馬跡山港區(qū)雙泊位超大型船舶組合靠泊方案

郝慶龍，忻永恩，張杰

【摘 要】 為提高馬跡山港區(qū)卸船泊位的有效利用率，采用理論分析與數(shù)值仿真計算相結合的方法，分析馬跡山港區(qū)1號卸船泊位、2號卸船泊位20萬～35萬噸級超大型礦石船組合靠泊模式的特點，總結得到20萬～35萬噸級船舶組合靠泊方案，并給出不同船型組合靠泊的臨界控制條件，為馬跡山港區(qū)超大型船舶的系泊安全提供技術支持。

【關鍵詞】 馬跡山港區(qū);超大型船舶;組合靠泊;卸船泊位

0 引 言

馬跡山港是寶山鋼鐵股份有限公司投資興建的深水中轉港，是我國近海最大的海島型開敞式港口。作為寶鋼鋼鐵股份有限公司進口礦石原料的中轉站，馬跡山港區(qū)為保障公司生產的穩(wěn)定和降低進口鐵礦石的運輸成本發(fā)揮著重要作用。為適應船舶大型化發(fā)展，公司對馬跡山港區(qū)碼頭進行了升級改造，雙泊位總長度達到規(guī)范要求。但是，超大型船舶纜繩數(shù)量多，受泊位系船柱數(shù)量和碼頭管理經驗等諸多因素的影響，雙泊位難以供2艘最大設計船型船舶同時靠泊。單泊位運行方式限制了雙泊位運行模式的正常運行，大大降低了馬跡山港區(qū)卸船泊位的有效利用率，增加了船舶高昂的滯期費。

針對以上問題，筆者對馬跡山港區(qū)1號卸船泊位與2號卸船泊位雙泊位不同船型船舶組合靠泊模式進行研究，運用OPTIMOOR系泊力分析軟件計算并確定20萬～35萬噸級不同船型船舶的組合系泊方案及其安全控制條件。本研究對于確保馬跡山港區(qū)卸船泊位的船舶系泊安全，形成科學的、常態(tài)化的大型船舶組合靠泊作業(yè)方案，提高碼頭運行和生產效率，具有重要意義。

1 泊位概況

馬跡山港區(qū)1號卸船泊位和2號卸船泊位原建設規(guī)模分別為1個25萬噸級礦石船泊位和1個30萬噸級礦石船泊位。經對碼頭的升級改造，1號卸船泊位靠泊等級提高至30萬噸級，2號卸船泊位靠泊等級提高至35萬噸級。

1號卸船泊位總長456 m、寬37 m，整體采用高樁梁板式結構;2號卸船泊位位于1號卸船泊位東側延伸段，泊位總長431 m，包括碼頭平臺和東側1個系纜墩平臺。兩泊位平面布置見圖1。兩泊位主要設計尺度和配備的系靠船設施見表1，其中，1號卸船泊位最東端設有3組 kN 2雙柱系船柱，其他系船柱均為單柱。

2 雙泊位靠泊船舶船型概況

2.1 船型尺度

根據(jù)馬跡山港區(qū)卸船碼頭建設批復等級，1號卸船泊位靠泊等級為30萬噸級，主要靠泊20萬～30萬噸級超大型礦石船;2號卸船泊位靠泊等級為35萬噸級，主要靠泊20萬～35萬噸級超大型礦石船。1號卸船泊位和2號卸船泊位的靠泊船舶船型尺度見表2。

2.2 系泊纜繩配備

馬跡山港區(qū)卸船碼頭主要靠泊船型船舶纜繩配備情況見表3。

為保證船舶系泊安全，當超大型船舶系靠卸船泊位時，碼頭方需為其增加系泊絞車及系泊纜繩，1號卸船泊位配備系泊絞車6臺，2號卸船泊位配備系泊絞車8臺。系泊絞車配套纜繩均為直徑96 mm的丙綸長絲纜繩，最小破斷力均為 kN。根據(jù)碼頭現(xiàn)場操作經驗總結的不同等級的超大型船舶系泊型式見表4。

3 理論分析

根據(jù)1號卸船泊位和2號卸船泊位的泊位長度及配備的系船設施分布，2號卸船泊位的系船柱和絞纜機數(shù)量不能完全滿足超大型船舶的帶纜數(shù)量（根據(jù)碼頭操作經驗，當系泊纜繩數(shù)量較多時，通常考慮適當增加系泊長度，盡量避免3根以上纜繩同時系到同一系船柱）。

受2號卸船泊位長度的限制，當采用雙泊位不同船型組合靠泊模式時，可根據(jù)碼頭系船柱的分布情況，通過增加2號卸船泊位系泊船的系泊纜繩長度來借助1號卸船泊位的部分系船柱。考慮到1號卸船泊位東側設置有A、B、C 3組雙柱系船柱，3組雙柱系船柱中每組的東側單柱可用于2號卸船泊位的船舶系泊;西側單柱可用于1號卸船泊位的船舶系泊（見圖2）。雙泊位不同船型組合靠泊雙柱系船柱帶纜型式見圖3。

在雙泊位不同船型船舶組合靠泊情況下，根據(jù)船舶所需要的系船柱數(shù)量，得到不同船型船舶組合條件下的雙柱系船柱方案（見表5）。

根據(jù)表5，采用A、B、C 3組雙柱系船柱方案既能保證1號卸船泊位的系泊長度，也可以有效解決2號卸船泊位系船柱數(shù)量不足的問題。在不同船型船舶組合靠泊模式下，A、B、C等3組雙柱系船柱的常態(tài)化方案見表6。

根據(jù)表6可知，一旦采取的措施不當，30萬噸級+ 25萬噸級、25萬噸級+ 30萬噸級、30萬噸級+ 30萬噸級、25萬噸級+ 35萬噸級、30萬噸級+ 35萬噸級等不同船型船舶組合靠泊模式的5組雙柱系船柱方案會出現(xiàn)中間段纜繩交叉現(xiàn)象。由于纜繩交叉可能導致纜繩間相互接觸產生摩擦，不利于系泊安全;因此，在制訂不同船型船舶組合靠泊方案時，可通過合理控制船舶靠泊時的吃水，以防止纜繩的接觸摩擦。

4 數(shù)值仿真計算

4.1 數(shù)值仿真方案設計

數(shù)值仿真計算采用OPTIMOOR系泊力計算軟件進行。該軟件通過構建數(shù)值仿真模型，輸入仿真條件以計算仿真結果。根據(jù)碼頭區(qū)域的氣象水文統(tǒng)計資料，考慮到風、流、浪的聯(lián)合作用，不同船型船舶組合靠泊的數(shù)值仿真計算方案按較不利的環(huán)境狀態(tài)進行設置，其中：風向和風速按照馬跡山港區(qū)常、強（次常、強）風向8級風考慮（風速取37 kn）;流向和流速分別選取大潮漲、落潮的急流時刻設置，波浪主要考慮1.2～1.6 m的有效波高。另外，在仿真計算時，對不同船舶的載態(tài)（半載、重載）也予以了考慮。

4.2 數(shù)值仿真結果

根據(jù)系泊仿真計算方案，仿真計算共進行56次，成功55次（包括具有一定風險但風險可控的仿真計算1次），失敗1次。

就數(shù)值仿真計算結果而言，馬跡山港區(qū)卸船碼頭系泊安全的關鍵性控制因素為潮流流速，尤其是在大潮汛情況下，2號卸船泊位東側漲潮流壓較大角度的開流，且流速較大，對2號卸船泊位大型船舶的系泊安全產生較大影響;盡管1號卸船泊位在大潮汛落潮時也壓較大角度的開流，但流速不大，潮流對船舶系泊的安全影響可控。在風和波浪方面，由于卸船碼頭設計合理、系泊設施充足，且根據(jù)多年觀測成果，在8級風條件下的有效波高極少出現(xiàn)超過1.2 m的情況，因而風和涌浪對船舶安全系泊的影響不大。值得注意的是，仿真計算中所有的風險均出現(xiàn)在重載條件下的系泊船舶，也從另一個方面反映了流速對卸船碼頭系泊船舶有著主導性影響。

30萬噸級船舶和35萬噸級船舶在重載、大潮汛漲急流、吹開風條件下系泊2號卸船泊位時均存在一定程度的系泊風險，35萬噸級船舶必須采取適當而有效的安全系泊措施，30萬噸級船舶系泊也具有一定風險，但風險可控。

大功率拖船在急流時段頂推作業(yè)，是確保超大型船舶系泊安全的有效措施。 馬跡山港區(qū)2號卸船泊位的靠泊實踐經驗是：當大潮汛到來時，30萬噸級以上重載船舶需配備至少2艘拖船在其舷側值守（圖4），且拖船在偏開流形成后應進行輔助頂推作業(yè)，以確保大型船舶的系泊作業(yè)安全。對30萬噸級船舶和35萬噸級船舶在重載、大潮汛漲急流、吹開風條件下系泊2號卸船泊位時使用拖船頂推的數(shù)值仿真進行補充計算，計算結果為“成功”。補充計算證明，在拖船（2艘大功率拖船或3艘小功率拖船）協(xié)助下，30萬～35萬噸級船舶在重載、大潮汛漲急流、吹開風條件（8級風及以下）下均可安全系泊2號卸船泊位。

5 實際應用

5.1 雙泊位不同船型船舶組合靠泊方案

根據(jù)馬跡山港區(qū)1號卸船泊位和2號卸船泊位系泊船型的系泊條件和仿真計算結果判斷，除在大潮汛漲急流期間30萬～35萬噸級重載船舶系泊2號卸船泊位有一定風險外，其他情況下船舶按推薦的系泊方案均可以較好地保障其在碼頭靠泊期間的系泊安全。盡管30萬～35萬噸級重載船舶可通過拖船協(xié)助的方式滿足大潮汛條件下的系泊安全要求，但考慮到組合靠泊經驗不足，建議近期僅考慮在中、小潮汛條件下2號卸船泊位安排2艘拖船全程值守保駕，1號卸船泊位安排2艘拖船值守保駕船舶至半載狀態(tài)。

為避免纜繩接觸摩擦，不得安排兩艘重載船舶在同一落水過程中靠泊，在先靠泊船舶卸載達到半載吃水后，再考慮安排下一艘船舶在落水時刻靠泊。具體方案如下：（1）20萬噸級+ 20萬噸級、20萬噸級+ 25萬噸級、20萬噸級+ 30萬噸級、20萬噸級+ 35萬噸級、25萬噸級+ 25萬噸級，定義為組合靠泊的“推薦模式”;（2）25萬噸級+ 30萬噸級、30萬噸級+ 30萬噸級、25萬噸級+ 35萬噸級、30萬噸級（重載）+ 35萬噸級（半載），定義為組合靠泊的“常規(guī)模式”，該模式因中間段可能產生交叉帶纜情況，應采取適當措施避免纜繩之間接觸摩擦;（3）30萬噸級（半載）+ 35萬噸級（重載）的組合靠泊模式，由于在大潮汛條件下存在未知風險，因而定義為“極限模式”，在大潮汛條件下不考慮組合靠泊。

馬跡山港區(qū)1號卸船泊位與2號卸船泊位20萬～35萬噸級船舶組合靠泊方案見表7。

5.2 不同靠泊模式的臨界控制條件

（1）推薦模式與常規(guī)模式的臨界控制條件

港區(qū)氣象預報偏南風、東北風風力6～7級，陣風8級;或偏東風、東南風風力6級，陣風7級;波浪高h≤1.5 m，并無繼續(xù)增強趨勢。

港區(qū)氣象預報北風、西北風7級，陣風8～9級，有下降趨勢，波浪高h≤1.5 m。

（2）極限模式的臨界控制條件

港區(qū)氣象預報偏南風、東北風風力5～6級，陣風7級;或偏東風、東南風風力6級;波浪高h≤1.2 m，并無繼續(xù)增強趨勢。

港區(qū)氣象預報北風、西北風6級，陣風7～8級，有下降趨勢，波浪高h≤1.2 m。

大潮汛期間不安排極限模式組合靠泊。

6 結 語

從總體上看，馬跡山港區(qū)卸船碼頭工程設計合理，在常規(guī)氣象水文條件下不存在較大的系泊安全隱患。對20萬～35萬噸級大型船舶系泊安全造成影響的關鍵因素為潮流流速，尤其是在大潮汛漲急流時段35萬噸級重載船舶系泊2號卸船泊位存在較大的風險。

在船舶靠泊前，應及時接收必要的專業(yè)氣象預報或氣象預警信息，按照推薦的系泊方案編制系泊計劃，并在氣象和水文條件持續(xù)變差前合理強化系泊型式方案，保證船舶安全。當碼頭方或船方對當前穩(wěn)泊狀況有任何疑慮時，應立即根據(jù)現(xiàn)有的系泊方案和風浪等級進行系泊風險評估，同時對系泊方案進行合理的強化（包括但不限于增加纜繩數(shù)量、加強人員值班、申請拖船值守等），必要時果斷離泊。