大型集裝箱船外高橋水域強風中的調(diào)頭靠泊操縱

上海港引航站　沈群章

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大型集裝箱船外高橋水域強風中的調(diào)頭靠泊操縱

上海港引航站沈群章

摘要：為提高強西北風時大型集裝箱船在外高橋水域順流調(diào)頭后頂流靠泊操縱的安全性，在長期引航實踐的基礎(chǔ)上，通過船舶受風時偏轉(zhuǎn)規(guī)律的分析以及實際引航操縱案例，總結(jié)出大型集裝箱船在外高橋水域強西北風時順流調(diào)頭操縱的要領(lǐng)和注意事項，對船舶強風中的調(diào)頭操縱具有一定的理論意義與實用價值。

關(guān)鍵詞：外高橋水域；大型集裝箱船；強西北風；順流調(diào)頭

大型集裝箱船靠泊外高橋碼頭，一般從長江口深水航道乘潮進口，抵達外高橋水域時，正值潮流急漲，順流調(diào)頭后，右舷頂流靠泊。上海港每年10月至次年4月為寒潮活動季節(jié)，入秋以后北方冷空氣不斷南下侵襲，平均一周左右受到一次影響，其中達到寒潮的強度每年約有5次。冷空氣影響時，外高橋水域刮6～7級大風，較強冷空氣南下時風力可達到9級以上，風向以偏北或西北為主。大型集裝箱船受風面積大，在強風中調(diào)頭操作非常困難，稍有不慎就會釀成事故，駕引人員必須熟知相關(guān)注意事項，熟練掌握其中的靠泊操縱要領(lǐng)。

一、外高橋水域概況

外高橋航道東起圓圓沙警戒區(qū)西側(cè)邊界，西至吳淞警戒區(qū)東側(cè)邊界，航程6海里，航道寬度約1 150米；北邊界線為47、49、51、53號燈浮連線；南邊界線為A54A、A54B、A56、A58和A60號燈浮連線。進口船舶主交通流向300°，出口船舶主交通流向120°。外高橋航道南邊界至外高橋碼頭前沿100米水域為外高橋沿岸航道，航道寬度550米至750米不等。深水航道延伸段位于外高橋航道中（海圖上用DW標示），其中心線為通航分道分隔線，并將外高橋航道分隔成進出口復(fù)式通航分道，左、右邊界設(shè)置AIS虛擬航標，底寬350～460米。南岸外高橋碼頭以集裝箱碼頭為主，間雜有危險品碼頭、電煤碼頭、造船廠及工作船碼頭，集裝箱碼頭分為外一期、外二期、外四期、外五期和外六期，具體航道及碼頭分布如圖1所示。

外高橋水域潮汐參考吳淞驗潮站的潮高與潮時。潮流為往復(fù)流，底層流向基本與水道平行，表層流向與水道稍有不同，漲流偏北，落流偏南。圓圓沙燈船附近漲潮流始于中浚高潮前1小時45分鐘～2小時，落潮流始于中浚高潮后3小時。吳淞口附近漲潮流始于中浚高潮前1.5小時，落潮流始于中浚高潮后3.5小時，轉(zhuǎn)流與憩流的時間一般為0.5小時左右。

二、調(diào)頭過程中受風偏轉(zhuǎn)分析

大型集裝箱船速度控制是調(diào)頭成功與否的關(guān)鍵，應(yīng)盡量用停車趟航來降速。一般在調(diào)頭開始前，船舶速度應(yīng)控制在5節(jié)以下，最大不超過6節(jié)，這樣既有利于安全調(diào)頭，也有利于充分發(fā)揮首側(cè)推器和拖輪的作用，使船舶調(diào)頭完畢后基本無前沖速度。[1]由于大型集裝箱船受風面積大，本來順流進口控速就比較困難，疊加強西北風影響，停車舵效極差，調(diào)頭前的初始速度要控制在6節(jié)以下幾乎不可能，根據(jù)引航操作實踐，應(yīng)將控制速度的時機適當提前，并分多次停車趟航，可以將速度維持在8節(jié)左右。

圖1　外高橋航道及碼頭示意圖

圖2　開始調(diào)頭時的受力示意圖

圖3　調(diào)轉(zhuǎn)90°時的受力示意圖

開始調(diào)頭前，船舶處于前進中，風從右舷正橫前吹來，風舷角θ＜90°，風力中心A和水動力中心W均在重心G之前，[2]如圖2所示。我們假定使船首向左偏轉(zhuǎn)的橫向力和轉(zhuǎn)船力矩為正，相反方向為負，此時作用于船體的橫向力Y和轉(zhuǎn)船力矩N可表達為

式中：Y（T）、N（T）為拖輪拖力產(chǎn)生的橫向力及轉(zhuǎn)船力矩；Y（δ）、N（δ）為舵力的橫向力及轉(zhuǎn)船力矩；Y（α）、N（α）為風力的橫向力及轉(zhuǎn)船力矩；Y（β）、N（β）為水動力的橫向力及轉(zhuǎn)船力矩。

調(diào)轉(zhuǎn)90°時，如果船舶仍有前進速度，風從右舷正橫后吹來，風舷角θ＞90°，水動力中心W在重心G之前，風力中心A變化至重心G之后，如圖3所示。此時作用于船體的橫向力Y和轉(zhuǎn)船力矩N可表達為

下面我們再來分析水動力轉(zhuǎn)船力矩N（β）的變化，水動力轉(zhuǎn)船力矩N（β）決定于漂角β、吃水和船水相對速度VW，調(diào)轉(zhuǎn)90°時與開始調(diào)頭時比較，漂角β增大，相對速度VW也增大，水動力FW顯著增大，但水動力中心位置同時從船首向后移動，假設(shè)船舶以重心G點為支點偏轉(zhuǎn)，力臂有所減小，根據(jù)我們在無風情況下大型集裝箱船的調(diào)頭經(jīng)驗分析，水動力轉(zhuǎn)船力矩N（β）還是明顯增大。

對比式（2）和式（4），我們可以看出，假設(shè)拖輪拖力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)船力矩N（T）與舵力的轉(zhuǎn)船力矩N（β）不變，反方向作用的水動力轉(zhuǎn)船力矩N （β）明顯增大，同時風力轉(zhuǎn)船力矩N（α）已經(jīng)由正變負，調(diào)轉(zhuǎn)90°時與開始調(diào)頭時比較，轉(zhuǎn)船力矩N明顯減小，甚至為負數(shù)。這就是我們在引航實踐過程中，發(fā)現(xiàn)船舶調(diào)轉(zhuǎn)90°附近時，船首偏轉(zhuǎn)明顯停滯甚至出現(xiàn)反方向偏轉(zhuǎn)的原因。

船舶一旦出現(xiàn)船首偏轉(zhuǎn)明顯停滯甚至出現(xiàn)反方向偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，通過加速增大舵力轉(zhuǎn)船力矩的風險極大，這時候前沖速度會明顯增大，但船首偏轉(zhuǎn)效果并不好，稍有不慎會造成碰撞碼頭的惡性事故，上海港水域曾經(jīng)就發(fā)生過此類案例。此時唯一可行的辦法應(yīng)該是倒車，及時將船舶減速，甚至有后退速度。如圖4所示，當船舶后退時，水動力中心移動至重心G點之后，并產(chǎn)生船尾向右偏轉(zhuǎn)的水動力轉(zhuǎn)船力矩，船首開始明顯向左偏轉(zhuǎn)，最終完成整個調(diào)頭過程。

三、操縱實例

2015年11月26日，筆者引領(lǐng)大型集裝箱船“新赤灣”輪（船長279.8米，船寬40.3米，前吃水10.2米，后吃水10.8米），0732時過D5燈浮，于長江口深水航道大風浪作業(yè)區(qū)（D18燈浮附近）登輪，計劃1300時靠外高橋五期2泊位，調(diào)頭靠漲水；當日中浚高潮1057時，潮高4.64米，西北風8級（約19 米/秒）。

1230時抵達A54A燈浮，當時由于風大，靠離泊的集裝箱船都增加協(xié)助拖輪數(shù)量，所以只有“海港58”（5 000馬力）前來協(xié)助調(diào)頭。命令拖輪左舷尾部頂推，漲流流速約2.0節(jié)。起始航向300°，航速7.5節(jié)，調(diào)至航向210°時，航速3節(jié)左右，船首距離碼頭約0.3 n mile，當時已經(jīng)是停車狀態(tài)，左舷尾部拖輪仍處于全速頂推中，首側(cè)推全速向左，但轉(zhuǎn)頭角速度幾乎為零，考慮到船首與碼頭幾乎垂直，且距離很短，立即下令后退一，隨著航速的持續(xù)下降，直至后退速度出現(xiàn)時，船首向左偏轉(zhuǎn)明顯加快，隨即停車。航向轉(zhuǎn)至約140°時，微速進車，把定，首側(cè)推停止并命令拖輪停止頂推。隨后，另外兩艘拖輪“海港31”和“秉業(yè)1”到位協(xié)靠，順利完成靠泊任務(wù)，調(diào)頭靠泊過程如圖5所示。

從整個調(diào)頭過程來看，在船首轉(zhuǎn)過約90°時，右舷受橫風作用，出現(xiàn)滯轉(zhuǎn)現(xiàn)象，通過倒車使船舶產(chǎn)生后退速度，使水動力中心位置后移，產(chǎn)生“尾迎風”；同時，轉(zhuǎn)心也向后移動，船首側(cè)推效果增強，調(diào)頭過程得以順利完成。

四、注意事項

（1）船首出現(xiàn)滯轉(zhuǎn)或反方向偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，采取倒車措施后，如果發(fā)現(xiàn)船舶滯轉(zhuǎn)或反方向偏轉(zhuǎn)趨勢仍不能抑制，應(yīng)果斷拋錨，穩(wěn)住船舶。

（2）拖輪的協(xié)助是調(diào)頭安全完成的必要保證。[3]但當風力≥7級或浪高超過2米時，拖輪會在風浪中上下跳躍，無法發(fā)揮應(yīng)有的作用，實際操作時應(yīng)特別注意。上海港引航站規(guī)定：當風力達到20 米/秒及以上，船舶操縱受到嚴重影響，有可能危及大船、拖輪或碼頭設(shè)施的安全，原則上應(yīng)取消靠離泊作業(yè)。

（3）流急時，整個調(diào)頭過程船身向下流漂移的距離約為3倍船長，故一般在船首到達本船泊位下端即開始調(diào)頭，一邊調(diào)頭一邊向下流漂移，至調(diào)頭完畢后船位位于泊位上游1～2倍船長，可供船舶調(diào)整船位便于靠泊。[4]

（4）無論船舶大小，順流調(diào)頭靠泊一般應(yīng)分兩步操作，即先調(diào)好頭，調(diào)頭完畢后與碼頭保持足夠的安全距離，然后再進行靠泊操作，不可一邊調(diào)頭一邊靠泊。

圖4　倒車后的受力示意圖

圖5　“新赤灣”輪調(diào)頭靠泊示意圖

五、結(jié)束語

上海港外高橋水域船舶流量大，船舶動態(tài)多變。大型集裝箱船外高橋水域順流調(diào)頭是整個引航操縱過程中重要的一環(huán)，一定要做到計劃周全，觀察到位，合理控速，選擇合適的初始位置及恰當?shù)臅r機進行調(diào)頭操縱。遇到強風天氣時，應(yīng)充分了解船舶的載況與性能，以及風流對船舶操縱的影響，對調(diào)頭過程中可能出現(xiàn)的各種異常情況及其防范措施做到心中有數(shù)，并及早做好應(yīng)急準備。盡管本文是以強西北風為例進行了大型集裝箱船外高橋水域順流調(diào)頭操縱的受風偏轉(zhuǎn)規(guī)律分析，但這種風流條件是船舶調(diào)頭靠泊時最為典型、復(fù)雜的情況，其基本操縱原理與注意事項也廣泛適用于其他風向、船舶類型及水域。

參考文獻:

[1]陳勇勝.超大型船舶在外高橋水域順流掉頭靠泊的操縱[J].航海技術(shù),2012(4):16-18.

[2]王逢辰,古文賢,鄭經(jīng)略.船舶操縱與避碰[M].北京:人民交通出版社,1992.

[3]袁忠德.試論吳淞口外大型船舶順流進口靠泊前的掉頭操縱[J].珠江水運,2012(12):25-27.

[4]上海市航海學(xué)會,上海港引航管理站.上海港引航實用手冊[M].上海:上海遠東出版社,2003.

DOI:10.16176/j.cnki.21-1284.2016.06.007

作者簡介：沈群章（1969—），男，一級引航員，E-mail：sqzshen88@sina.com