上海港大型鉆井平臺拖帶安全風險分析及預控

陳丹平

（上海港引航站，上海 200082）

0 引言

1963 年，我國建造第一座浮筒式鉆井平臺，至今已逐步形成各類鉆井平臺的設計和建造能力，并向海洋工程裝備設計、建造和應用大國邁進[1]。近年來，上海造船企業(yè)和江蘇多家海工裝備制造企業(yè)紛紛開始建造鉆井平臺，完工后需拖帶出口。在繁忙的港內航道從事鉆井平臺拖帶作業(yè)安全風險極高，如何做好相關安全風險和預控成為倍受關注的問題。

1 拖帶安全風險

經上海港的鉆井平臺主要以自升式鉆井平臺為主，本文就遠洋拖船“德惠”輪拖帶自升式鉆井平臺“東方龍”操縱實踐為例，對影響拖帶安全的因素進行分析?！暗禄荨陛嗛L89.96 m，型寬17.2 m，吃水6.5 m，功率2×6500 kW，方形系數0.6，縱剖面系數0.97，系柱拖力2080 kN。

1.1 鉆井平臺的特別之處

鉆井平臺總長101.8 m，水線長度70.36 m，型寬76 m，型深9.45 m，吃水6.4 m，方形系數1.0，樁腿高度166.98 m，水線以上受風面積3149 m3。

鉆井平臺主體為近似三角箱形，帶有三條三角桁架式樁腿，樁腿能夠自由升降，可下伸至海底站立在海床上，從而托起船殼并使其底部離開海面一定的距離[1]。拖帶時樁腿收起，鉆井平臺漂浮在水面上，船體呈現出沒有任何載重線形變化的箱型，水阻力大，拖帶時易形成較大的渦旋阻力；其上層建筑除生活區(qū)外，還有大型鉆井設備和3 條百米多高的樁腿，受風面積大。鉆井平臺拖帶總阻力較普通商船大，易受外界因素影響其航向穩(wěn)定性，且鉆井平臺舷側布設有管路，輔助拖船無法實施旁拖、頂推等操縱，不能有效抑制鉆井平臺的偏航。

1.2 水文氣象

上海港屬正規(guī)淺海半日潮，一般落潮流強于漲潮流。波浪運動主要以風浪為主，且明顯受季風影響，冬季浪向偏東北，夏季浪向偏東南。受地形及徑流影響，屬中等強度的潮汐河口，中浚潮位站多年平均潮差2.67 m，最大潮差為4.62 m,漲潮流平均流速90～240 cm/s，落潮流平均流速210～230 cm/s[2]。較普通商船而言，拖帶速度較低的箱型結構鉆井平臺，其所受浪與流的影響程度更顯著。

上海港常風向為ESE，其次為E、ENE 和NNE；冬季盛行NE、NW 風，夏季盛行SE 風；強風向為ENE。鉆井平臺上層建筑受風面積大，強風時船位難以控制。春冬季易出現大霧天氣，且持續(xù)時間較長；夏季多強對流且伴有雷雨大風，最大風力可達10 級以上；冬季受冷空氣影響，刮偏北大風。惡劣的氣象條件對拖帶安全造成極大威脅。

1.3 通航環(huán)境

1）航道情況

上海港航道寬度有限，航標密集，如突遇強風，主拖船和鉆井平臺由于其結構不同，鉆井平臺向下風側漂移量大于主拖船，如未及時修正風流壓差，可能會發(fā)生碰擦航標的事故。以拖帶“東方龍”為例，拖帶總長近400 m，當風流壓差為5°時，主拖船與鉆井平臺間的船位橫向偏差達57.4 m，如船位掌控不當，存在碰擦航標的風險。

2）航道水深

依據《長江口深水航道通航安全管理辦法》，拖帶船隊禁止在長江口深水航道及兩側水域航行，鉆井平臺只能經南槽航道拖帶出口。南槽航道水深較淺，九段燈船附近最淺水深約5 m。當低潮時，航道水深無法滿足主拖船與鉆井平臺對富余水深的要求，如操縱不當，易造成擱淺、拖底、拖纜斷裂等事故。

3）交通環(huán)境

上海港水域船舶流量大，通航環(huán)境復雜。以圓圓沙警戒區(qū)為例，其是長江口深水航道和南槽航道船舶流交會區(qū)域，通航密度大，可航水域小，且VHF 嘈雜，難以進行有效溝通，該水域船舶會遇態(tài)勢極其復雜，圓圓沙警戒區(qū)常規(guī)的交通流向有十幾種之多。拖帶船隊總長度長，航跡帶寬度大，拖帶速度慢，操縱困難，采取避讓行動的能力嚴重受限。

1.4 人為因素

研究表明80%以上的事故與人的行為因素有關。人為失誤的種類包括：疏忽與遺漏、基于規(guī)則的錯誤、基于知識的錯誤、文化條件和違反安全慣例等。疏忽與遺漏包括精力渙散和偏見、正?？深A見環(huán)境的變化、壓力和疲勞等[3]。船舶碰撞是各類水上交通事故中最易受到人為因素影響的一類事故[4]。

拖帶作業(yè)時間長，壓力大，工作內容相對單調，人易產生疲勞，從而引發(fā)人為失誤。這些人為失誤包括人員溝通上的不協調、對于某些重要拖帶部件的誤操縱或違規(guī)操縱、對船位及船速的控制不當、對當時的環(huán)境和情況的判斷和避讓失誤等。

2 安全可行性分析

拖帶前應根據氣象、潮汐、拖船和被拖鉆井平臺的資料，對拖帶方案做安全可行性分析。

2.1 拖帶鉆井平臺所需拖力的計算

按中國船級社發(fā)布的《海上拖航指南》附錄2 中關于海上拖帶阻力估算方法，拖帶的總阻力可按以下經驗公式計算：

式中：R 為拖帶總阻力，kN；Rf為被拖船摩擦阻力，kN；Rb為被拖船剩余阻力，kN；Rft為拖船摩擦阻力，kN；Rbt為拖船剩余阻力，kN。

被拖船阻力按如下近似方法確定：

式中：A1為水下濕表面積，m2；V 為航速，m/s；Cbt為方形系數；A2為浸水部分舯橫剖面積，m2。

其中：濕表面積A1如無詳細資料，可按如下方法求得：

式中：L、B、d 分別為船長、船寬和吃水，m。

對于受風面積特別龐大的鉆井平臺，其拖帶阻力尚應按下式計算，取2 種算法的較大值：

式中：Ra為空氣阻力，kN；ρ 為空氣密度，kg/m3，按1.22 kg/m3計算；V 為風速，m/s；CSAi為水面以上縱向受風面積，m2。

拖船阻力可使用拖船設計資料，如無資料可按公式（2）、（3）、（4）近似公式計算。

以“德惠”拖帶“東方龍”出港為例，由瀏河口警戒區(qū)至南槽引航船總航程約56 nmile，按白天拖帶要求，平均拖速需達5 kn。取航速5 kn、迎風風速18 m/s，按公式（1）～（5）估算可得拖帶總阻力795 kN，按公式（6）、（7）計算可得拖帶總阻力1119 kN，取較大值1119 kN。主拖船拖力2080 kN，大于1119 kN 拖帶總阻力，滿足所需拖力要求。

2.2 拖帶船隊編隊及拖船布置

引航員根據鉆井平臺的特殊結構，合理配置拖船并構建拖帶船隊。以“德惠”拖帶“東方龍”出港為例，采取“德惠”吊拖，提供前進的動力；鉆井平臺后部兩側各系帶一艘全旋回拖船A 和B，協助“德惠”控制鉆井平臺航行姿態(tài)，在遇緊急情況時可協助鉆井平臺減速、穩(wěn)定船位及協助轉向。因船舶交通流復雜，再安排一艘拖船C 為船隊護航，也可作為主拖船或輔助拖船故障時應急處置。綜合考慮船隊操縱能力與航道情況，主拖纜長度取185 m。圖1 為拖帶船隊拖船布置圖

圖1 拖帶船隊拖船布置圖

2.3 所需單向航道寬度的查核

根據《海港總體設計規(guī)范》JTS 165-2013 第6.4.2 款規(guī)定，航道有限寬度由航跡帶寬度、船舶間富裕寬度和船舶與航道邊的富裕寬度組成，單向航道寬度按下列公式確定：

式中：A 為航跡帶寬度，m；C 為船舶與航道邊富裕寬度，m；W 為單向航道寬度，m；r 為風流壓偏角，（°）；n 為船舶漂移倍數；B 為船舶間寬度，m。

當取風流壓偏角為10°，n 為1.59，船舶與航道邊富裕寬度為0.75 倍船寬，根據公式（8）、（9）計算可得鉆井平臺拖帶船隊所需單向航道寬度為344 m。上海港出口航道寬度約在400～800 m 間，滿足鉆井平臺“東方龍”拖帶船隊對所需單向航道寬度要求。

3 安全風險預控

3.1 發(fā)揮團隊引航作用

對于安全風險高、操縱難度大的船舶引航需發(fā)揮團隊力量。鉆井平臺拖帶需要駕駛臺成員在不同位置上各盡所能，與其他成員協調配合完成工作，主拖船、鉆井平臺、輔助拖船各團隊間需把個體目標與船隊目標協調統(tǒng)一，以達到團隊工作效率最大化。定時檢查主纜、各連接部件的受力及磨損情況、核實與他船的會遇意圖等，通過團隊成員的交叉檢查，有效減少人為因素帶來的安全風險，提高引航工作安全系數。引航應協同岸基支持，岸基人員通過電子設備得到完善的數據分析，提供實時的氣象信息、船舶交通流情況等，實時跟蹤并提供專業(yè)指導，降低引航風險。

3.2 時間節(jié)點

時間節(jié)點的合理控制是鉆井平臺拖帶順利與否的關鍵。引航員應分析相關資料，合理選擇拖帶起始時間和經過九段淺灘時間，制定通過各重要航段的時間節(jié)點。引航員還應掌握各航段船舶通航規(guī)律，預判各航段可能的通航情況。通常鉆井平臺拖航應選擇潮差在1.84～2.74 m 間、最大流速小于2.5 kn 的日期。綜合考慮在白天拖航、流對航速影響和過九段淺灘時富余水深要求等因素，拖航日期以選擇農歷初六至初八或二十到二十二為佳，晨昏蒙影時經瀏河口警戒區(qū)下行出口航經各復雜航段遭遇船舶高峰流的機率較小，安全風險較低，同時有效利用落潮流提升航速，為航經九段淺灘留有足夠時間余量。

3.3 拖帶航行操縱

起航前召開航前會，合理規(guī)劃航線，確定拖帶時間節(jié)點、通信聯系頻道、明確拖帶總指揮與輔助拖船分指揮的各自職責，確保拖帶作業(yè)安全。主拖船除正常拖帶所需連接裝置外，另備一套主拖帶連接裝置和一套應急拖帶連接裝置，并處于隨時應急使用狀態(tài)。

航行中，參加拖帶作業(yè)船舶應使用專用頻道保持內部通訊暢通，按規(guī)定顯示號燈、號型，正確開啟AIS 設備，嚴格遵守相關規(guī)定，確保船隊航行在計劃航線上。引航員應熟知各航段潮汐變化規(guī)律，及時接收氣象信息，根據專業(yè)判斷預配風流壓角以抵消鉆井平臺漂移的影響。晨昏蒙影時，應使用探照燈照射主拖纜警示對方船勿從主拖船與鉆井平臺之間穿越。加減速操縱時應逐級進行，每次增減幅度不超過主機負荷的5%為宜，并注意拖纜受力情況。大角度轉向操縱應分多次完成，每次改向不超過5°為宜，并注意主纜受力角度。

拖帶船隊航行中拖纜是保障航行安全的重要因素，需經常核查拖纜狀況，根據航道的寬度、水深等適時調整主拖纜長度，主拖纜懸垂量以拖纜在水面呈若隱若現為佳。

3.4 應急預案

拖帶可能出現的緊急情況包括，遇惡劣天氣、斷纜等，需對可能的緊急情況制定應急預案，主拖船負責現場救助組織與協調，協助鉆井平臺實施應急處置，并及時進行報告。遇惡劣天氣，在應急錨地臨時插樁升船；主拖纜斷纜，接應急拖纜，輔助拖船迅速做好風險評估和準備隨時實施接拖。

4 結語

大型鉆井平臺拖帶操縱無論是在狹水道或海上都屬困難操縱，特別是在有著“黃金水道”之稱的上海港水道。凡事預則立，通過分析鉆井平臺拖帶安全風險，認真做好相應安全風險預控工作，操縱時小心謹慎，上海港鉆井平臺拖帶的安全才有所保障。