采用浮船塢下水動態壓載調節計算方法

田 毅

（廣州打撈局船廠，廣州 510250）

1 前言

新船重工有限公司建造的127 m 客滾船（下文簡稱產品船），采用浮船塢下水，垂線間長119.3 m、型寬20.88 m、型深6.5 m、設計吃水4.3 m、滿載排水量8 463 t，預計下水船舶及下水工裝重量合計約5 700 t。

船廠浮船塢長120 m、塢體寬度34 m、塢體內寬27 m、型深4.6 m、設計吃水4.2 m，尾部與碼頭對接，設計極限舉力6 000 t。由于船廠處于珠江下游，潮水漲落幅度較大，碼頭相對較高，在浮船塢路軌與碼頭路軌對接后，只有在約2.6 m 的高潮位時浮船塢才能達到設計吃水，有較充裕的儲備浮力；高平潮時間約2小時，由于卷揚機拉力不足，下水船舶較長，以及浮船塢壓載泵排水能力有限，高平潮期內難以將產品船拉移上浮船塢，再考慮各種意外，必須確保產品船拉移上浮船塢后，還要預留2 個小時，以備萬一。因此必須在漲潮時就開始拉移，在高平潮到來時將完成船舶拉移。在漲潮過程中，浮船塢吃水較淺，儲備浮力不足，按照以往經驗，單純利用尾部壓載艙排水抵消船舶拉移上浮船塢的重力，已無法滿足產品船下水需求。

結合船廠碼頭與浮船塢的特點，經與各方反復研究，確定了一套利用漲潮浮力、尾排首壓的壓載水調節相結合的方案，來完成產品船拉移上塢作業。

2 浮船塢與碼頭對接及吃水

船廠碼頭及浮船塢建造時，為確保浮船塢路軌與碼頭路軌對接精準，采取了以下設計：

（1）在垂直方向設計了承托型式，碼頭承臺可托住浮船塢底部，避免浮船塢路軌下沉；

（2）在橫向方向設計了插入型式，即在浮船塢的尾部左右設有凸臺，碼頭端部對應寬度設有兩個凹槽，浮船塢凸臺正好可卡在碼頭凹槽內，限制了浮船塢相對碼頭的橫移；

（3）在縱向方向，利用浮船塢左右絞車拉緊碼頭纜樁，控制浮船塢向外漂移。

在討論碼頭承臺承托的方案時，一些專家提出了承臺超載的問題。經現場勘測，當浮船塢完全搭在碼頭承臺上時，浮船塢路軌比碼頭路軌低約10 mm，所以在浮船塢路軌與碼頭路軌高度平齊時，浮船塢未壓到承臺，承臺不受力。另外，根據碼頭建造相關資料，浮船塢搭接碼頭部分最大壓力允許值約為300 t。

經查閱碼頭建造資料及浮船塢設計圖紙，為便于分析浮船塢儲備浮力狀況，繪制了浮船塢與碼頭對接及潮高吃水情況，如圖1 所示。

圖1 浮船塢與碼頭對接圖

由圖1 可知：碼頭路軌距離0 潮高的垂直高度為4.77 m，浮船塢路軌距基線高度為6.35 m。當浮船塢路軌與碼頭路軌高度對齊后，在零潮高時浮船塢吃水達到1.58 m，而浮船塢空塢吃水約為1.3 m，所以在零潮高時浮船塢具備了對接碼頭的高度；通常低平潮時潮高約1 m，此時浮船塢吃水約2.58 m，壓載艙約有1.2 m 的壓載水，浮船塢約有3 380 t 儲備浮力，已具備開始拉移船舶上塢的舉力；在2.6 m 潮高時，浮船塢吃水能達到4.2 m 的設計吃水，扣除空塢吃水，新增排水量約9 800 t，產品船下水重量約5 700 t，故有較大的儲備浮力，滿足下水舉力需求。

根據產品船的重量分布以及船臺小車安全載荷值，左右兩側共布置了60 組船臺小車，單側30 組船臺小車縱向用鋼梁連接，確保拉移時船臺小車同步前進；產品船拉移使用船臺20 t 卷揚機作為動力，通過路軌摩擦系數簡要核算，產品船拉移需要約120 t 拉力，所以選用四輪滑輪組放大拉力。經實船拉移測試，最大速度為1.0 m/min，理想狀態下整船拉移上浮船塢約需要2 小時。

一般情況下，從低平潮漲到高平潮需要約5 小時，為預留2 小時處理拉移過程中的各種意外狀況，并確保高平潮到來時完成拉移作業，按拉移時間及潮汐倒推，在高潮位前4 小時，潮高達到約1 m 時，即可開始進行拉移上塢作業。

3 浮船塢壓載調節計算表格

3.1 受力分析及計算公式

在漲潮過程中拉移，要考慮產品船上塢部分的重量、潮高、浮船塢排水量、碼頭承臺壓力等因素，利用力矩平衡原理，動態調整拉移速度、浮船塢壓載水，達到調平浮船塢、減少碼頭承臺壓力，最終實現安全拉移的目的。

結合碼頭、浮船塢、產品船的相對位置及受力情況，在Excel 中編寫力學公式，并按時間節點動態調節，模擬拉移過程。拉移過程中受力情況如圖2 所示。

圖2 拉移過程中受力情況

（1）浮船塢搭在碼頭承臺上，假設此支點為簡支，移船過程中只會出現首部上浮或下沉的情況，尾部吃水與潮汐同步；

（2）根據受力和力矩平衡，確定浮船塢的浮態；

（3）為簡化公式，空塢吃水和空塢重量抵消，不計入公式計算；

（4）浮船塢塢體為長方體，在傾斜狀態下浮心按梯形形心計算，浮力按平均吃水深度乘每毫米排水量計算；

（5）根據艙容表查詢壓載水重力及計算壓載水力矩，艙內液面傾斜忽略不計；

（6）根據產品船重量分布、小車布置及拉移距離，計算上塢輪壓及力矩；

編寫力學方程組如下：

式中：F ——浮船塢浮力，N；

f ——承臺支撐力，N；

G ——產品船對浮船塢壓力，N；

W ——壓載艙內壓載水重力，N；

L ——浮船塢浮心到承臺距離，m；

L——產品船對浮船塢壓力中心到承臺距離，m；

L——艙內壓載水重心到承臺距離，m；

D——浮船塢尾部吃水，m；

D——浮船塢首部吃水，m；

D ——浮船塢空塢中部吃水，m；

Δ——浮船塢每毫米排水量，t/mm；

Loa——浮船塢船長，m.

3.2 基礎數據錄入

潮汐表、產品船重量分布、壓載艙艙容表需作為基礎數據編制好，在Excel 主體公式中，調整拉移時間、拉移速度、壓載水量，主體公式自動引用相關基礎數據并代入計算，最終達到動態模擬拉移的效果。

（1）潮汐表

潮汐表按照海事局官網查詢數據，輸入下水當天24 小時內關鍵點，中間部分按函數公式插值求得并插入圖表，以便更直觀查看潮汐，如圖3 所示。

圖3 潮汐表數據

（2）產品船重量分布

產品船重量分布按送審設計提供的重量分布圖，并結合船臺小車布置估算出每臺小車輪壓以及輪距，并套用主表中拉移距離計算對浮船塢產生的力矩。

（3）壓載艙艙容表

壓載艙艙容表按浮船塢原送審文件輸入，并根據壓載艙位置。計算出相對碼頭承臺處的力矩。

3.3 浮船塢壓載調節計算

將基礎信息表編制完成后，在Excel 表格中編制產品船拉移及浮船塢壓載調節公式，并按10 分鐘間隔為時間節點進行動態調節：

（1）開始時間、拉移速度、壓載水高度為可調值，浮船塢首尾吃水差、碼頭承臺壓力作為限定值，需確保浮船塢縱傾值小、碼頭承臺受壓小；

（2）調整開始時間后，潮位欄會調用潮汐表自動插值計算當前潮高，尾部吃水高度也相應更新；

（3）調整拉移速度后，會自動計算拉移距離及相應的重力及力矩；

（4）調整各壓載艙內壓載水高度后，會自動計算總壓載水重力及力矩，通過力矩平衡公式，可計算出碼頭承臺壓力值；

（5）根據實際產品船拉移下水經驗，首尾吃水差一般控制在100 mm 以內，碼頭壓力控制在200 t 以內；

（6）實際操作中，需做好船臺小車潤滑加油工作，并提前實測最大拉移速度，以及壓載泵抽吸速度（換算成10 分鐘艙內排水深度）；

（7）設定好開始時間后，調整拉移速度、壓載水量，使縱傾及承臺壓力值在允許范圍內；調整好本時間段后，再進行下一時間段的調節，直至產品船完成拉移上塢；若在高平潮前難以完成拉移上塢作業，則調整開始時間，再進行模擬調節；

（8）為達到模擬拉移上塢動作，又不至于過于繁雜，通過模擬測試，最終將每組模擬拉移時間設置為10 分鐘；

（9）在模擬拉移調節過程中，常出現初段漲潮速度不足、承臺受壓較大或中段漲潮速度過快、首部上浮嚴重的情況。經過反復調節驗算，確定在潮高1.2 m時拉移，浮船塢有足夠儲備浮力，可大大減少對承臺產生的壓力；另外，提前一天將首部No.5壓載艙壓滿水，No.3、No.4 壓載艙盡可能排空，避免產品船拉移中段出現首部上浮過大情況；

（10）為避免潮水漲落偏差影響產品船拉移，通常會假定±100 mm 潮位差的潮汐表，并模擬壓載調節方案，檢驗產品船拉移上塢的可行性。

4 產品船拉移下水

（1）產品船正式拉移下水前一天，將浮船塢壓載水調節到位，拉移前一小時開始與碼頭對接。浮船塢首尾安排讀水尺人員，路軌對接處安排觀測人員，等潮位到預定高度后開始拉移產品船；

（2）當潮位上漲不及預期時，需降低拉移速度；當潮位上漲較快時，需加快拉移速度，并適當向尾部、首部壓載艙壓水；當首尾吃水差較大時，對應調節首部壓載艙內壓載水；當浮船塢路軌長期低于碼頭路軌10 mm 時，需降低拉移速度，并加大尾部壓載艙排水；當浮船塢路軌高于碼頭路軌時，需加快拉移速度，并適當向尾部壓載艙壓水。

通過充分論證、嚴密部署、精細執行，首制127 m 客滾船按預定計劃完成了拉移上塢到下水工作，技術、管理、操作人員都積累了較多經驗，面對小塢下大船更有信心。在后續一系列的大船下水作業中，對動態壓載調節計算以及現場實際操作方面更加熟練。

5 結束語

通過對浮船塢壓載調節計算表的計算編制，以及后續多艘大船的拉移下水實操作業，發現因潮汐差等因素，此計算表只能做到相對準確，拉移過程中切勿生搬硬套各節點數據，需依據浮船塢浮態等，根據力矩平衡原理，結合浮船塢抽排水特點，靈活指揮拉移、壓載調節工作。