超大型集装箱船舶大风天气顺流掉头靠泊操纵

2013-11-14福建省福州港口管理局引航站黄文峰

世界海运 2013年11期

福建省福州港口管理局引航站黄文峰

一、江阴港区概况

福州港江阴港区位于福建省兴化湾内，是福州港九大港区的重点港区，是福建沿海港口重点发展“两集两散”中的一个集装箱港区所在地，是我国不可多得的天然深水良港。江阴港区20 m深槽从口外经路屿航门可直抵湾内的江阴集装箱码头附近。兴化湾江阴主航道除路屿航门水域狭窄，平均宽度仅600 m左右外，其余水域都比较宽阔。进港航道沿深槽布置，航道顺直，主航道水深都在20 m以上，主流向基本与航轴线走向一致。20 m深槽宽度平均在2000 m以上，港区导助航设施完善，能满足超大型集装箱船舶全天候通航的要求。

1.航道

江阴港区进港航道沿兴化水道深槽布置，航线以兴化水道东口门小月屿附近（兴化1#灯浮）作为起点，沿进港航道经白屿南穿过兴化水道西门口点（兴化5#灯浮）附近进入兴化湾。进入湾内航线穿越路屿与鸡蛋屿之间航门，沿进港航道往西北延伸至江阴港区。至集装箱作业区航道设计最小底宽为300 m，最小底高程为-16.2 m。

2.锚地

兴化湾已开辟五处锚地：塘屿南锚地、白屿东锚地、江阴待泊锚地、小月屿15万t级散货船锚地和5万t级危险品船锚地。

3.码头附近风况

4.潮汐、潮流和波浪

平均高潮位6.68 m，平均低潮位1.46 m，平均潮差5.22 m。本港区属正规半日浅海潮流，涨、落潮流向基本平行于深槽走向，且有往复流特征。港区落流速稍大于涨流流速，湾内深槽水域涨潮主流向平均约290°，落潮主流向平均约128°，集装箱码头附近涨潮最大流速0.58 m/s，落潮最大流速0.59 m/s。

受兴化湾海域周边岛屿及南日岛的遮挡，湾内波浪一般都很小，海区常浪向NE，频率46.6%；次常浪向SSW，频率11.7%；强浪向SE，频率0.1%。

5.集装箱码头泊位和船舶回旋水域情况

No.1泊位长度320 m，水深14.0 m；No.2泊位长度331 m，水深16.0 m；No.3泊位长度332 m，水深16.0 m；No.4泊位长度330 m，水深17.5 m；No.5泊位长度337 m，水深17.5 m。

目前码头前沿船舶回旋水域直径设计为800 m，回旋水域底高程最小为-13.8 m，乘潮后船舶回旋水域底高程可以满足规范要求和实际使用要求。

6.江阴港区拖轮资料

目前江阴港区已配置3艘4000 HP全旋回拖轮，其中1艘为消拖两用拖轮。

二、船舶进港顺流靠泊安全操纵难点

近几年江阴港区靠泊集装箱船不断大型化，而拖轮配置没有跟上船舶大型化的需求。由于江阴港区常年大风平均频率高，在大风天气下拖轮马力配置存在不足现象。

LU Yang, DAI Huang, SHEN Jian, ZHAO Wen-yuan, MA Li-ping

依据《海港总平面设计规范》，港作拖轮应根据进出船舶的载重吨位和拖轮顶推拖作业性质选定，当拖轮需经常变换顶推或拖带船舶不同部位时，宜选用全回旋型（Z型）拖轮，所需的总功率根据进出港船舶的载重吨位按下式计算：

其中：P为所需港作拖轮总功率（kW）；k为系数，DWT>5万t，取0.05；Q为进出港设计船型的载重吨（t）。

12万t级集装箱船：BHP=kQ=135000×0.05=6750kW，约9184HP；15万t级集装箱船：BHP=kQ=150000×0.05=7500 kW，约10200 HP。

根据《船舶模拟试验报告》可知，15万t级集装箱船在风力5级以下使用3艘3000 HP拖轮协助可以满足靠离泊要求；在风力6级风时，使用3艘4800 HP拖轮协助才能满足靠离泊要求；在风力7级时，即使使用4艘4800 HP拖轮协助，也不能满足靠离泊要求。

为了保障港口的正常生产和船东利益，保证船舶的安全和港口的正常运转，在风力大于等于6级、拖轮配置马力富余量较小情况下，顺流靠泊困难对引航员提出了新的挑战。结合自己在风力大于等于6级情况下实际靠泊超大型集装箱船MV/CMA CGM CENTAURUS的一些心得体会与大家探讨。

1.船舶资料

船名：CMA CGM CENTAURUS。载重吨：131244.3 t。主机功率：96875 HP。首侧推器：4023 HP。总长：363.1 m。总宽：45.60 m。满载吃水：15.0 m。

2.超大型集装箱船舶操纵特性

（1）长宽比：一般均为6.6以上，所以旋回性能差一些。

（2）方形系数：超大型集装箱船舶方形系数比大型油轮小很多，一般为0.68以下。因此超大型集装箱船旋回性要比油轮差，相应的航向稳定性好。

（3）舵面积与船长吃水比：大型油轮一般在1/65以下，而大型集装箱船舶要比相同规模的油轮大得多，一般为1/55以上。该值大小直接影响到舵力和舵力转船力矩的大小，该值越大，舵力和舵力转船力矩越大。因此，超大型集装箱船舶的舵力和舵力转船力矩要大一些，舵效好。

（4）单位载重吨分配的主机功率：大型油轮为0.25以下，但大型集装箱船舶一般为0.60以上。单位载重吨分配的主机功率决定倒车停船性能的好坏，该值越大，倒车停船性能越好。

（5）侧推器：为了提高大型集装箱船舶靠泊效率，在船首配有首侧推器。由于首侧推器配置船首，可以获得最大的力臂，加上侧推器可以在短时间内操作，故其发挥的有效功率比同功率的拖轮要大。

（6）风压力：超大型集装箱船舶的另一个显著特点就是受风面积大。根据Hughes公式，可以计算出一定受风面积所受的风压力。

三、船舶遇强吹开风顺流掉头靠码头操纵方案

1.准备工作

（1）通知码头、拖轮、船员准备

进港船舶驶抵兴化11#灯浮前，用甚高频CH08通知码头做好靠泊前准备工作，收好港机吊臂，插好泊位旗，通知带缆人员到位。通知船员前后准备，船头船员备锚，准备靠泊所需缆绳，当拖轮到位，准备带拖轮。拖轮带缆的位置关系到拖轮发挥的最大力矩。根据力矩原理：力使物体转动的效果，不仅跟力的大小有关，还跟力和转动轴的距离力臂有关。由于拖轮推力一定，所以要使其发挥最大的作用，应使力臂尽可能长，也就是把船首和船尾的拖轮尽可能带在首端和尾端。这样拖轮可以发挥出最大力矩。

江阴港区目前配置3艘拖轮。福星1号拖轮船龄较大，主机马力不足，通常作为辅助；福星2号带右船头，福星3号带右船尾。

（2）保持船位和控制船速

由于NNE风力较大，船舶右舷受风面积大，风致漂移比较大，加上带拖轮原因，船速控制在8 kn左右，船舶抵兴化11#灯浮时，转航向305°20′，船位尽可能靠近兴化11#灯浮和兴化12#灯浮连线，置兴化11#灯浮和兴化12#灯浮于右舷。航行1.2 n mile抵兴化12#灯浮时停车，由于顺流，降速比较慢。右舷受正横NNE大风影响，因尾部建筑物面积大，船首一直向右偏转，此时把舵角放在左满舵位置，有必要时可以短暂进车，低速中短暂进车可以增加舵效，船速不会增加。停车淌航0.5 n mile，速度降到4～5 kn。

2.靠泊操纵要领

（1）调整好靠拢角度

由于顺流掉头靠码头，码头外档回旋水域宽度约0.5 n mile。当船位抵No.3泊外档时开始掉头，此时余速约为4 kn。根据船位情况，可以利用拖轮协助掉头，若掉头船位偏早，可以用船尾拖轮顶右舷船尾，增加船位往上游漂移。受NNE6级大风作用，船首向右偏转较快。此时要提前把定航向，因为吹开强风作用，所以靠拢角尽量要大，航向可以和码头呈垂直把定。这样大靠拢角度可以抵制大风造成的风致漂移，同时，船首拖轮保持拖缆带力，并做好后退倒车准备。船尾两艘拖轮拖缆收回，并靠上右舷船尾，做好顶推准备。船首侧推器备好，准备向右打侧推。操舵把舵角放在右满舵位置，可以随时进车准备。

（2）控制横距

江阴码头为重力式大沉箱结构，码头是直壁式，当船抵码头外档时，船体水下部分面积大，会产生巨大水挤压力，水短时间内无法外排，加上受NNE6级强吹开风影响，会有一股强大的推力阻止船舶往里靠拢。所以横距可以尽量减小，利用船舶余速滑行，减小拖轮顶推的时间。借助雷达0.5 n mile量程测船首与码头距离，也可以随时让船首瞭望人员报告目测距离，并随时做好调整减小靠拢角度准备。

（3）控制余速

当船首距离码头前沿横距约1 cable时，可以把靠拢角度从原来接近直角开始慢慢调整变小。由于船首强劲吹开风，首拖轮由原来全速进车慢慢减车，减到停车，右舷船尾两艘拖轮全速顶推。这时本船可以用右满舵，进车，停车后短时间内进车不会增加进速，可以增加舵效，使船首开始向右偏转，并不断减小靠拢角度。当横距剩下0.5 cable时，靠拢角缩小到10°～15°时，舵角操回到正舵，船首拖轮开始全速顶推，首侧推全速向左打，吹开风力持续不变，由于惯性作用，船首拖轮顶推加首侧推力，船尾两艘拖轮的顶推力，慢慢被吹开风力抵消，加上码头水下强大的挤压水外推作用，会出现靠拢速度为零，此时出现靠泊最困难的情况。船尾两艘拖轮虽然与大船正横角度全速垂直顶推，但由于强大的风力加上码头水下强大的挤压水外推力大于船尾顶推力，这时船尾不但没有靠拢的进速，反而船尾慢慢往外张开。船首由于首侧推能发挥较好的推力，这时可以利用本船的车舵，在停车状态下，短时间右满舵进车，会产生船尾开始靠拢速度慢慢起来，但进车时间不宜过长，只要舵效起来，就可以停车，防止进车时间过长，产生前进速度，借船舶惯性滑行前进。横距开始减小，通过车舵、拖轮和侧推器配合，最终将船舶靠上码头。

3.靠泊操纵注意事项

（1）驾引人员要有良好的心理素质。因为横距较小，加上超大型船舶的惯性大，驾引人员会担心靠拢速度过快而出现危险局面。

（2）拖轮要配合好。根据力学原理，让船首拖轮尽可能顶推船的最前部，尾拖轮尽可能顶推最尾部。拖轮顶推的角度尽可能调整到正横位置，使拖轮的首位线和本轮的首尾线呈垂直状态。

（3）要果断利用车舵效应。超大型集装箱船舶的主机功率大，短时间内进车会产生明显舵效。当进速起来后，停车，借船舶的惯性滑行前进。船舶首尾线与码头外缘边线夹角很小（不大于15°），在滑行驶靠过程中，横距开始减小，船首靠拢速度控制在0.08 m/s以内。当船首贴近码头碰垫时，船首拖轮全速顶住首侧推器全速向左。因为船首进速变大，船尾靠拢速度反而变得更小，将舵迅速操到右满舵位置，微速进车利用车舵效应作用，船尾靠拢速度也慢慢提高。

（4）船员带缆速度要快。船首先带首缆，船尾先带尾缆，首尾缆的拉力比倒缆拉力更大。当大船横距适合时，船员抓紧时间撇缆，迅速送出缆绳，带上缆桩并迅速收紧缆绳，利用缆的拉力，慢慢抵消吹开风力。一般在风力超过6级情况下，缆绳数尽可能带4+2+2，这样才不至于出现船身被吹开。利用缆车的拉力和拖轮、侧推器的推力把船安全平稳靠上码头。