码头防冲护舷选型与布置应注意的问题

刘晔

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

在码头结构设计中，作为附属设施的防冲护舷一般根据到港船型、靠泊方式、靠泊角度、靠岸船速及水位变动幅度等因素进行选型与布置，并不十分复杂，但是对于其中的一些细节还是有必要进行深化研究。

1 防冲护舷的常规选型与布置方法

1.1 船舶靠泊有效撞击能量的计算

船舶靠泊时的有效撞击能量按下式计算[1]：

式中：E0为船舶靠岸时的有效撞击能量，kJ；ρ为有效动能系数，取值范围0.7～0.8；m为船舶质量，t，按设计船型的满载排水量计；Vn为船舶的法向靠岸速度，m/s，与靠泊条件、操船经验有关，国内外规范都给出了选取的建议值[1-2]。

1.2 护舷的布置

1.2.1 竖向布置

护舷的竖向布置应能够保证各类到港船舶在不同水位、不同装载状态下，均可以良好地接触护舷表面。

1.2.2 水平布置间距

护舷的水平布置间距与码头结构形式、船舶的靠泊方式、靠泊角度以及护舷的特性有关，护舷间的水平距离应保证当船舶挤压护舷后，船体不会碰触码头，常按照下式计算[3]：

式中：P为护舷间距，m；R为船体侧舷最小曲率半径，m；h为护舷被压缩后的高度，m。

2 存在问题及原因分析

尽管设计中对护舷的竖向和水平布置间距都进行了计算，但在实际使用过程中，船舶自行靠泊时碰撞码头的事例并不少见。图1是自行靠泊时被船首部撞坏的护轮坎。

为了弄清楚船首碰撞码头的原因，以下重点分析船体的外形轮廓。

2.1 船体外形

船体的外形由横向和纵向双重曲度的流线型曲面构成，船体分为首部进流段、中部的平行中体段和尾部去流段。

船首常见的形状包括：

图1 被撞坏的护轮坎Fig.1 The damage guard curbs

1）直立型艏：船首部轮廓线与基线垂直或接近垂直。这种船的首部甲板面积不大，主要用于驳船或特种船舶。

2）前倾型艏：艏柱呈直线或略带曲线向前倾斜。这种船线型简洁，有快速感，艏部不易上浪，多用于军用船只。

3）飞剪型艏：艏柱在设计水线以上呈凹形曲线，艏部不易上浪，且可获得较大的甲板面积，方便布置锚机和系船设备，常在远洋邮轮和一些货船上使用。

4） 破冰型艏：设计水线以下的艏柱呈倾斜状，与基线约呈30°夹角，有利于冲顶浮冰，故应用于破冰船。

5）球鼻型艏：设计水线以下的艏部前端有球鼻型突出体，能够减小兴波阻力，常用于远洋货船和军舰。

船尾常见的形状主要包括：

1） 椭圆形艉：艉部甲板呈椭圆形，艉柱垂直。椭圆形艉过去多为民用船，目前仅用于一些驳船。

2）巡洋舰型艉：将满载水线附近的艉部水线加长，使艉部大部分浸入水中，既可减少航行阻力，又有利于保护舵和螺旋桨，同时还获得了较大的艉部甲板面积，方便布置舵机，缺点是构造较为复杂。

3）方形艉：艉部呈平直状，其他方面维持巡洋舰型艉的特点，多用于高速舰艇及货船。

在船舶设计时，设计者重点考虑船舶的经济性和快速性，同时兼顾耐波性、操纵性与稳性，依此确定船体的线形。有时使用要求与性能指标不能同时满足，则需要适当降低性能指标去适应使用以及布置方面的要求。

很多船舶将艏部在设计水线以上的部分设计成较大的外飘，以增加甲板面积，方便堆货。具有这种特征最明显的是集装箱船、多用途船和杂货船（图 2）。

图2 船首外飘的集装箱船和杂货船Fig.2 Container ship and generalcargo ship ofbow flare

当这类船舶自行靠泊时，船体是以一定的角度接近码头，由船首段先挤压到护舷。如果码头的防冲护舷布置不当，船首的外飘部分就会碰撞码头。

式（2）中，防冲护舷水平布置间距的计算只考虑了船体的纵向曲线，并没有考虑到沿船体竖直方向的曲线，对当前设计方法来说，需对细节做进一步的完善。

2.2 船体型线图

船体的型线图由横剖线图、纵剖线图、半宽水线图组成，型线图的数据集中汇总在型值表中。型线图能够准确地反映船体的曲线变化，是做好码头护舷选型与布置的可靠依据。

然而，收集型线图并非易事，每一条船的型线图都不一样。公用码头的靠泊船只在设计阶段根本无法预测，而船舶研究部门也没有对船体外形的统计分析数据，这使利用型线图进行码头护舷布置难度重重，甚至不太现实。不过，码头的设计者在了解船舶外形特征后，可以采取适当的办法尽量做到护舷布置合理。

3 建议采取的措施

许多资料都提示设计者要留意靠泊船型的轮廓曲线及球鼻型艏[4-6]，只是这些资料并没有给出具体建议。

在无法获取型线图的情况下，经常靠泊集装箱船、多用途船及杂货船的码头，应适当减小护舷的水平布置间距，并通过合理确定护舷的安装高程和恰当选择护舷的形式来保护码头前沿免被碰撞。

码头前沿的护轮坎可以将外坡的角度加大或选择圆形弧面，在主护舷之间安装D型护舷也可以起到一定的防护作用（图3）。

图3 外侧采用圆弧形状的护轮坎Fig.3 Using guard curbsof circular arc shape in lateral

4 结语

近年来，我国港口的规模和等级不断提升，大型泊位数量大幅度增加。大型船舶进港一般都会安排拖轮协助靠泊，基本能够保证船体近似于平行地接触码头护舷。可是，在到港船舶的总量中，毕竟小型船舶占绝大多数。小型船舶很多时候依靠自行靠泊。此外，伴随我国“走出去”战略的实施，我国也为很多发展中国家设计码头，这些国家的港口多没有使用拖轮习惯，因此，从设计角度来看，深入研究船舶自行靠泊情况下的护舷布置是有实际意义的。

为了使护舷的选型与布置得到可靠的依据，设计时应尽可能收集船舶的型线图，如果收集型线图确有困难，对于靠泊集装箱船、多用途船以及杂货船的码头，应充分考虑船体的线形，合理选择护舷的形式、水平布置间距和安装高程，且将护轮坎的外坡面尽量向内倾斜，以避免自行靠泊的船只碰撞码头，保证码头的使用安全。

[1]JTS 144-1—2010，港口工程荷载规范[S].JTS144-1—2010,Load code forharborengineering[S].

[2]日本港湾协会.港湾の施设の技术上の基准同解说：上卷[M].2007.The Ports&Harbours Association of Japan.Technicalstandards for harbor construction：volume1[M].2007.

[3]交通部第一航务工程勘察设计院.海港工程设计手册：中册[M].北京：人民交通出版社，2001.CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.Harbor engineering design handbook:middle volume[M].Beijing:China Communications Press,2001.

[4] British Standard 6349-4,Maritime structures-Part 4:Code of practice fordesign of fenderingandmooringsystems[S].

[5]THORESENCarlA.Portdesigner'shandbook[M].3rd ed.American Society ofCivilEngineer,2005.

[6] International Navigation Association.Guidelines for the design of fender systems[M].Brussels:PLANC General Secretariat,2002.