浅析重载集装箱船急落水靠泊外高桥码头的风险及对策

黄松林

摘 要：重载集装箱船在急落水期间靠泊外高桥码头，经常会出现停车淌航至泊位正横前船首向外偏转的现象，有时采取船首拖轮全速顶推仍无法克服偏转。本文分析急落水时段对重载集装箱船操纵的影响，有利于驾引人员对船舶的运动态势作出正确的判断和采取安全对策，从而减少事故的发生，确保靠泊安全。

关键词：集装箱船舶;流体运动;安全对策

中图分类号：U675             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）11-0124-04

随着上海国际航运中心建设步伐的加快，进出港船舶数量与日俱增，为满足日益增长的港口生产需求，最大限度地提高码头和船舶的运营效率，上海引航站不断加强引航技术创新，已基本实现外高桥集装箱码头全天候靠离，即船舶吃水在满足航道和泊位安全富裕水深（UKC）的前提下，码头船完成装卸及时离开，候泊船“无缝衔接”随即接靠，最大程度提高码头的利用率，缩短船舶在港时间。这就会造成大量急涨急落靠离的情况，给船舶驾引人员提出了全新的挑战。笔者根据多次引航操作实践，结合外高桥码头概况、气象水文和重载集装箱船的操纵特性，对重载集装箱船在急落水期间靠泊外高桥码头中存在的技术风险和采取的对策进行探讨，以供同仁参考。

1 外高桥航段概况及气象水文

1.1外高桥航段

外高桥航段主要包括外高桥航道、外高桥沿岸航道、圆圆沙警戒区和吴淞口警戒区，总长约12海里。外高桥主航道走向120?/300?，主航道宽度为1150米左右，航道长约6海里。外高桥航段是整个长江上海段通航密度最大、船舶动态最复杂的水域，其上接黄浦江和宝山航段，下连南北槽航道，北侧是吴淞锚地，南岸是上海港外高桥集装箱港区及沿岸各货主码头，所有进出上海港和长江上游的船舶都在此汇集，这里是整个长江上海段航行风险最高的航段。

1.2外高桥码头概况

外高桥沿岸码头是指从吴淞口外高桥炼油厂码头到圆圆沙附近浦航石油码头之间的多个港区及货主码头，以集装箱码头、油码头和滚装码头为主（本文主要指集装箱码头）。码头走向：外二期1～5泊，296°/ 116° ;外一期1～3泊，298°/ 118°;外四期1～4泊，298°/ 118° ;外五期1～4泊，305°/ 125°;外六期1～3泊，307°/ 127°

1.3外高桥航段气象水文

外高桥航段受正规半日浅海潮的影响，航道内每天两涨两落（涨5h落7h），潮流为往复流，流速随潮汐变化，急涨急落时可达3～4kn，夏季汛期急落流流速可达5节，涨流时流向偏北，落流时流向偏南。中浚高潮前2小时左右圆圆沙水域初涨，中浚高潮后3小时左右初落，码头边则提前半小时左右。外高桥水域夏季盛行东南风，常有雷暴雨天气，并受台风的影响;冬季盛行西北风，受寒潮影响大。

2 重载集装箱船的操纵特性

集装箱船舶是现代远洋货物运输的重要工具，其船型尺度和操纵性能不同于传统意义上的油船和散货船。特别是重载集装箱船既具有一般集装箱船普遍特点，同时又具有重载船独有的特点。

2.1旋回性能

集装箱船舶由于其快速性要求，所以长宽比较大，一般长宽比在7.3～8.1之间，并且随着船舶尺度的大型化，长宽比有增大的趋势，而一般大型油船和散货船的长宽比在5.5～6.8之间。长宽比较大的船舶，其船体外形比较瘦长，钝度较小，纵向移动阻力较小，因此其快速性较好。但由于其首摇阻尼较大，故这类船舶的旋回性较差。由此可见，仅从长宽比方面考察，大型集装箱船舶的旋回性能要比大型油船的旋回性能差一些，但其快速性要好一些。

2.2集装箱船的舵效

大型集装箱船的方形系数Cb一般在0.7以下，且有逐渐减小的趋势，而大型油船的Cb一般在0.8以上，且有逐渐增大的趋势。在长宽比相同的情况下，方形系数Cb越大，船舶首摇的阻尼越小，船舶旋回性越好，但航向稳定性越差。因此大型集装箱船的航向稳定性好，易于把定。并且大型油船的舵面积与船长吃水比一般在1/65以下，而大型集装箱船舵面积与船长吃水比要比同等规模的油船大得多，一般为1/55以上。所以大型集装箱船较大型油船的舵力和舵力转船力矩要大，舵效要好。

2.3停船性能

现代集装箱船舶由于其班轮的运输特点，需要确保较高的船速，其单位吨位所分配的主机功率比其他种类船舶要大得多，一般为0.5以上。通常5000～10000TEU集装箱船一般配备5万～10万匹马力的主机，其倒车功率也相应较大，停船性能较好。

2.4风、流对集装箱船的影响较大

随着大型集装箱船运载能力的增加，除了吃水增加以外，甲板以上由于装载集装箱的原因导致受风面积较大，与一般船舶比较，集装箱船更易受风、流的影响。在港内航行、靠离泊过程，要时刻提防强风、急流造成船舶漂移和失控，进而酿成搁浅、碰撞事故。

2.5集装箱船的侧推器

现代集装箱船舶一般都配有首侧推器，有的还配有尾侧推器，8000TEU的大型集装箱船配备的侧推器功率可达3000KW左右，相当于一艘大功率拖船的功率，并且易于操纵，比利用拖轮协助操纵来得快，因此可大大提高船舶低速情況下的操纵性能，减少对港口拖轮的依赖。但应注意侧推器效应会随着船速的增加而降低，一般首侧推器失效船速基本为4～6Kn，尾侧推器失效船速要高一些。

2.6重载船的特性

大型重载船的操纵性特点主要表现为：①排水量大、惯性大，对舵的反应能力差，不易改变航向，也不易保向，变速操纵较为呆笨，减速慢，加速也慢，停车冲程和倒车冲程都大，紧急制动性能差;②浅水效应、岸壁效应明显，特别是船体下沉量，与一般小型船舶比较，同一船速下的下沉量明显增大;③低速航行时受流的影响明显，操纵难度大。

3 重载集装箱船急落水靠泊外高桥船首外偏原因分析

外高桥集装箱码头都在进口方向的左侧，一般进口顺流向左掉头靠涨水，也就是对着码头方向掉头右舷靠。整个靠泊操作较为复杂，无论引航员站在哪一舷，大船船首与码头间会形成视野盲区，不能直观判断船首与码头的动态距离，同时也给引航员带来巨大的心理壓力，促使引航员尽快将船掉转过来，较易与岸保持较大横距。而进口顶流左舷靠落水模式，则不需掉头，该时段进口船不多，虽然有时出口船密度较大且顺流航行往往速度较快，但只需利用雷达和AIS及早观察出口船的动态，找到一个可供穿越的空档，通过适当调整船速，发布好船舶动态，联系好周围有关船舶，即可快捷地穿越出口船空档，进入外高桥沿岸码头水域，整个靠泊过程中引航员可以始终站在左舷，凭视觉判断船舶的运动状态，码头从未进入引航员视野盲区，相比较靠涨水模式，显得“简单易行”。但在进入外高桥沿岸码头水域后，为避让沿外高桥沿岸航道下行的小型船舶，很容易会不知不觉将船位走到离码头较近，如果此时又逢落水流急，自然不敢太早与码头有交角，避免受落流影响与码头上的系泊船不清爽，只能将航向调至与码头走向一致，在停车淌航至泊位正横前的过程中，重载集装箱船极易发生船首向外偏转的现象，这种现象在大潮汛急落水期间尤为显著，有时采取首拖轮全速顶推仍无法克服这种偏转。针对多起船舶偏转现象对比分析后发现，在不考虑风力影响的情况下，笔者推断船舶此种偏转是船舶受到了拖轮推力转船力矩、水动力转船力矩和岸壁效应共同作用引起的。

3.1拖轮推力转船力矩的影响

船舶在淌航前行至泊位过程中，船舶转心P在船中之前，船尾拖轮带好后为了在急落流中控制船位，通常会倚靠在大船船尾，对大船施加一个推力，从而产生推力转船力矩，因为该力臂（推力作用点距转心的距离）较长，哪怕尾部拖轮只施很小的力，也可产生较大的转船力矩，使船首有外偏趋势（前部拖轮顶首因力臂短所产生的转头力矩较小，作用有限），但此力矩在大船停车前可用舵力转船力矩克服抵消。在泊位外档，一旦停车，因为船速较低，舵效较差，不能克服船首外偏趋势。所以在尾部拖轮贴上来带缆时，提醒其靠上来要慢，如当时条件许可，应短时间开车，以维持良好的舵效，利用舵产生的转船力矩克服此种不利偏转，或者提前压舵或使用船首侧推加以抑制。当拖轮带妥后，可要求尾部拖轮稍微放长缆绳，拖轮整体离开本船，尽量与本船并排航行，避免对本船姿态造成影响。

3.2水动力转船力矩的影响

船舶在淌航前进的同时，还利用风压、拖轮或者侧推器等辅助设备接近并且靠上泊位，在这个过程中，船体在风、拖轮或者侧推器的作用下，拥有对水的横向速度，所以一直受到水动压力的作用。根据横向水动力估算公式：

F=1/2·ρCV2Ld

其中，ρ——水密度，标准海水1025kg/m3，淡水1000kg/m3 ;

C——横向水动力系数;

V——相对流速;

L——两柱间长;

D——吃水。

上式中C值主要随漂角β以及船体水下形状和水深与吃水比h/d等因素的变化而变化，通过船模试验数据得知，在浅水中，水深吃水比h/d越小，横向水动力系数越大，尤其是当水深吃水比h/d小于1.5时，横向水动力系数随水深吃水比h/d的变化更为显著。且此时船舶对水纵向速度等于对地速度和流速的矢量合成，靠泊时流越强，则对水速度越大，受到的水动压力也越大，而此时水动力作用点在船中之前，故会产生一个使船首右转的偏转力矩。（船舶运动产生的纵向水动力可通过本船用车加以克服，不在本文考虑范围）

3.3船舶横向运动产生的绕流的推首作用

根据流体力学中的“机翼理论”，当流体以一定的速度流过物体，物体就会对水流产生分离作用，在物体两侧形成绕流。因为物体表面的阻力不同，或者形状不同，水流会在前驻点被物体分离后以不同的速度流向后驻点汇合，从而在物体的两侧产生一个侧向的压力差。船舶在向码头贴拢的横向运动，相当于船舶横向划过水体，船体对水体产生了分离作用，分别在船舶的首尾产生了绕流，如图2所示，船首部的绕流在内舷和落潮流方向相反，互相抵消，内舷的流速减小，根据伯努利方程，流速慢，压力大;绕流流过船首后与外舷的落潮流方向相同，互相叠加，外舷的流速增大，根据伯努利方程，流速快，压力小。这样船首部内外两舷的压力差就产生了推船首向外的转船力F1。而船尾部的绕流作用正好和船首相反，同理在船尾部内外两舷的压力差就产生了推船尾向内的转船力F2，两个力产生的力矩方向相同，都有使船首外偏趋势。

3.4岸壁效应的影响

随着船舶向码头的靠近，船舶与码头之间的距离越来越小，船体周围的流态发生变化，靠近岸壁的一侧水流加速、压力降低，产生使船舶靠近码头岸边的附加作用力，即岸吸力，同时还产生一个使船首外偏的岸推力矩，即所谓的“岸壁效应”，并且水深越浅（急落水时段外高桥码头水深吃水比H/d基本均小于1.5），岸壁效应越剧烈。

4安全对策及注意事项

通过前面的分析可知，几种因素共同作用导致了船首向外偏转和船尾拢向码头的现象，这种现象在大潮汛急落水期间尤为显著，如果操作不当可能会出现船尾压向码头，造成触碰码头事故。所以重载集装箱船在急落水期间靠泊外高桥码头应充分注意自身特性，采取以下安全对策：

（1）制定靠泊操纵计划，做好准备工作。通过船舶资料获知本船的操纵性能、载重状态以及各种操纵设备的有效性，特别关注可连续启动主机的次数。提前掌握港口、航道、码头的信息，泊位附近的风、流、水深的信息和泊位附近的船舶动态。了解泊位档子是否满足船长的120%，确保泊位前或后端有足够的可操纵水域来保证用车舵的时间和空间。如实际泊位档子富裕，可稍稍冲过N旗，以便利用流压缓缓退靠，减少主机启动次数，防止因调整前冲后缩而频繁启动主机造成主机启动空气不足。同时应备妥应急用锚，防止急落水时拖轮断缆或作业效率下降，导致关键时候稳不住大船。

（2）充分注意本轮重载船的操纵特性，惯性大，码头边浅水效应明显，当水深吃水比h/d≤1.5时，附加质量和附加惯矩增加显著，余速衰减慢，应及早停車淌航和及早带妥协靠拖轮。通常应在靠泊前半小时带好拖轮，并可在余速过快时巧妙利用拖轮倒拖，刹减余速，防止在泊位外档需要倒车时间过长造成船首进一步外偏。同时要特别注意船尾拖轮对本船的负面影响。

（3）在急落流作用条件下船位宜开不宜拢，建议入泊横距大于3倍船宽，特别还有吹拢风时，不要太早靠近码头一侧进入泊位，以防船舶被压向码头边的系泊船。根据风、流情况控制好余速，过快或过慢均不利安全，通常接近泊位一倍船长时，对地余速应控制在2节以内。重载集装箱船在停车淌航前应提前调整好初始入泊角5～10°，充分利用外档流压来克服船首外偏趋势，淌航过程中尽量避免用拖轮拖力或淌航舵力向外调整入泊角，以防止斜航漂角的产生。随着横距的缩小，应注意逐渐减小入泊角，此时可尽量采用进车用舵的方式向外调整入泊角，直至最后平行贴靠码头。严格控制重载集装箱船触靠码头的速度，一般不得超过10～15cm/s。

（4）急落流时，拖轮带缆难度较高、危险较大，作为引航员应主动降低船速为拖轮顺利带缆创造有利条件。同时应注意急流对拖轮、侧推器的效率发挥会产生较大的影响，拖轮为在急流中保持拖缆方向和自身船位，必导致其作用于大船的拖力减弱，从而影响靠泊安全。还要特别注意拖轮带缆的位置，为了关键时候能发挥最大的功效，获得最大的转船力矩，拖缆应带在尽可能接近船首和船尾处。入泊必须在带妥拖轮后进行，切忌拖轮未到位或边带拖轮边入泊。

（5）如果发生船首外偏力矩大于船首拖轮顶推力矩，无法克服船首外偏的局面，应立即让船尾拖轮荡开外拉，因为此时大船的转心位置在船中之前，船首拖轮力臂短，推力产生的转船力矩小，使大船转头效果差，横移靠拢速度增加明显，相反船尾拖轮力臂长，拖力转船力矩大，能迅速纠正船舶外偏，重新保持正向入泊角，并减缓横向入泊速度。

5结语

重载集装箱船在急落水时段靠泊外高桥码头除了注意本船的操纵难点和风、流对本船的影响外，还应针对这种船首外偏现象产生的原因，采取相应的对策，扬长避短，充分利用集装箱船良好的操纵特性和动力特性，实现平稳安全靠泊。

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