大型集装箱船在大风浪中的靠离泊操纵安全研究

王子建 营口港引航站

1.引言

由于集装箱运输具有极好的便利性，愈来愈多的货物选择通过集装箱船舶运输，世界主要的国际航线上基本都实现了件杂货的集装箱化，集装船舶的大型化发展已势不可挡，目前已经有大量2万标箱级集装箱船投入运营。相比较其他类型船舶而言，集装箱船舶具有极大的受风面积，以及较小的方形系数，尤其是大型集装箱船，该类船舶在大风浪条件下更容易受到风浪的不利影响，继而引发事故的发生。2021年3月23日超大型集装箱船“长赐轮”在苏伊士运河的搁浅事故与风浪的影响有着很大的关系。为此研究大型集装箱船舶在大风浪条件下的操纵特性、靠离泊难点以及策略对海上运输有着重要的实践意义。

2.集装箱船大风浪中所受外力分析

船舶在大风浪中主要受到两个外力载荷的影响，分别是风动力载荷和水动力载荷，与其他类型船舶不同的是大型集装箱船舶的风载荷占总载荷的比例要较大，风对其操纵影响不可忽略。

2.1 风载荷计算

集装箱船舶受到的风载荷力可以分解为两个方向的分力，分别是纵向风载荷和横向风载荷，其中由于船舶具有较小的纵向受风面积，纵向风载荷偏小，且其对船舶的影响可以通过自身车舵克服。横向载荷相较纵向载荷而言其数值大，容易引发船舶偏航，克服困难，尤其是在进出港船舶速度偏小情况下，横向风载荷对船舶的安全有很大影响，为此准确掌握大型集装箱船舶的横向风载荷有很大必要。船舶靠离泊前可根据Hughes公式进行横向风载荷计算。公式如下：

上式中Ya为横向风载荷，a为风向角度，ρ为空气密度，Ca为风阻力系数，Ba为船舶水线上横向投影面积，Aa为船舶水线以上纵向投影面积，θ为相对风舷角度，va为相对风速。

2.2 水动力计算

由于船舶与水流体的相对运行产生漂角继而产生水动力，与风载荷研究方法一致，将水动力在船舶随体坐标系上分解，可以分为横向水动力分量和纵向水动力分量，纵向水动力分量可以通过船舶自身用车克服，而横向水动力对安全影响较大。横向水动力分量的计算可以使用以下公式计算。

上式中YW为船舶横向水动力分量，ρW为水密度，Cwy为横向水动力系数，L为船舶型长，d为船舶型吃水，vw为船舶与水相对速度。

3.大型集装箱船舶大风浪操纵难点分析

大型集装箱船舶在靠离泊作业时，由于处于相对恶劣环境，船舶会受到强风、涌浪以及强流的影响，存在很多潜在危险。大型集装船舶靠离泊过程是一个相对复杂的过程，整个过程要在考虑诸多因素的基础之上做出关键决策，考虑的因素包括：船舶自身的操纵特性；作业水域周遭的风、浪、流、能见度等气象条件；协助考离泊拖轮数量及其马力情况、泊位及航道富裕水深、泊位长度、集装箱船舶吊机位置等环境条件；经过对以上要素的研判以后，船舶引航员或驾驶员确定合适的入泊和离泊角度，掌握好横距，避免过多前冲和后缩，平稳将船舶靠离泊位。

对于大型集装箱船舶而言，一般而言靠离泊速度的控制目标是使得船舶接触码头时的速度不大于10cm/s，但速度的控制具有一定的难度。尽管绝对大多数集装箱船舶配备有艏侧推，但当风力超过4级后，大型集装箱紧靠自身车舵、侧推等无法保障靠离泊安全，必须有足够的拖轮协助靠离泊。对于引航员或者船舶驾驶员而言，要利用拖轮和船舶自身操纵设备，及时调整船舶姿态，既要保证船舶横向受风面积小，又要削弱流和浪对船舶的干扰，既要保证快速完成靠离泊，又要使船头具有足够的横距。大型集装箱船舶大风浪靠离泊的难点在于与拖轮的配合，拖轮是否能够拖得住大船。

4.大型集装箱船舶靠离泊策略

4.1 做好准备工作

对于引航员而言，在靠离泊前要将靠离泊方案对船长做详细介绍，听取船长及船员的意见，以便于船员较好配合。对船舶所受外力载荷进行估算后估算现配备拖轮方案是否合理，是否可提供足够拖力。要与码头相关人员核实大型集装箱船舶泊位长度是否足够，一般要求不低于1.2倍船舶总长。提前备好船舶双锚，以备紧急情况使用。

4.2 做好拖轮的配置及使用

（1）合理配置拖轮。大型集装箱要根据船舶所受的风流浪等条件、船舶自身操纵特性、主机及侧推功率等选择拖轮的布置方案。在配置拖轮时不可只考虑拖轮总拖力是否满足，也要考虑风浪的影响。具体表现为，其一，大方浪会降低拖轮的有效功率，流和浪越大拖轮越难发挥功效，一般大风浪条件下拖轮只能发挥不超过60%拖力；其二，拖轮所产生的转船力矩受到风压力中心位置影响，正横前来风，风压力中心在船中前，船尾拖轮力力臂大，正横后来风与之相反，在配置拖轮时要予以考虑，适当在力臂小处增加拖轮配置。

（2）合理使用拖轮。大船在靠离泊过程中要做好与拖轮的通信沟通工作，及时获取拖轮缆绳情况以及及时传达大船意图。进入泊位前务必要带妥缆绳，不可边入边带拖。拖轮挂点的位置要选取合理，尽量选择能够产生较大转船力矩位置，一般选择最接近船舶首尾之处。拖轮在顶推和拖拽作业时大船要尽可能与其配合，使得拖轮发挥出最佳的协助效应。

4.3 做好拖轮和大船操纵设备的配合

大型集装箱船舶有巨大的受风面积，风载荷较大，当船舶横向受风时，风载荷作用中心接近船中，此情况下无论是开首或者甩尾，拖轮都需要承受一半的风流合力载荷，拖轮载荷较大。为此紧靠拖轮自身很难安全的完成大型集装箱靠离泊作业，大船要充分结合自身操纵特性，想办法该别自身受风面积，主动调整风压力作用中心，降低船首或者船尾变向难度。

4.4 控制好大船速度及角度

大型集装箱船舶在靠泊作业时，选择合适靠泊速度和角度显得尤为关键，操纵不慎很有可能导致事故发生。一般而言，在拢风较为严重时，船位宜开不宜拢，大型集装箱船舶要提前控制好位置，船首进入泊位时与码头的横距应大于0.3海里，根据风流情况选择合适船速，不可过高或者过低。对于靠泊角度而言，大型集装箱船舶由于船舶受风面积巨大，要选择小的靠泊角度，尽可能平行靠泊。靠拢速度一般要求在10cm/s以内，10万吨级以上大型集装箱船舶靠泊速度最后不大于5cm/s。

4.5 控制好大船船位

对于超大型集装箱而言，由于其具有较大的受风面积，非常容易使得船舶落入下风。为此在对该类船舶进行靠离泊作业时必须留有充足的余地。船舶在进入泊位时要统筹其纵向速度和横向速度，统筹船前和船后距离，审时度势，熟练使用大船的车、舵、锚、缆和侧推器。一般而言在大船在距离泊位6-8倍船宽时就要命令前后拖轮起拖，以测试拖轮是否可以将船拖住。如果船舶横移速度下降明显，速度可控，再适当调整拖轮缆绳，保持大船继续向泊位移动，一般做1到2次停顿后完成靠上泊位。若测试时发现拖轮即便全速拖拽都无法控制船舶横移速度，则需要立即抛锚，可先抛1节锚链将船刹住，后根据情况送出2-3节锚链，稳定船首。当大船距离泊位较近且船身不正时，利用进车和满舵的配合可以快速摆正船身，避免船首与码头的碰撞。

5.结论

大型集装箱船舶由于其巨大的受风面积，相比其他类型船舶而言，其在大风浪条件下的靠离泊过程面临着更大的风险。为提升大型集装箱船舶靠离泊作业的安全性，作业前要进行细心规划，对环境要素、船舶要素等进行充分分析和评估，船员、引航员、拖轮等各方之间要做好沟通及各项准备工作，大船在靠泊时合理控制入泊速度及角度，合理安排拖轮，做好与拖轮的相互配合工作。