满足港口特殊要求的大型散货船系泊模式分析

2021-08-17倪伟平杜拥军赵彩凤

船海工程 2021年4期

倪伟平，杜拥军，赵彩凤

(上海船舶研究设计院，上海 201203)

现有大型散货船载重吨位在18万～21万t之间，最大船长接近300 m，船宽在45～50 m之间。该类船舶靠泊港口时，通常会按照港口要求以一定的系泊模式进行系泊。缆索承受系泊船舶各个方向的作用力，对船舶进行约束；根据缆索的作用将其分为首缆、尾缆、横缆和倒缆，这些缆索以船中为中心对称布置；典型的系泊模式包含8根缆索，首尾部各4根缆索。

港口的水文环境和码头形式会影响系泊模式。水文环境包括风、浪、流的作用力，通常内海港口的风浪较小，对船舶作用力也较小，船舶系泊模式以典型系泊模式为主。随着港口的扩建，一些码头移至外海，要经受更大的风浪作用，船舶系泊模式也趋于复杂。连片式码头通常根据船舶的类型和尺度进行协调，以最少量的缆绳实现船舶系泊；岛式码头类似半环围，通常限定船舶的缆索数量和布置形式。部分港口会针对靠泊船舶的系泊模式进行计算分析，确定缆索的载荷，必要时对船舶的系泊布置进行规划，以便每根缆绳尽可能起到相应的作用，保证系固的安全性[1-2]，部分港口会提出特殊的系泊模式。

船舶吨位、船舶自身系泊布置也会影响系泊模式。船舶吨位越大，由于自身的惯性，需要更大的系固力，系泊模式需要考虑更多的缆索布置。船舶本身的系泊布置特点限定了缆索的布置方式和走向，能否与各港口的系泊模式相匹配并不是定论。部分船东在船舶设计阶段要求根据港口要求制定船舶系泊模式，作为该船靠港系泊的重要参考文本。为此，考虑制定满足港口要求的大型散货船系泊模式，特别是满足港口特殊要求的系泊模式，既可以为此类船舶的安全系泊提供参考文本，也可作为船舶系泊设计的拓展。

1 港口系泊模式

根据船舶营运经验，大型散货船靠泊时通常采用首、尾各6根缆索的系泊模式，即首部设置首缆、横缆和倒缆各2根，尾部设置、尾缆、横缆和倒缆各2根，有时上述布置会根据港口或环境要求增加首尾缆各2根或者首尾横缆各2根[3-5]。

哈代拉港要求船舶左舷靠港，提供16根位于绞车主卷筒上的缆索用于系泊，包括首缆、尾缆各4根，首、尾横缆各2根，首、尾倒缆各2根；船长大于289 m时，首横缆应布置于首部锚绞机与第一货舱前端之间；当船舶设置首楼时，首横缆由位于第一和第二货舱口之间绞车上的缆索实现。阿什克伦港同样要求左舷靠港，船舶携带18根缆索位于绞车主卷筒上，首缆、尾缆各3根，首、尾横缆各4根，首、尾倒缆各2根；2根首横缆由首部绞车或者锚绞机上的缆索引出；当船舶设置首楼时，2根首横缆利用第一和第二货舱口之间绞车上的缆索实现。

根据港口官方文件，巴西马德里亚角港(又称PDM港)明确给出了不同码头靠泊不同吨位船舶的推荐系泊模式。

PDM港有1号和3号码头可以停靠大型散货船。1号码头为岛式码头(又称蝶型码头)，首、尾各设置3个系缆墩，每个系缆墩配置1组含4个快速脱钩的系泊设备和1部用于牵引缆索的绞盘；中部设置4个靠泊墩兼系船柱，每个系船柱配置2组含3个快速脱钩的系泊设备和1部用于牵引缆索的绞盘。大型散货船舶如吨位在12万～22.5万t之间停靠1号码头时，需要按照以下系泊模式系泊，即2根首缆系于9号系缆墩、2根尾缆系于2号系缆墩、3根首横缆系于8号系缆墩、3根尾横缆系于3号系缆墩、4根首倒缆系于6号或7号系船柱、4根尾倒缆系于4号或5号系船柱，其中倒缆为钢缆，其余可为纤维缆，如无钢缆，增加2根位于绞车上的纤维缆作为倒缆系于4号至7号系船柱，此时船舶需配置20根纤维索，见图1。

图1 PDM港1号码头系泊模式示意

3号码头为连片式码头，平台前部设置16个系缆柱呈“一”字排列并均匀布置，其中13个系缆柱配置1组含2个快速脱钩的系泊设备和1部绞盘，另外3个系缆柱只配置1组含2个快速脱钩的系泊设备。平台后部设置12个系泊模块，其中9个模块分别配置3个快速脱钩，剩余3个模块分别配置2个快速脱钩和1个辅助绞盘。3号码头包含南北2个泊位分别简称Pier 3S和Pier 3N，其中Pier 3S最大停靠20万t船舶，Pier 3N最大停靠18万t船舶，推荐系泊模式见图2、3。

图2 PDM港3号码头南泊位系泊模式示意

图2显示，Pier 3S的系泊模式包括4根首缆系于U15系缆柱、4根尾缆系于U01脱钩、2根首横缆系于U14系缆柱、2根尾横缆系于U02脱钩、3根首倒缆分别系于U08和U09系缆柱、3根尾倒缆分别系于U05和U06系缆柱，其中首、尾缆为钢缆，其他为纤维缆，如无钢缆，增加2根位于绞车上的纤维缆作为倒缆。图3所示，Pier 3N的系泊模式包括4根首缆系于GT6脱钩、3根尾缆系于U15系缆柱、3根首横缆系于GT4脱钩、2根尾横缆系于U28系缆柱、3根首倒缆系于U25和U26系缆柱、3根尾倒缆系于U21和U22系缆柱。其中首缆、首横缆和1根首倒缆为钢缆，其余纤维缆，无钢缆时需要增加2根位于绞车上的纤维缆作为倒缆。虽然Pier 3S和Pier 3N 2个泊位要求的纤维缆索都达到20根，但系泊模式不完全相同，前者缆索布置相对于船舶自身几乎是对称的，后者首横缆数量较大。

图3 PDM港3号码头北泊位系泊模式示意

从上述港口的特殊要求来看，大型散货船至少要能够实现包含18～20根缆索的系泊模式，超出大型散货船利用12根缆索的常规系泊模式。根据码头布置条件，PDM港因配置一定数量的用于牵引缆索的绞盘，理论上可实现码头缆索的配置。阿什克伦港的横缆数量较多，首横缆的布置比较特别，需要特别研究。

2 大型散货船基本系泊模式

现有大型散货船通常配置6部绞车和2部组合式锚绞机，分别布置在首楼甲板、货舱区域主甲板和尾部主甲板。首楼甲板包括2部对称布置的锚绞机和1部绞车；尾部主甲板包括3部绞车，其中2部绞车对称布置；其余2部绞车分别布置在第1和第2货舱口之间、第8和第9货舱口之间。锚绞机和绞车均设有2个主卷筒和1个副卷筒，主卷筒用于储存缆索和带缆系泊，副卷筒不能直接带缆，只能通过牵引码头缆索起到辅助带缆的作用。船舶自身可携带16根缆索于主卷筒上，缆索以纤维索为主，借助一定的系泊属具，用于缆索的导向和系固。这类大型散货船利用自带缆索可以实现首缆4根、尾缆4根、横缆4根和倒缆4根的基本系泊模式，见图4。

图4 大型散货船基本系泊模式示意

该模式满足了大型散货船的常规系泊模式，但不能直接满足PDM港20根纤维缆索的系泊模式，还要对照哈代拉港和阿什克伦港对首横缆的布置要求进行调整。

3 系泊模式分析

根据上述大型散货船的系泊配置特点，同时借助港口系泊配置条件，以21万t散货船为例，制定符合PDM港1号泊位的系泊模式，见图5。

图5 21万t散货船靠泊PDM港1号码头系泊模式

由于该船船首接近9号系缆墩，直接采用首部绞车的2根缆索作为首缆最方便，因此实际方便利用的船舶缆索只有14根。借助码头缆索，包括1根系于3号系缆墩的尾横缆，1根系固于8号系缆墩的首横缆，系于5号系船柱的尾倒缆和系于7号系船柱的首倒缆。为了首尾部缆索的对称布置，需要在第2货舱口和第3货舱口之间增加2根码头缆索作为倒缆系于6号系船柱。但考虑到缆索与绞车相互匹配的特点，船舶绞车工作特性与码头绞盘的工作特性的差异，第2货舱口和第3货舱口之间的倒缆最好由船舶绞车引出，因此建议在此区域增设1部绞车。如利用左舷锚绞机的2根缆索作为首缆，缆索需要绕过船首或者在甲板面进行导向后引出，前者出现包头缆，后者需要在甲板面增加具有导向属具。

根据PDM港3号码头吨位限制要求，以18万t散货船为例，制定停靠南北泊位的系泊模式，见图6、7。该模式包含新增1部绞车。根据船长和南泊位布置特点，可利用船舶自身缆索提供首、尾缆、横缆和部分倒缆，但需要在尾部借助2根码头缆索作为倒缆分别系固5号和6号系船柱，从而实现20根缆索的系泊模式。停靠北泊位时，其系泊模式与南泊位系泊模式类似，只在首部借助码头缆索增加1根首横缆，此时可减少1根尾缆。

图6 18万t散货船靠泊PDM港3号码头南泊位系泊模式

图7 18万t散货船靠泊PDM港3号码头北泊位系泊模式

针对哈代拉港和阿什克伦港的特殊要求，参照连片式码头布置特点，制定18万t散货船的系泊模式，分别见图8、9。

图8 18万t散货船靠泊哈代拉港系泊模式

图9 18万t散货船靠泊阿什克伦港系泊模式

当该类散货船设置9部绞车时，可轻松实现哈代拉港的系泊模式。根据阿什克伦港的系泊要求，需要考虑首尾横缆数量以及的首横缆位置要求。由于该类散货船首部设有10根缆索，尾部设有8根缆索，在不能借助码头缆索的情况下难以实现首尾各9根缆索的系泊模式。在充分利用上述缆索的基础上，将右舷锚绞机上2根缆索引致左舷作为首横缆，同时将第1货舱口和第2货舱口之间绞车上的2根缆索作为首横缆，可满足4根首横缆的要求。尾部除去3根尾缆，只能提供3根尾横缆，除非尾部增加主卷筒。首部多余的1根缆索可以作为备用缆索，可根据系泊环境需要在首部增加1根横缆或者1根首缆。

根据上述散货船的系泊模式，确认在第2货舱口和第3货舱口之间设置1部绞车是有必要的。当船首接近首缆所要系固的系缆墩或系船柱时，船舶靠泊码头一侧的锚绞机上的缆索会被直接带缆，而另一侧锚绞机上的缆索受限于船舶首部线型等因素不利于带缆，为提高该缆索作为首缆的利用率，同时避免包头缆，可通过缆索导向后在近船首中部引出。

虽然利用首部锚机的缆索满足了阿什克伦港对首部横缆的布置要求，但该缆索位于锚绞机操作区后方，需要足够大的空间以保证操作安全，对系泊设计有较高要求，因此不建议作为大型散货船的基本系泊模式。