10萬噸級油船安全靠離天津大沽口9號泊位的模擬操縱

張云鵬　張吉平　章文俊

【摘 要】 隨著天津港的快速發(fā)展，大沽口港區(qū)9號泊位5萬噸級碼頭裝卸能力難以滿足航運市場的需求，現(xiàn)需要按照10萬噸級碼頭靠泊能力完成其改造設(shè)計。通過設(shè)置不同工況下（風(fēng)、流、浪等）的外界因素，開展油船靠離模擬操縱試驗，總結(jié)分析不同工況下船舶靠離泊的安全作業(yè)條件及相應(yīng)操縱要領(lǐng)，提出可行性建議，為以后營運期間實際操船提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 10萬噸級油船；靠離泊；船舶操縱；安全研究

0 引 言

天津港大沽口港區(qū)9號泊位碼頭于2013年啟動建設(shè)，于2015年通過竣工驗收。自投產(chǎn)運行以來，9號泊位碼頭經(jīng)營良好。隨著航運市場的需求變化及船舶大型化趨勢的發(fā)展，由于目前的5萬噸級碼頭能力難以滿足客戶需要，因此需要依法、依規(guī)地履行水運工程基本建設(shè)程序，進一步升級完善碼頭上部生產(chǎn)工藝和設(shè)備設(shè)施，對該碼頭進行改建，使其盡快具備10萬噸級油船和化學(xué)品船的裝卸能力。

船舶操縱模擬試驗是確保碼頭工程營運后船舶進出港和靠離泊安全的可行性方法。本文針對同一船舶在不同載態(tài)、不同工況下（風(fēng)、流、浪等）設(shè)置一系列試驗，采用虛擬仿真技術(shù)，制定科學(xué)合理的模擬方案；通過操縱角度，總結(jié)分析10萬噸級油船靠離泊期間的不利因素，提出可行性的安全作業(yè)條件，為以后營運期間實際操縱船舶提供參考。

1 船舶操縱模擬工程簡介

1.1 碼頭工程簡介

9號泊位位于天津港大沽口港區(qū)北側(cè)岸線，西側(cè)緊鄰大沽口港區(qū)7～8號液體化工泊位，東側(cè)為10～14號通用泊位。改造前，碼頭泊位長度為298.00 m，碼頭設(shè)計頂高程6.00 m，碼頭前沿設(shè)計底標高為14.00 m（新港理論低潮面起算），碼頭前沿停泊水域?qū)挾葹?00.00 m，港池水域設(shè)計底標高為 12.50 m。改造后，碼頭泊位長度為329.50 m，碼頭頂高程6.00 m，碼頭前沿底高為 16.00 m，碼頭前沿停泊水域?qū)挾葹?00.00 m，回旋水域直徑為492.00 m，回旋水域及航道底標高 14.50 m。總平面布置如圖1所示。

1.2 模擬試驗船型參數(shù)

9號泊位原是油品液體化工碼頭，改建后碼頭裝卸能力由5萬噸級升級為10萬噸級，可停靠1艘10萬噸級油船或液體化工船，也可同時?？?艘噸級化工船和1艘1萬噸級油船。典型設(shè)計船型主尺度見表1；模擬試驗選用10萬噸級油船，主尺度見表2。

1.3 模擬試驗條件

1.3.1 風(fēng)力和風(fēng)向選擇

天津港海區(qū)常風(fēng)向為北偏西北，次常風(fēng)向為西風(fēng)，強風(fēng)向為東風(fēng)，次強風(fēng)向為東偏東北。根據(jù)當?shù)匾絾T和船長的實踐經(jīng)驗，綜合考慮該碼頭附近風(fēng)向、風(fēng)力統(tǒng)計資料及碼頭泊位布置情況，模擬試驗風(fēng)力選擇以7級風(fēng)為主，8級風(fēng)為輔。

1.3.2 流速和流向選擇

本海區(qū)海流屬非正規(guī)半日潮流，呈現(xiàn)往復(fù)流性質(zhì)。根據(jù)水文資料統(tǒng)計，模擬試驗選擇漲落潮最大流速均為0.5 kn，流向基本與大沽沙航道軸線一致，漲潮流向設(shè)置為289埃涑繃饗蟶柚夢？09?。?/p>

1.4 模擬試驗方案

大沽口港區(qū)港池漲落潮流流速較小，對船舶進出港通航和靠離泊作業(yè)影響不大，模擬試驗重點考慮風(fēng)對10萬噸級油船進出港和靠離泊作業(yè)的影響，試驗方案如表3所示。

1.5 模擬試驗結(jié)果分析

針對不同載態(tài)下的（滿載、壓載）不同工況，展開船舶操縱模擬試驗，試驗結(jié)果及相應(yīng)操縱結(jié)論為：

（1） 風(fēng)力7級，正常拖船配置（2艘3 528 kW），10萬噸級油船在攏風(fēng)、開風(fēng)等情況下均能順利完成靠離泊作業(yè)。

（2） 大型船舶船位受風(fēng)時，船艏向上風(fēng)側(cè)偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象顯著，船舶向下風(fēng)側(cè)轉(zhuǎn)向效果差。在8級開風(fēng)情況下離泊，正常拖船（2艘3 528 kW），船舶向下風(fēng)方向調(diào)頭（開闊水域方向調(diào)頭）離泊失敗。相同工況下，船舶向上風(fēng)側(cè)方向調(diào)頭（碼頭方向迎風(fēng)調(diào)頭）離泊成功。綜上所述，當強開風(fēng)調(diào)頭離泊時，向碼頭方向迎風(fēng)調(diào)頭優(yōu)于向開闊水域方向順風(fēng)調(diào)頭。

（3） 在風(fēng)力9級情況下，10萬噸級油船壓載離泊，先后使用2艘3 528 kW拖船、1艘3 528 kW和1艘3 969 kW拖船、1艘3 528 kW和1艘4 630 kW拖船協(xié)助。配置的拖船全力倒拖15～20 min，仍不能將船舶拖離泊位1/4船寬處，無法完成離泊作業(yè)。如使用3艘3 528 kW拖船協(xié)助，方可完成離泊作業(yè)，但航道航行較困難。

（4） 在風(fēng)力9級情況下，使用2艘3 528 kW拖船，滿載油船攏風(fēng)、開風(fēng)均可完成離泊作業(yè)；除攏風(fēng)條件外，壓載油船在開風(fēng)、偏攏風(fēng)等條件下也可完成離泊作業(yè)，但調(diào)頭和航道航行較困難。

2 操縱模擬試驗結(jié)論及建議

2.1 模擬試驗條件

綜合分析在不同載態(tài)和風(fēng)力7～9級條件下的靠離泊作業(yè)模擬試驗結(jié)果，得出以下主要結(jié)論。

（1） 通航風(fēng)力限制條件。① 拖船正常數(shù)量和功率配備下，10萬噸級油船靠離泊風(fēng)力≤7級； ② 10萬噸級油船應(yīng)急離泊風(fēng)力＜9級，如船舶應(yīng)急離泊，需在風(fēng)力達到9級前完成應(yīng)急撤離； ③ 特殊情況下，事先與相關(guān)部門溝通和協(xié)調(diào)，確保航道清爽，使用3艘3 528 kW及以上的拖船協(xié)助，10萬噸級油船在風(fēng)力8級時可進港靠泊，船舶駕駛?cè)藛T應(yīng)加強瞭望，注意周圍船舶動態(tài)，及時采取有效措施避免與他船觸碰。

（2） 拖船配備。正常情況下（風(fēng)力≤7級），10萬噸級油船至少配備2艘3 528 kW拖船協(xié)助靠離泊作業(yè)，強順風(fēng)（偏順風(fēng)）進港靠泊，船尾可增加1艘3 528 kW拖船協(xié)助船舶控制船速。對于強攏風(fēng)情況下的應(yīng)急離泊，應(yīng)至少配備2艘3 675～4 042 kW的拖船協(xié)助離泊操作。

（3） 靠離泊方式。一般情況下，在天津港10萬噸級滿載油船采用順靠方式，即進港船舶采用左舷直靠方式靠泊，出港船舶采用掉離方式離泊。

（4） 調(diào)頭作業(yè)。一般情況下，港池內(nèi)水流流速較小，船舶靠離泊調(diào)頭作業(yè)主要受風(fēng)影響，壓載狀態(tài)下更加明顯，靠離泊調(diào)頭作業(yè)應(yīng)特別注意風(fēng)對船舶漂移的影響。

（5） 風(fēng)的影響。① 風(fēng)力7級，10萬噸油船各種工況下，使用2艘3 528 kW拖船協(xié)助，均可順利完成靠離泊作業(yè)；強橫風(fēng)條件下，船舶進出港航行和靠離泊作業(yè)相對困難，需要適當增加拖船功率和數(shù)量協(xié)助靠離泊，合理使用車、舵有效控制船舶位置和位移。② 風(fēng)力8級，10萬噸級油船可完成進出港靠離泊作業(yè)，但強橫風(fēng)條件下，進港船舶控車、控速航行期間漂移向下風(fēng)側(cè)漂移顯著，船舶保向困難。 ③ 風(fēng)力9級，10萬噸級油船使用2～3艘3 528 kW拖船協(xié)助，可完成離泊作業(yè)，船舶調(diào)頭作業(yè)和航道航行都比較困難，潛在風(fēng)險較大。

（6） 靠泊操縱。① 攏風(fēng)靠泊。入泊角度不宜過大，靠泊過程中要密切關(guān)注攏風(fēng)對船舶橫移的影響，充分利用拖船控制好靠岸速度，防止壓攏速度過快而觸碰碼頭。 ② 開風(fēng)靠泊。應(yīng)注意搶占上風(fēng)位置，盡量減少開風(fēng)對船舶橫移的影響，充分利用車、舵和拖船控制好船位、航速以及船舶姿態(tài)，使船舶緩慢地平行靠上碼頭。

（7） 離泊操縱。① 攏風(fēng)離泊。應(yīng)將船舶平拉開泊位1.5倍船寬后方可調(diào)頭，并注意首尾與碼頭的距離。② 開風(fēng)離泊。應(yīng)把船位控制在上風(fēng)側(cè)，防止因船速過慢被壓向下風(fēng)側(cè)。如強開風(fēng)離泊時，宜采用迎風(fēng)調(diào)頭方式離泊。

2.2 建 議

通過模擬船舶操縱，由當?shù)匾絾T根據(jù)實際情況確定船舶進出港拖船配置及航行中的速度控制，提出以下建議。

（1） 拖船配置建議： ① 正常情況下（7級風(fēng)及以下），10萬噸級油船或化學(xué)品船至少配置2艘3 528 kW拖船協(xié)助靠離泊作業(yè)； ② 強順風(fēng)（偏順風(fēng)）情況下進港靠泊，船尾可增加1艘約2 940 kW的拖船協(xié)助船舶合理控制船速； ③ 強攏風(fēng)情況下應(yīng)急離泊，應(yīng)至少配備2艘3 675～4 042 kW的拖船協(xié)助離泊操作。

在實際工作中，考慮到短時間強陣風(fēng)等突發(fā)因素的影響，以及風(fēng)流、波浪對拖船的影響等，應(yīng)適當增加拖船功率和數(shù)量，拖船實際所能發(fā)揮的功率可按拖船主機功率的60%～90%計算。

（2） 正常情況下，進港船舶在距離泊位0.5 n mile （重載船舶距離泊位1.0 n mile）之前，應(yīng)帶妥所有助泊拖船，以便及時協(xié)助船舶靠離操縱；在強橫風(fēng)等情況下，應(yīng)適當提前帶妥拖船。

（3） 大型船舶距離泊位1.5 n mile左右，船速控制在6 kn左右； 距泊位1.0 n mile時，控制船速在6 kn以下，將重載船舶控制在5.0 kn以下；距泊位1倍船長時，控制船速在2 kn以下，重載船舶控制在1.5 kn以下。頂流或開風(fēng)靠泊時，可適當提高上述船速；順風(fēng)順流重載進港時，注意提前合理降速。

3 結(jié) 語

隨著天津港航運事業(yè)不斷發(fā)展，港口船舶大型化勢在必行。本文根據(jù)大沽口9號泊位設(shè)施的改造升級計劃，將5萬噸級泊位改建為可靠泊10萬噸級油船的泊位。通過設(shè)置不同工況（風(fēng)、流、浪等）外界因素，采用虛擬仿真技術(shù)和航海船舶操縱模擬器，還原實際船舶操縱實景，得到10萬噸級油船航道航行及靠離泊作業(yè)的安全條件和操縱要領(lǐng)，并提出了可行性建議，有助于為營運期船舶靠離該泊位提供安全保障。