民用滾裝船垂直靠泊技術(shù)分析

楊沈力, 張光明

(1. 北部戰(zhàn)區(qū)軍事運(yùn)輸投送調(diào)度中心青島軍事代表室,山東 青島 266000;2. 北部戰(zhàn)區(qū)軍事運(yùn)輸投送調(diào)度中心烏蘭察布軍事代表室,內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000)

近年來,隨著新時(shí)代我軍建設(shè)的不斷發(fā)展,海上運(yùn)輸投送作為現(xiàn)代物流的重要一環(huán),投送力量不斷增強(qiáng)。滾裝船作為戰(zhàn)略海運(yùn)的重要支撐力量,具有航行速度快、裝卸效率高、運(yùn)量大的特點(diǎn)[1],目前已成為各國(guó)海上軍事運(yùn)輸投送不可或缺的保障力量。早在英阿馬島戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期,英軍就對(duì)集裝箱滾裝船“大西洋運(yùn)送者”輪進(jìn)行改裝并運(yùn)輸建制部隊(duì)[2];在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間,美軍租用民用滾裝船擔(dān)任海運(yùn)預(yù)置力量[3];此外,美軍還成立了專門的軍事海運(yùn)司令部,運(yùn)用海上商用運(yùn)力,為部隊(duì)的投送服務(wù)。在我國(guó),滾裝船已為保障我軍遠(yuǎn)海投送、應(yīng)對(duì)強(qiáng)敵威脅發(fā)揮了重要作用。

滾裝船作為我軍海上運(yùn)輸投送的有力補(bǔ)充,是最近幾年的研究熱點(diǎn)。在此類研究中,劉寶新等[4]提出理論模型,對(duì)滾裝船靠泊直立式碼頭的作業(yè)水位及時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證。姚遠(yuǎn)等[5]從碼頭高程、滾裝船船跳高程和工作時(shí)間三個(gè)方面進(jìn)行討論,對(duì)滾裝船裝卸載時(shí)間進(jìn)行確定。趙俊國(guó)與劉寶新[6]針對(duì)艉直式滾裝船丁靠直立碼頭,建立了裝卸作業(yè)水位和時(shí)間的計(jì)算模型。陳殿斌[7]以艏艉開門滾裝船靠泊無岸橋碼頭操縱與滾裝作業(yè)為例,分析滾裝船垂直靠泊的理論數(shù)據(jù)以及操縱要點(diǎn)。

戰(zhàn)時(shí)和緊急狀態(tài)下,艏艉開門的滾裝船多數(shù)情況難以在直立式碼頭進(jìn)行正常靠泊,因此,需要采用垂直靠泊的方式進(jìn)行裝卸。垂直靠泊是一種利用船舶自身設(shè)備進(jìn)行船艉丁靠的裝卸方式,具有操作簡(jiǎn)單、對(duì)岸壁機(jī)械依賴小的特點(diǎn),適合于無滾裝連接橋、碼頭條件有限等特殊情況下的裝卸。本文從垂直靠泊的操縱以及靠泊作業(yè)出發(fā),以一個(gè)更加具有一般性的模型,對(duì)垂直靠泊的各項(xiàng)條件進(jìn)行全面技術(shù)分析。

1 研究滾裝船垂直靠泊的軍事意義

1.1 提升海上運(yùn)輸投送保障能力

目前,我國(guó)軍用登陸艦還存在著數(shù)量少、運(yùn)力不足的問題,在大規(guī)模海上運(yùn)輸投送中,軍用運(yùn)力的缺口還很大[8]。近年來,我國(guó)的民用滾裝船力量發(fā)展迅速,船舶的數(shù)量和噸位不斷增加,民用滾裝船已成為目前彌補(bǔ)軍用運(yùn)力短板的最好補(bǔ)充。研究滾裝船垂直靠泊,使其能夠在戰(zhàn)略投送過程中發(fā)揮最大保障潛力,對(duì)于補(bǔ)齊海上運(yùn)輸投送運(yùn)能短板、提升投送保障能力建設(shè),有著重要意義。

1.2 解決滾裝船在戰(zhàn)時(shí)存在的裝卸難題

戰(zhàn)時(shí)狀態(tài)下,人員及車輛裝備通過滾裝船航渡至指定地域后,為防止我方順利卸載,敵方會(huì)對(duì)碼頭進(jìn)行破壞處理,屆時(shí),滾裝船很難按照常用的裝卸方式手段供部隊(duì)乘降,只有采用垂直靠泊的方式解決人員裝備的卸載問題。研究滾裝船垂直裝卸載,可以減少船舶裝卸作業(yè)對(duì)碼頭泊位環(huán)境的依賴,是保障船舶在戰(zhàn)時(shí)或緊急狀態(tài)下適應(yīng)陌生水域以及滿足保障條件缺乏下裝卸載的需要。

1.3 提升滾裝船對(duì)大型裝備的裝卸保障能力

對(duì)于一般滾裝船,艉門都比側(cè)門寬,開口要更大,跳板的承重能力要更強(qiáng)。因此,利用好艉門裝卸,可以解決大型裝備遠(yuǎn)海機(jī)動(dòng)保障的難題。目前,除部分滾裝船外,大部分客滾船都配備有艉門。研究滾裝船垂直裝卸載,解決無滾裝碼頭和直角碼頭條件下艉門裝卸載作業(yè)難題,可以充分利用艉門裝卸的優(yōu)勢(shì),降低滾裝船對(duì)部隊(duì)大型裝備的限制,提升我軍主戰(zhàn)裝備的裝卸保障能力,更好適應(yīng)未來戰(zhàn)爭(zhēng)的需要。

1.4 為戰(zhàn)時(shí)和緊急狀態(tài)下運(yùn)輸投送提供數(shù)據(jù)支撐

目前,我國(guó)最大的4.5萬t級(jí)客滾船中華復(fù)興號(hào)在滿載情況下可載客1 689人,裝載車道長(zhǎng)3 000 m,船內(nèi)設(shè)有3層車輛艙,可裝載大小車輛350余輛。但滾裝船的噸位和載重量越大,對(duì)港池大小、水深和碼頭岸壁設(shè)施的要求就越高。研究垂直靠泊對(duì)滾裝船的技術(shù)要求,在運(yùn)輸前確定裝卸載的限制因素,可以為指揮決策提供依據(jù)和支撐,保證滾裝船在戰(zhàn)時(shí)和緊急情況下發(fā)揮更好作用,提升保障效率。

2 民用滾裝船垂直靠泊方式及技術(shù)要求

2.1 滾裝船垂直靠泊的技術(shù)方法

利用艉門進(jìn)行靠泊裝卸載的滾裝船垂直靠泊一般可采用單錨、平行錨(一字錨)、八字錨的作業(yè)方式。

2.1.1 單錨垂直靠泊

單錨的操作相對(duì)簡(jiǎn)單,如圖1所示。

船舶在到達(dá)預(yù)定水域后,推進(jìn)機(jī)減速,用余速接近錨泊位置,拋下船艏左錨或右錨以固定點(diǎn)位,然后啟動(dòng)船舵、側(cè)推器,使船垂直后退至碼頭預(yù)定位置,船尾接近碼頭時(shí),拋撇纜至碼頭帶纜,從船艉左右各出1根纜繩至碼頭左右兩側(cè),調(diào)整3根纜繩,使船艉與碼頭側(cè)垂直,船舶固定完畢后,放下艉跳板。

2.1.2 平行錨垂直靠泊

平行錨又叫“一字錨”,同單錨的操作方法類似,如圖2所示。

圖1 單錨靠泊作業(yè)方式 圖2 平行錨靠泊作業(yè)方式

當(dāng)船到達(dá)指定水域后,推進(jìn)機(jī)反推減速,船舶利用余速前進(jìn),根據(jù)風(fēng)向和水流流速先后拋出船艏兩錨,并防止兩錨鏈絞纏。兩錨拋完后,利用船舶推進(jìn)機(jī)和兩錨拉力,使船緩慢向后垂直靠于碼頭。最后,船尾接近碼頭時(shí),船艉拋撇纜至碼頭帶纜,從船艉左右舷左右各出1根纜繩引至碼頭,調(diào)整船艉與碼頭的角度,待船舶固定完畢后,放下艉跳板。

2.1.3 八字錨垂直靠泊

使用艉開門的滾裝船作業(yè),需要在船舶到達(dá)裝卸港后,在港池內(nèi)拋八字錨。八字錨操作相對(duì)復(fù)雜,但船位穩(wěn)定性較好,有利于靠泊后調(diào)整艉跳板與碼頭的角度。靠泊方式如圖3所示。

圖3 八字錨靠泊作業(yè)方式

八字錨靠泊具體操作如下:首先,先選好拋?zhàn)箦^位置,在滾裝船到達(dá)預(yù)定位置后(如圖3中1船所示),拋下左錨。當(dāng)初次拋出錨鏈長(zhǎng)度為2.5倍水深時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)開始反推,使左錨帶動(dòng)船身旋轉(zhuǎn)。然后,利用船舵、側(cè)推器將船舶操縱至2船位置后,拋下右錨,拋出2.5倍水深錨鏈,等錨鏈?zhǔn)芰笤倮^續(xù)松出錨鏈。發(fā)動(dòng)船舶,使船舶后退,利用船舵、側(cè)推器等控制船舶后退角度和速度。當(dāng)船尾接近碼頭時(shí),拋撇纜至碼頭帶纜,從船尾左右各出1根纜繩至碼頭左右兩側(cè),調(diào)整船舶左右位置,船艏艉各形成“八”字形。待纜繩全部帶好后,調(diào)整纜繩、左右錨,使船處于預(yù)定位置(如3船所示),將錨鏈、纜繩收緊固定后,放艉跳板至碼頭。

2.1.4 三種垂直靠泊方式的技術(shù)難點(diǎn)

單錨在垂直靠泊中的應(yīng)用最為普遍,其作業(yè)容易、步驟少,拋錨起錨方便,但單錨的錨泊力是這三種中最弱的,使用這種方法垂直靠泊的滾裝船,在大風(fēng)大浪中會(huì)晃蕩嚴(yán)重,需要拋止蕩錨才能正常裝卸。平行錨能夠最大程度發(fā)揮雙錨的錨泊力,可抵御強(qiáng)烈的風(fēng)浪,但前兩錨鏈在錨泊過程中可能會(huì)出現(xiàn)絞纏的情況。八字錨的操作雖然復(fù)雜,但滾裝船在錨好之后的穩(wěn)定性好,有利于靠泊后調(diào)整艉跳板與碼頭之間的距離和角度,但其操作耗時(shí)較長(zhǎng),不適用于時(shí)限緊迫的運(yùn)輸情況。在海上運(yùn)輸投送過程中,需要根據(jù)港池的情況、水文氣象來綜合選擇垂直靠泊的方式,以達(dá)到快速裝卸的要求。

2.2 滾裝船靠泊對(duì)港池的要求

假設(shè)滾裝船船體為近似的長(zhǎng)方體,船長(zhǎng)為H,船寬為W,滿載吃水為h。船舶進(jìn)出航道需要滿足水深要求,港池及航道水深h港至少應(yīng)大于船舶吃水,才能保證船舶正常靠泊,因此:

h港≥h

(1)

2.3 滾裝船垂直靠泊對(duì)潮汐的要求

區(qū)分在落潮時(shí)艉跳板高度低于碼頭平面以及在漲潮時(shí)艉跳板高度高于碼頭平面兩種情況來進(jìn)行討論。

2.3.1 落潮狀態(tài)下技術(shù)分析

滾裝船艉跳板搭設(shè)至碼頭的位置關(guān)系如圖4所示。

圖4 艉跳板高度低于碼頭平面

圖4中,船舶吃水為h1,船舶龍骨至船舶艉跳板端部的高度為D,跳板與水平面角度為α,跳板長(zhǎng)度為A,海平面至碼頭面的高程差為Δ1。則海面至碼頭的高度為:

Δ1=(D-h1)+Asinα

(2)

2.3.2 漲潮狀態(tài)下技術(shù)分析

當(dāng)艉跳板高度高于碼頭平面時(shí)跳板與碼頭的位置關(guān)系如圖5所示。

船舶吃水為h2,海平面至碼頭面的高程差為

圖5 艉跳板高度高于碼頭平面

Δ2,則海面至碼頭的高度為:

Δ2=(D-h2)-Asinα

(3)

當(dāng)海面至碼頭的高度介于Δ1、Δ2二者之間時(shí),可以確保滾裝船滾裝滾卸作業(yè)順利進(jìn)行,即:

(D-h2)-Asinα≤Δ≤(D-h1)+Asinα

(4)

在滾裝作業(yè)時(shí),假設(shè)碼頭的高程為H碼,海水潮高為H潮,可以求出海面至碼頭的高度Δ:

Δ=H碼-H潮

(5)

對(duì)于普通裝備而言,它的爬坡能力一般在6°左右,因此α一般取值不大于6°,跳板的長(zhǎng)度A屬于固定值,船舶的龍骨至船舶艉跳板端部的高度D也是一個(gè)定值,船舶在滿載和空載情況下的吃水h1和h2也可以通過查詢船舶參數(shù)獲得,故只需要清楚碼頭的高程H碼以及當(dāng)天裝卸時(shí)間段的海水潮高H潮即可判斷是否滿足裝卸要求。當(dāng)Δ處于Δ1、Δ2之間時(shí),對(duì)應(yīng)當(dāng)?shù)氐某毕?可以倒推求出適合裝卸的潮汐時(shí)間,在這個(gè)時(shí)間段,潮水的高度可以滿足裝卸的需要。

2.4 垂直靠泊技術(shù)條件的計(jì)算舉例

某船船長(zhǎng)H為178.8 m,寬W為28 m,滿載吃水h1為6.8 m,空載吃水h2為5.45 m,龍骨至艉跳板端部D為9 m,艉跳板長(zhǎng)A為17 m,跳板安全作業(yè)最大角度α為6°,碼頭高程H碼為5.2 m。根據(jù)以上計(jì)算公式,可以求出該船所需的航道最小吃水h港為6.8 m,在沒有拖輪輔助下,最小港池回旋面積S為156 929 m2,1.773 m≤Δ≤3.977 m,1.223 m≤H潮≤3.427 m。假定靠泊日期為2022年11月26日,根據(jù)潮汐表(如圖6所示)可知,當(dāng)日垂直靠泊可以作業(yè)的時(shí)間為1:00-4:00,6:00-10:00,14:00-16:30,19:00-次日0:30四個(gè)時(shí)間段,其它時(shí)間潮汐不是過高就是過低,不適宜裝卸。

另外,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)裝卸載經(jīng)驗(yàn),在裝備裝載過程中,由于船艙內(nèi)貨物不斷增加,船舶吃水會(huì)不斷增大,因此可以選擇在漲潮時(shí)進(jìn)行裝載,最大程度用好漲潮的時(shí)間;同理,在卸載過程中,船舶吃水會(huì)不斷減少,因此可以選擇在退潮時(shí)進(jìn)行卸載,以達(dá)到裝卸效率的最大化。

圖6 青島港2022年11月26日潮汐表(數(shù)據(jù)來自國(guó)家海洋數(shù)據(jù)中心)

3 組織實(shí)施滾裝船垂直靠泊的關(guān)鍵問題

3.1 加強(qiáng)對(duì)垂直靠泊條件的控制

通過技術(shù)分析可知,滾裝船垂直靠泊對(duì)潮汐、進(jìn)出港航道水深、港池面積都有要求。在作業(yè)時(shí),還需要對(duì)岸有碼頭工人配合帶纜系泊作業(yè);此外,側(cè)風(fēng)、側(cè)流、浪涌對(duì)靠港作業(yè)都有重要影響,必要時(shí)還需要港作船舶輔助靠泊。因此,必須掌握適合靠泊的條件,合理避開不適宜裝卸的時(shí)間、天候;同時(shí),提前預(yù)備好港作船舶和系泊帶纜人員,確保滾裝船在到港后能夠立即組織裝卸載。

3.2 加強(qiáng)滾裝船對(duì)垂直靠泊的適應(yīng)能力

可以從提升滾裝船自身的適應(yīng)能力入手,合理設(shè)置滾裝船船型,增強(qiáng)其在港池內(nèi)的回旋機(jī)動(dòng)能力;適當(dāng)延長(zhǎng)滾裝船艉門的長(zhǎng)度,擴(kuò)大艉門開口,加裝側(cè)門,加強(qiáng)滾裝船承壓能力,提升大型裝備裝卸載速度;增強(qiáng)滾裝船的穩(wěn)定性以及錨鏈纜繩的強(qiáng)度,將風(fēng)浪對(duì)垂直靠泊作業(yè)的影響降至最低。

3.3 在戰(zhàn)時(shí)做好垂直靠泊保障

良好的卸載條件直接關(guān)系到卸載效率。在戰(zhàn)時(shí),要加強(qiáng)對(duì)卸載港碼頭的控制,保障重點(diǎn)裝卸載設(shè)施不被破壞;在垂直卸載過程中,要?jiǎng)?chuàng)造良好的卸載環(huán)境,保障垂直靠泊及卸載過程不被敵襲擾;在對(duì)岸碼頭遭受破壞后,及時(shí)做好碼頭修復(fù)工作,將破壞帶來的影響降到最低,以最大程度發(fā)揮好運(yùn)輸保障效能。

4 結(jié)束語

本文的研究結(jié)果對(duì)未來海上運(yùn)輸投送分析保障難點(diǎn)和瓶頸具有較強(qiáng)的參考意義,為戰(zhàn)時(shí)以及緊急狀態(tài)下滾裝船執(zhí)行海上軍事運(yùn)輸投送保障任務(wù)提供數(shù)據(jù)支持,也為其他類型船舶的靠泊提供參考。