大型集裝箱船在大風浪中的靠離泊操縱安全研究

王子建 營口港引航站

1.引言

由于集裝箱運輸具有極好的便利性，愈來愈多的貨物選擇通過集裝箱船舶運輸，世界主要的國際航線上基本都實現(xiàn)了件雜貨的集裝箱化，集裝船舶的大型化發(fā)展已勢不可擋，目前已經(jīng)有大量2萬標箱級集裝箱船投入運營。相比較其他類型船舶而言，集裝箱船舶具有極大的受風面積，以及較小的方形系數(shù)，尤其是大型集裝箱船，該類船舶在大風浪條件下更容易受到風浪的不利影響，繼而引發(fā)事故的發(fā)生。2021年3月23日超大型集裝箱船“長賜輪”在蘇伊士運河的擱淺事故與風浪的影響有著很大的關系。為此研究大型集裝箱船舶在大風浪條件下的操縱特性、靠離泊難點以及策略對海上運輸有著重要的實踐意義。

2.集裝箱船大風浪中所受外力分析

船舶在大風浪中主要受到兩個外力載荷的影響，分別是風動力載荷和水動力載荷，與其他類型船舶不同的是大型集裝箱船舶的風載荷占總載荷的比例要較大，風對其操縱影響不可忽略。

2.1 風載荷計算

集裝箱船舶受到的風載荷力可以分解為兩個方向的分力，分別是縱向風載荷和橫向風載荷，其中由于船舶具有較小的縱向受風面積，縱向風載荷偏小，且其對船舶的影響可以通過自身車舵克服。橫向載荷相較縱向載荷而言其數(shù)值大，容易引發(fā)船舶偏航，克服困難，尤其是在進出港船舶速度偏小情況下，橫向風載荷對船舶的安全有很大影響，為此準確掌握大型集裝箱船舶的橫向風載荷有很大必要。船舶靠離泊前可根據(jù)Hughes公式進行橫向風載荷計算。公式如下：

上式中Ya為橫向風載荷，a為風向角度，ρ為空氣密度，Ca為風阻力系數(shù)，Ba為船舶水線上橫向投影面積，Aa為船舶水線以上縱向投影面積，θ為相對風舷角度，va為相對風速。

2.2 水動力計算

由于船舶與水流體的相對運行產(chǎn)生漂角繼而產(chǎn)生水動力，與風載荷研究方法一致，將水動力在船舶隨體坐標系上分解，可以分為橫向水動力分量和縱向水動力分量，縱向水動力分量可以通過船舶自身用車克服，而橫向水動力對安全影響較大。橫向水動力分量的計算可以使用以下公式計算。

上式中YW為船舶橫向水動力分量，ρW為水密度，Cwy為橫向水動力系數(shù)，L為船舶型長，d為船舶型吃水，vw為船舶與水相對速度。

3.大型集裝箱船舶大風浪操縱難點分析

大型集裝箱船舶在靠離泊作業(yè)時，由于處于相對惡劣環(huán)境，船舶會受到強風、涌浪以及強流的影響，存在很多潛在危險。大型集裝船舶靠離泊過程是一個相對復雜的過程，整個過程要在考慮諸多因素的基礎之上做出關鍵決策，考慮的因素包括：船舶自身的操縱特性；作業(yè)水域周遭的風、浪、流、能見度等氣象條件；協(xié)助考離泊拖輪數(shù)量及其馬力情況、泊位及航道富裕水深、泊位長度、集裝箱船舶吊機位置等環(huán)境條件；經(jīng)過對以上要素的研判以后，船舶引航員或駕駛員確定合適的入泊和離泊角度，掌握好橫距，避免過多前沖和后縮，平穩(wěn)將船舶靠離泊位。

對于大型集裝箱船舶而言，一般而言靠離泊速度的控制目標是使得船舶接觸碼頭時的速度不大于10cm/s，但速度的控制具有一定的難度。盡管絕對大多數(shù)集裝箱船舶配備有艏側(cè)推，但當風力超過4級后，大型集裝箱緊靠自身車舵、側(cè)推等無法保障靠離泊安全，必須有足夠的拖輪協(xié)助靠離泊。對于引航員或者船舶駕駛員而言，要利用拖輪和船舶自身操縱設備，及時調(diào)整船舶姿態(tài)，既要保證船舶橫向受風面積小，又要削弱流和浪對船舶的干擾，既要保證快速完成靠離泊，又要使船頭具有足夠的橫距。大型集裝箱船舶大風浪靠離泊的難點在于與拖輪的配合，拖輪是否能夠拖得住大船。

4.大型集裝箱船舶靠離泊策略

4.1 做好準備工作

對于引航員而言，在靠離泊前要將靠離泊方案對船長做詳細介紹，聽取船長及船員的意見，以便于船員較好配合。對船舶所受外力載荷進行估算后估算現(xiàn)配備拖輪方案是否合理，是否可提供足夠拖力。要與碼頭相關人員核實大型集裝箱船舶泊位長度是否足夠，一般要求不低于1.2倍船舶總長。提前備好船舶雙錨，以備緊急情況使用。

4.2 做好拖輪的配置及使用

（1）合理配置拖輪。大型集裝箱要根據(jù)船舶所受的風流浪等條件、船舶自身操縱特性、主機及側(cè)推功率等選擇拖輪的布置方案。在配置拖輪時不可只考慮拖輪總拖力是否滿足，也要考慮風浪的影響。具體表現(xiàn)為，其一，大方浪會降低拖輪的有效功率，流和浪越大拖輪越難發(fā)揮功效，一般大風浪條件下拖輪只能發(fā)揮不超過60%拖力；其二，拖輪所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)船力矩受到風壓力中心位置影響，正橫前來風，風壓力中心在船中前，船尾拖輪力力臂大，正橫后來風與之相反，在配置拖輪時要予以考慮，適當在力臂小處增加拖輪配置。

（2）合理使用拖輪。大船在靠離泊過程中要做好與拖輪的通信溝通工作，及時獲取拖輪纜繩情況以及及時傳達大船意圖。進入泊位前務必要帶妥纜繩，不可邊入邊帶拖。拖輪掛點的位置要選取合理，盡量選擇能夠產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)船力矩位置，一般選擇最接近船舶首尾之處。拖輪在頂推和拖拽作業(yè)時大船要盡可能與其配合，使得拖輪發(fā)揮出最佳的協(xié)助效應。

4.3 做好拖輪和大船操縱設備的配合

大型集裝箱船舶有巨大的受風面積，風載荷較大，當船舶橫向受風時，風載荷作用中心接近船中，此情況下無論是開首或者甩尾，拖輪都需要承受一半的風流合力載荷，拖輪載荷較大。為此緊靠拖輪自身很難安全的完成大型集裝箱靠離泊作業(yè)，大船要充分結合自身操縱特性，想辦法該別自身受風面積，主動調(diào)整風壓力作用中心，降低船首或者船尾變向難度。

4.4 控制好大船速度及角度

大型集裝箱船舶在靠泊作業(yè)時，選擇合適靠泊速度和角度顯得尤為關鍵，操縱不慎很有可能導致事故發(fā)生。一般而言，在攏風較為嚴重時，船位宜開不宜攏，大型集裝箱船舶要提前控制好位置，船首進入泊位時與碼頭的橫距應大于0.3海里，根據(jù)風流情況選擇合適船速，不可過高或者過低。對于靠泊角度而言，大型集裝箱船舶由于船舶受風面積巨大，要選擇小的靠泊角度，盡可能平行靠泊。靠攏速度一般要求在10cm/s以內(nèi)，10萬噸級以上大型集裝箱船舶靠泊速度最后不大于5cm/s。

4.5 控制好大船船位

對于超大型集裝箱而言，由于其具有較大的受風面積，非常容易使得船舶落入下風。為此在對該類船舶進行靠離泊作業(yè)時必須留有充足的余地。船舶在進入泊位時要統(tǒng)籌其縱向速度和橫向速度，統(tǒng)籌船前和船后距離，審時度勢，熟練使用大船的車、舵、錨、纜和側(cè)推器。一般而言在大船在距離泊位6-8倍船寬時就要命令前后拖輪起拖，以測試拖輪是否可以將船拖住。如果船舶橫移速度下降明顯，速度可控，再適當調(diào)整拖輪纜繩，保持大船繼續(xù)向泊位移動，一般做1到2次停頓后完成靠上泊位。若測試時發(fā)現(xiàn)拖輪即便全速拖拽都無法控制船舶橫移速度，則需要立即拋錨，可先拋1節(jié)錨鏈將船剎住，后根據(jù)情況送出2-3節(jié)錨鏈，穩(wěn)定船首。當大船距離泊位較近且船身不正時，利用進車和滿舵的配合可以快速擺正船身，避免船首與碼頭的碰撞。

5.結論

大型集裝箱船舶由于其巨大的受風面積，相比其他類型船舶而言，其在大風浪條件下的靠離泊過程面臨著更大的風險。為提升大型集裝箱船舶靠離泊作業(yè)的安全性，作業(yè)前要進行細心規(guī)劃，對環(huán)境要素、船舶要素等進行充分分析和評估，船員、引航員、拖輪等各方之間要做好溝通及各項準備工作，大船在靠泊時合理控制入泊速度及角度，合理安排拖輪，做好與拖輪的相互配合工作。