè)的橫距；DSS為右錨偏開右舷側(cè)的橫距；B為船寬；LP和LS分別為左錨及右錨的出鏈長度；α和β分別為左錨鏈及右錨鏈偏開艏艉線的角度。若出鏈長度(LP，LS)一定，則錨鏈角度(α，β)越大，錨與艏艉線的垂距(DPC，DSC)越大，錨偏開舷側(cè)的橫距(DPP，DSS)也越大；若錨鏈角度(α，β)一定，則出鏈長度(LP，LS)越長，錨與艏艉線的垂距(DPC，DSC)越大，錨偏開舷側(cè)的橫距(DPP，DSS)也就越大。

2 確定出鏈長度和角度

出鏈長度(LP，LS)主要由船舶的大小、港口的風(fēng)和流、泊位水深及底質(zhì)等參數(shù)來確定。采用船尾靠泊進(jìn)行拖拉作業(yè)裝載重大件貨物的船舶一般將駕駛臺布置在船首，船首受風(fēng)比較明顯，風(fēng)力越大所需錨鏈就越長。水流的方向和流速可從海圖或相關(guān)的圖書資料中獲取，在一般情況下若潮差>3 m，則潮流較大，應(yīng)適當(dāng)增加出鏈長度。泊位水深越深，所需錨鏈越長。在一般情況下，泊位前沿及調(diào)頭水域內(nèi)的底質(zhì)都適宜拋錨，無需作過多考慮。綜合以上情況，一艘2萬～3萬t排水量的重大件貨物運輸船，在泊位水深10 m左右，船舶吃水7 m左右，風(fēng)和流影響不是特別明顯的情況下，雙錨出鏈長度均可設(shè)定為4節(jié)(1節(jié)=27.5 m)左右，與單錨錨泊出鏈長度的經(jīng)驗算法(3倍水深加上90 m)基本吻合。

錨鏈角度(α，β)通常由水流的方向和速度來確定。在一般情況下，泊位的走向與流向基本平行，因船尾靠泊導(dǎo)致船舶舷側(cè)受流(即橫流)。在有遮蔽的港池水域，流速較小，而河道等沿航道兩側(cè)布置的泊位受水流影響較為明顯。流速的大小可根據(jù)潮差估算，潮差<2 m時水流的影響不大，建議錨鏈角度取5°左右；潮差>3 m時水流的影響較為明顯，建議錨鏈角度取10°～20°。

3 確定拋錨時機

拋錨時機[7]是指出鏈長度和角度達(dá)到預(yù)設(shè)值的時機。出鏈長度可利用雷達(dá)或電子海圖進(jìn)行簡單的計算，利用拋錨時駕駛臺(雷達(dá)掃描中心或指揮位置)與碼頭的垂距確定出鏈長度相對較為容易。由于錨鏈角度無法直接在船上確定，因此為保證拋錨時機的準(zhǔn)確性，一般將錨鏈角度轉(zhuǎn)換為錨偏開舷側(cè)的距離(即DPP和DSS)來確定。

以“海洋石油225”輪的參數(shù)為例分析拋錨時機的確定方法。船寬B=38 m，錨鏈孔距離駕駛臺12 m，駕駛臺距離船尾141 m，確定好出鏈長度為4節(jié)，即LP=LS=110 m。錨鏈角度為20°，即α=β=20°，將以上數(shù)據(jù)代入式(3)得到：DPP=DSS=18.6 m。

按照碼頭標(biāo)示出的船尾靠泊位置向兩側(cè)各延伸DPP值和DSS值，在雷達(dá)或電子海圖上標(biāo)繪出2條電子方位線，方位線走向與碼頭走向相垂直，位置為碼頭標(biāo)示出的左右舷位置分別向左和向右延伸DPP值及DSS值后的位置。設(shè)置以掃描位置為圓心的活動距標(biāo)圈半徑為B/2+DPP=37.6 m。拋錨時確保左錨位于左側(cè)電子方位線上，右錨位于右側(cè)電子方位線上，即活動距標(biāo)圈與電子方位線相切。此外，也可在碼頭標(biāo)示的左右舷位置向兩側(cè)延伸DPP值和DSS值找到纜樁、房屋、電線桿等相應(yīng)的參照物，拋錨時確保錨位與參照物的連線與碼頭走向相垂直。

為控制出鏈長度，拋錨時錨距離碼頭的垂距應(yīng)為110 m+12 m+141 m=263 m。

在用雷達(dá)或電子海圖確定距離時，以駕駛臺位置(即雷達(dá)掃描中心或指揮位置)為基準(zhǔn)點較為方便。拋錨時駕駛臺距離碼頭的垂距應(yīng)為110 m+141 m=251 m。

設(shè)定以掃描位置為圓心的雷達(dá)或電子海圖活動距標(biāo)圈半徑為拋錨時駕駛臺距離碼頭的垂距值，拋錨時只要確保設(shè)定好的活動距標(biāo)圈與碼頭岸線或回波相切即可。同時，滿足出鏈長度和角度的要求即可較為準(zhǔn)確地確定拋雙錨時機。

4 拋雙錨船尾靠泊方法

在實踐中，拋雙錨船尾靠泊的錨泊方式主要有以下3種：

1) 一點錨，即雙錨同時拋下，適用于有防波堤的港池等泊位風(fēng)和流影響很小的水域。此時錨鏈主要用來控制船舶前后方向上的運動，對左右方向上的運動控制效果不好，因此靠妥后如需對船首進(jìn)行小幅度的橫向移動，僅依靠錨鏈基本無法實現(xiàn)。該方式對船舶靠泊操縱的要求不高，是拋雙錨船尾靠泊操縱中難度最小的一種。

2) 八字錨，即雙錨偏開艏艉線一定角度，適用于風(fēng)和流影響較明顯的泊位。在一般情況下，雙錨出鏈長度及角度基本相同，這樣有利于控制船首的橫向運動，靠妥后依靠雙錨鏈可實現(xiàn)船首左右2個方向上的小幅移動。該方式在常見的3種錨泊方式中操縱難度最大。[4]

3) 長短錨，八字錨的另一種形態(tài)，操縱方便，能在一定程度上節(jié)省靠泊時間，在實踐中被廣泛采用。長短錨通常將一個錨作為主錨，錨鏈稍長；將另一個錨作為輔助錨，錨鏈稍短。船尾靠泊操縱時先拋下錨，使船舶在有退速的情況下擺正船位之后再拋輔助錨。這種拋錨方式容易出現(xiàn)輔助錨角度比主錨角度小的問題，若靠妥之后船首需較大幅度地向輔助錨一側(cè)橫向移動，則較難實現(xiàn)。

在實踐中，應(yīng)根據(jù)港口和泊位的具體情況決定采用何種拋錨方式。以下選定靠泊難度較大的拋八字錨方式，并設(shè)定較困難的外界條件(橫風(fēng)橫流)來分析拋雙錨船尾靠泊方法。

4.1 拋錨后轉(zhuǎn)向法

圖4為拋錨后轉(zhuǎn)向靠泊方法示意，靠泊水域的風(fēng)向(東風(fēng))和流向(西流)與碼頭走向平行，標(biāo)注的船舶所處位置編號為船舶最前點。

船舶頂風(fēng)頂流到達(dá)右錨拋錨點(圖4中位置①)，這時應(yīng)將船舶停住，拋下右錨，隨著風(fēng)和流對船舶的作用，船體向西漂移，漂移過程中用錨鏈控制漂移速度，錨鏈方向基本上與碼頭走向平行。利用船首拖船拖拉、船尾拖船頂推，并配合使用側(cè)推器使船舶左轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向過程中適時用主機控制船舶，使其沒有前進(jìn)或后退的速度，轉(zhuǎn)向速度也不宜太快。當(dāng)船舶到達(dá)預(yù)定的左錨拋錨點(圖4中位置②)時，拋下左錨，利用主機使船舶有微小的退速，松左錨鏈，絞右錨鏈，同時利用艏艉拖船和側(cè)推器控制船舶向西漂移，并使船上滑道與碼頭滑道對齊。當(dāng)雙錨出鏈長度和角度基本一致，且船上滑道與碼頭滑道嚴(yán)格對齊時，船舶到達(dá)圖4中的位置③，此時船位已擺正。若出鏈長度一致但角度不一致，說明錨鏈在水中沒有拉直，船舶應(yīng)稍微退速使雙錨鏈?zhǔn)芰Γ敝岭p錨出鏈長度和角度都基本一致。之后應(yīng)保持微小退速，同時松雙錨鏈，當(dāng)船尾距離碼頭20 m左右時，將雙錨鏈剎住，船尾盡快帶上纜繩，保持船上滑道與碼頭滑道始終對齊。在帶纜過程中應(yīng)利用艏艉拖船及側(cè)推器使船舶航向與碼頭走向始終保持垂直。纜繩上樁之后，絞纜繩使船舶后退，同時慢松雙錨鏈，在后退過程中一直保持船上滑道與碼頭滑道嚴(yán)格對齊，直至船尾與碼頭間距為3 m左右，到達(dá)圖4中的位置④，錨鏈和纜繩都絞緊，靠泊作業(yè)結(jié)束。

這種靠泊方法在實踐中經(jīng)常被采用，但拋錨的順序應(yīng)根據(jù)泊位處的風(fēng)流情況來確定。通常先頂風(fēng)頂流拋遠(yuǎn)端錨，圖4為東風(fēng)西流先拋右錨，若為西風(fēng)東流，則當(dāng)船舶順風(fēng)順流接近泊位時，應(yīng)先拋左錨，風(fēng)流協(xié)助船舶漂移到右錨拋錨點之后再拋右錨，其他操縱方法一致。該方法的優(yōu)點是靠泊作業(yè)耗時相對較短，船首容易控制；缺點是操縱人員從視覺上確定拋錨時機較為困難，必須依靠助航儀器協(xié)助。該方法適用于風(fēng)和流影響較明顯的水域。

4.2 擺正船位后拋錨法

利用車、舵、艏艉拖船和側(cè)推器將船舶控制到圖5中的位置①，將船停住；利用艏艉拖船及側(cè)推器將船舶調(diào)整至右錨拋錨點(圖5中的位置②)，拋右錨，松錨鏈；利用艏艉拖船和側(cè)推器將船舶位置調(diào)整至左錨拋錨點(圖5中的位置③)，拋左錨，絞右錨鏈，松左錨鏈，用車使船舶有輕微退速；利用拖船及側(cè)推器控制船舶在位置①稍后的位置，直至雙錨出鏈長度和角度基本一致。之后的操縱方法與“4.1”節(jié)中的操縱方法一致。

這種靠泊方法在實踐中也經(jīng)常被采用，一般都是擺正位置之后先轉(zhuǎn)向頂風(fēng)流一側(cè)拋錨，借助風(fēng)和流的作用使船舶向另一側(cè)漂移，到達(dá)另一拋錨點時再拋下另一錨。圖5為西風(fēng)東流，船舶在順風(fēng)順流接近泊位時，應(yīng)先拋左錨，利用風(fēng)和流使船舶向東漂移到右錨拋錨點，其他操縱方法一致。該方法的優(yōu)點是易于確定拋錨點，利用碼頭上的參照物，憑視覺就可判斷拋錨時機；缺點是在風(fēng)流較大的情況下，船舶橫移比較困難，靠泊作業(yè)耗時較長。因此，該方法一般用于風(fēng)和流影響不是很明顯的靠泊水域。

5 船尾靠泊方案的制訂及風(fēng)險評估

不同船舶的操縱性能各不相同，因此在進(jìn)行船尾靠泊作業(yè)前應(yīng)根據(jù)船舶自身的操縱性能和外界風(fēng)流的影響，合理地制訂靠泊方案，尤其是在船舶倒車、拋錨、轉(zhuǎn)向和系泊過程中要充分考慮到相關(guān)因素，包括：船舶的倒車性能；單車進(jìn)車倒車所致的偏轉(zhuǎn)效果、側(cè)推器性能；拖船的數(shù)量、功率及其操縱性能；錨設(shè)備及系泊設(shè)備的工況等。車、舵、側(cè)推器、錨、纜繩和拖船配合良好是保證靠泊作業(yè)成功的另一關(guān)鍵點。

在制訂靠泊方案時，應(yīng)對各種可能出現(xiàn)的應(yīng)急情況進(jìn)行風(fēng)險評估，并有針對性地制訂出相應(yīng)的預(yù)案及風(fēng)險控制措施。在未充分了解船舶的操縱性能的情況下，倒車時的余速不宜過大，靠泊時進(jìn)車和倒車速度均不宜太大，并盡量增加拖船的數(shù)量及增大其功率。由于甲板重大件貨物運輸船的干舷一般都較低，因此在申請拖船時要充分考慮拖船是否可正常實施頂推作業(yè)。

6 船尾靠泊的注意事項

實施拖拉作業(yè)的泊位一般不設(shè)碰墊，靠泊時船尾不能直接貼上碼頭，否則會導(dǎo)致碼頭滑道及碼頭結(jié)構(gòu)物遭到損壞。

在進(jìn)行拖拉作業(yè)時，要求船上滑道與碼頭滑道嚴(yán)格對齊并貼緊，僅靠船舶自身的纜繩基本無法實現(xiàn)。一般碼頭上都會準(zhǔn)備4根系泊纜(如圖2所示)，由碼頭操作人員操縱，使船舶向后移動，直至船上滑道與碼頭滑道嚴(yán)格對齊并貼緊。船上纜繩主要用來控制船尾的左右移動。一般船上左右舷至少各帶2根纜繩，外當(dāng)和里當(dāng)各1根，俗稱外八纜和內(nèi)八纜。若碼頭風(fēng)流影響較大，還應(yīng)適當(dāng)增加纜繩。

拋錨點要控制好，船舶在后退入泊過程中應(yīng)盡可能地保證船上滑道與碼頭滑道始終處于對齊狀態(tài)。在圖4的情況下，若右錨位置不合適，或靠泊過程中船位偏在泊位西側(cè)半個船寬以上，且船舶有退速，直到船尾纜繩帶上岸之后才將船位擺正，這樣靠泊后雙錨鏈可能均指向右前方。由于風(fēng)和流同時作用在船舶右舷，此時僅靠碼頭上的2根系泊纜不一定能將船上滑道與碼頭滑道嚴(yán)格對齊。在拖拉作業(yè)中要求船舶的錨鏈和船岸所有的纜繩都絞緊且處于受力平衡狀態(tài)，防止進(jìn)行重大件貨物拖拉作業(yè)時因船舶移動而導(dǎo)致斷纜，造成嚴(yán)重事故。

出鏈長度不宜太長，角度不宜太大，否則會影響其他船舶通航或錨泊。此外，出鏈長度不宜太短，角度不宜太小，出鏈長度太短可能會因臥底鏈長太短而抓力不夠，角度太小會導(dǎo)致船首偏蕩幅度較大，船尾兩舷與碼頭的距離差較大，這樣有一舷可能會觸碰碼頭。以船寬為38 m的船舶為例，若其航向偏差5°，則船尾左右兩舷與碼頭的距離差約為3.3 m，而靠好后船尾與碼頭的距離一般控制在3 m左右。此外，出鏈長度越長、錨鏈角度越大，則圖4中從位置①到位置②，圖5中從位置②到位置③，船首需擺動的幅度越大，耗時越長，操縱的難度就越大。

船尾纜繩應(yīng)盡早上岸，這樣即使在靠泊過程中船上滑道與碼頭滑道有錯開現(xiàn)象，因纜繩可控制船尾，仍有足夠遠(yuǎn)的距離利用拖船和側(cè)推器來調(diào)整船首位置及錨鏈的方向。

擺正位置后要核對艏向是否垂直于碼頭走向，因為對于將駕駛臺設(shè)置在船首的船舶，無法在駕駛臺上通過視覺觀察到船尾是否與碼頭平行。

對于受水流影響較明顯的泊位，雙錨出鏈長度和角度應(yīng)基本相同，且靠妥后纜繩和錨鏈一定要絞緊，否則因漲落潮導(dǎo)致的水流方向變化會導(dǎo)致船首在左右2個方向上小幅擺動，從而無法實現(xiàn)船上滑道與碼頭滑道的嚴(yán)格對齊。

在根據(jù)出鏈長度及角度確定拋錨時機時，采用前述數(shù)學(xué)模型的計算值及雷達(dá)和電子海圖的航海測量功能來實現(xiàn)，不可避免地存在各種誤差，在實際工作中應(yīng)留有足夠的安全余量。

7 結(jié)束語

重大件貨物拖拉作業(yè)裝船作為一種省時且相對經(jīng)濟(jì)的作業(yè)方法，被廣泛采用。這種作業(yè)方法對船舶的靠泊要求很高，會給港口引航員及重大件貨物運輸船的船長帶來很大壓力。從理論的角度出發(fā)，針對拋雙錨船尾靠泊建立出鏈長度與角度關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合實踐經(jīng)驗將該模型應(yīng)用到船舶實踐中，提出典型的靠泊方法及注意事項，以期為重大件貨物運輸船的從業(yè)人員、從事重大件貨物運輸?shù)母酆狡笫聵I(yè)單位人員及港口引航員等提供參考。

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