拖帶大型重載無動力船舶進上海港的論證和實操

沈 灝

（上海港引航站，上海 200082）

0 引言

2019 年12 月18 日，“雅達”（YADAR）輪，全長209 m、吃水11.3 m，在長江口一號錨地準備起錨進港時，發(fā)現(xiàn)主器故障無法修復，失去動力。該輪的代理公司隨即申請作為無動力船舶，要求拖帶進港，便于卸貨和進廠修理。由于大型重載無動力船舶進港拖帶作業(yè)的特殊性、復雜性和高風險性，一般引航員相對缺乏相關的拖帶作業(yè)經驗。為此，上海港引航站首先評估拖帶作業(yè)的可行性，根據在一定拖帶速度條件下的受力情況計算，確定無動力船舶的拖帶應該使用的拖船數量和功率；其次，考慮如何在拖帶時減小偏蕩和航跡帶寬度，防止偏離航線而導致擱淺或碰撞燈浮等事故的發(fā)生；最后選擇合適的拖帶方式、合理的配置拖船、一定的水文氣象條件、以老帶新雙人引航的模式，確保該輪的拖帶作業(yè)安全。

1 大型重載無動力船舶信息和選擇的水文氣象

1）“雅達”輪，總長Loa為209 m、垂線間長LPP為192m、型寬B 為32.3 m、型深D 為21.2 m、吃水D 為11.3m，排水量為73214.4 t，方形系數Cb為0.832，水線以上船體正面投影面積約為720 m2，水線以上船體側投影面積約為2610 m2。

2）大型重載無動力船舶的拖帶作業(yè)條件。根據以往成功拖帶的經驗，應選擇能見度良好，視程大于2 nmile；風速小于4 級（最大值10 m/s）的天氣，便于拖船發(fā)揮作用和確保其安全；避開大潮汛，以減小橫流對拖帶船隊偏蕩和航跡帶的影響。

2 拖船配置

大型重載無動力船舶進行拖帶進港作業(yè)，在狹窄的航道內受風流影響較大，為了保持船位，防止偏蕩帶來的擱淺和碰撞燈浮風險，需要進行保向、改向、推進和制動等復雜多變的操縱，因此拖船的配置方案顯得尤其重要。只有進行科學計算和制定合理的拖船配備方案，才能保證大型重載無動力船舶的拖帶進港安全。

2.1 拖帶船隊阻力的計算

無動力船舶需要依靠拖船提供的動力來克服阻力，拖船的拖力決定無動力船舶的拖帶速度。無動力船舶和拖船在航行時都會產生阻力，整個船隊的總阻力是無動力船舶的總阻力與所有拖船的總阻力之和，拖帶速度與整個船隊的總拖力成正比關系。

1）無動力船舶總阻力的計算

無動力船舶的總阻力R無，由摩擦阻力Rs、剩余阻力Rr和附加阻力Re組成，其計算公式如下：

阻力計算公式有很多系數，在計算不同對水速度下的阻力值時，為了安全起見都選用最大值。這里取風速4 級、拖帶速度6 kn 為例進行計算。

①摩擦阻力的計算

式中：Rs為摩擦阻力，kN；f 為摩擦阻力系數，取0.167；V為拖帶速度，m/s；A1為船舶的水下濕表面積，m2。A1根據船舶吃水在船舶資料中查得，或根據船舶的船長、船寬、吃水、方形系數Cb等基本數據求得。散貨船：A1=LPP（1.7d+BCb），式中LPP為船舶垂線間長、B 為船舶型寬、d 為船舶吃水。

則：Rs=0.167［LPP（1.7d+BCb）］V1.83×10-3=114.4 kN。

②剩余阻力的計算

式中：Rr為剩余阻力，kN；μ 為剩余阻力系數，取14.7；A2為水線下船中橫剖面積，A2=CmBd（m2）；Cm為船舯剖面系數，范圍0.85～0.99；這里取最大值0.99。

則：Rr=14.7CbCmBdV1.74+0.15V×10-2=526.3 kN。

③附加阻力的計算

式中：Re 為附加阻力，kN；Rw為空氣阻力，其計算公式為：Rw=1.6488Aa（Vw+V）2×10-2；Aa為船舶水線以上船體正面投影面積；Vw為風速，m/s；R1、R2、R3分別為船舶的附體阻力、污底阻力和洶濤阻力，其大小僅為船舶空氣阻力與基本阻力之和的2%～4%，這里取3%。

則：Rw=1.6488Aa（Vw+V）2×10-2=222.5 kN，Re=Rw+R1+R2+R3=Rw+（Rw+Rs+Rr）3%=248.4 kN，

無動力船舶在風速4 級、拖帶速度6 kn 時的總阻力為：R無=Rs+Rr+Re=889.1 kN。

2）拖船總阻力的計算

在整個拖帶船隊中，拖船能發(fā)揮出的有效拖力是在克服自身所受的阻力后剩余的。在進行大型無動力船舶進港拖帶作業(yè)時，往往使用多艘拖船，盡管拖船的尺度不大，但是多艘拖船的總阻力不能忽略，有必要對所有拖船的總阻力進行計算。因上海港的作業(yè)拖船在船型尺度上接近，在外部形狀上相似，阻力也基本相同，因此根據前面的阻力計算公式只計算一艘尺度最大的拖船在6 kn 對水速度時的阻力即可，得出R拖=49.8 kN。

3 確定拖帶無動力船舶時使用拖船的功率和數量

按照對主要3 種拖船（Z 型、VSP 型、CPP 型）的試驗比較得出，對于全旋回式拖船（Z 型）每73.5 kW（100 HP）主機輸出功率可提供15.3 kN 的拖力。在拖船的實際使用中，由于拖船船齡、纜繩系帶方式、風浪的影響及運營經濟性等原因，同時也考慮到拖船不能長時間以滿負荷的方式工作，在計算拖船的常用拖力時，可按正車系柱拖力的80%來考慮。“海港61”輪的額定功率是4420 kW，作為主拖船，可以提供的系柱拖力為920.1 kN，那么常用拖力為736.1 kN。當只考慮“雅達”輪的總阻力時，“海港61”輪的系柱拖力可保證拖帶船隊速度接近6 kn。

根據經驗，在港口水域的短距離拖帶作業(yè)，一般用一艘大功率拖船在船首吊拖作為主拖船，但拖纜的水平張角過大會損失一部分拖力。在船尾部左右舷各綁一艘功率約2000 kW 的拖船，既能提供前進的動力，又能進行制動和協(xié)助轉向。在船首部右舷綁一艘功率約2000 kW拖船，用于應急、協(xié)助轉向和抑制偏蕩；按計劃，該拖帶船隊趁潮水順水進港，抵達碼頭附近水域時是初落水，左舷靠泊，所以系帶在船首右舷。由此可見，這樣配置拖船和考慮拖船的阻力，在“海港61”輪常用拖力的拖帶下，速度能超過6 kn，滿足拖帶的需要。圖1 為此次大型重載無動力船舶拖帶的拖船配置示意圖。

圖1 大型重載無動力船舶拖帶的拖船配置示意圖

4 大型重載無動力船舶拖帶作業(yè)所需航道寬度計算

大型重載無動力船舶在航道中行駛時，對水速度較低，易受到風流的影響，船位較難保持在航道的中心線上，需要預配較大的風流壓角，占用航道寬度相應增加。因此有必要對“雅達”輪的航行寬度進行計算。

根據《海港總體設計規(guī)范》的規(guī)定，所需航道寬度W 的取值按下面公式計算。

雙向航道：W=2A+b+2c；

單向航道：W=A+2c；

航跡帶寬度：A=n（Lsinγ+B總）。

式中：n 為滿載船舶漂移倍數；γ 為風、流壓偏角；L 為拖帶船隊總長；B總為拖帶船隊總寬度；C 為船舶和航道底邊的富裕寬度；b 為船舶間的富裕寬度。

根據該大型重載無動力船舶參數和本港的水文氣象數據，計算得到較大橫流1.5 kn 時，取n=1.59、γ=10°、C=0.75B，計算得出拖帶船隊所需要航道寬度為172.7 m。航道的寬度能夠滿足“雅達”輪進港拖帶作業(yè)所需要單向航道寬度的要求，本次無動力拖帶作業(yè)是安全可行的。

5 “雅達”輪拖帶進港的實際操縱

考慮到“雅達”輪的吃水深、噸位大、受風和流等的影響大，進港航道比較狹窄，航行距離較長，所以應選擇在氣象、水文較合適的時機拖帶進港，根據氣象預報和《潮汐表》，接受引航申請的第二天滿足要求。12 月19 日，能見度良好，視線為4 nmile；風速9 m/s，風向330°；當日小潮汛，高潮時間為09:36。計劃引航員于0500 時在長江口錨地登上該輪，以便帶拖船和提前準備，于初漲潮時段到達長江口燈船。拖帶過程中主要的工作及操縱要點：

1）兩位引航員從北槽引航船乘坐拖船到長江口錨地，于04:45 登上“雅達”輪。登輪后，引航員立刻與船長詳細交流了拖帶方案、核對了船舶資料，征求船長對拖帶方案的意見和建議。船長向引航員說明該輪除了主機無法使用外，其他設施都正常；目前處于拋錨狀態(tài)，錨鏈7 kn。引航員要求船長安排船員帶妥4 艘拖船，并做好起錨的準備。兩位引航員進行了分工，主引航員負責引領船舶、指揮拖船；輔助引航員負責定位、VHF 通報和聯(lián)系周圍船舶，協(xié)助瞭望等。

2）引航員給4 艘拖船分配了工作，也就是“海港61”輪作為主拖，系帶在船首；“海港10”和“海港11”輪作為綁拖，系帶在船尾的左右舷；“海港14”輪系帶在船首右舷主甲板的位置。同時交待了拖帶的要求和發(fā)生斷纜等意外的應對措施、通信聯(lián)系的VHF 頻道和應急聯(lián)系方式等。

3） 4 艘拖船系帶完畢后，“雅達”輪開始起錨，0600時錨離底，“海港61”輪開始起拖，“海港10”和“海港11”輪也開慢車協(xié)助，拖帶船隊開始趁著潮水順流進港。

4） 07:22 時，“雅達”輪經過長江口燈船，此時船隊航速達到8.7 kn。盡管北槽航道基準水深為12.5 m、航道寬度為500 m，但對于該拖帶船隊來說可航行水域寬度且不富裕，需要引航員依靠平時積累的經驗、助航設備等精準的操縱和拖船的高度配合以及對當時潮流風向對船舶的影響有著預先的判斷。07:30 時正是長江口漲水的時期，航道走向是270°，預配了約15°的風流壓差。引航員還通過及時調整航向，使船位始終保持在航道中間偏右的位置。

5）兩位引航員運用船上先進的雷達和電子海圖信息顯示系統(tǒng)（ECIDS），時刻檢查船位的偏差，根據船位及時指揮拖船的操縱。為了減少“雅達”輪的偏蕩和航跡帶寬度，用該輪操大角度的舵角進行抑制。該拖帶船隊08:14過D11燈浮、09:36 過D25 燈浮、10:42 過D37 燈浮、11:55 過圓圓沙燈船。

6）北槽航道有3 個彎頭，是這次拖帶的難點之一。引航員采取慢速過彎和拖船協(xié)助的方法，即拖帶船隊在抵達彎頭前先減慢船速，推送命令“海港14”輪做好拖或頂的準備，順利通過了3 個彎頭。

7） 靠泊操縱。“雅達”輪在安全抵達泊位附近水域時，解掉主拖“海港61”輪和左舷綁拖的“海港10”輪，利用右舷綁拖的“海港11”輪和“海港14”輪，根據“雅達”輪的橫移速度指揮二艘拖船調整拖拉或頂推的力量，最后于14:22安全靠妥碼頭。

6 經驗總結

經過這次長達九個半小時“雅達”輪的拖帶引航任務，對大型重載無動力船舶拖帶進上海港的理論與實踐有了進一步的認識和理解。1）港內狹窄水域大型重載無動力船舶的拖帶操縱是一項高難度的引航作業(yè)，拖航前應進行可行性分析；提前制定拖帶引航方案，并且與拖船、船方和港方等相關的單位協(xié)調溝通，共同研討拖帶引航方案，明確職責、任務和分工。2）要選擇氣象狀況良好、風力較小、小潮汛的情況下進港，可以大大降低風致漂移和流致漂移對無動力船產生的影響和造成的碰撞燈浮和擱淺事故的發(fā)生，確保拖帶安全。3）本次拖帶引航任務，拖船的作用非常重要，因此大型重載無動力船舶應與拖船之間保持有效的通信聯(lián)絡，確定應急措施和備用頻道，密切配合、協(xié)調動作，并隨時注意拖船纜繩情況并體諒其操縱的難處，確保拖船安全。4）拖帶引航中要運用良好船藝，充分估計風流壓差，利用一切可用的導航設施和助航設備，及時修正船位，在航道中保持船位在上風上流的位置，防止船隊偏航而造成碰撞燈浮或擱淺。5）除了主拖“海港61”輪帶拖纜外，其他三艘拖船都應該帶纜繩進行綁拖，可以預防拖帶過程中的不測。6）保持與海事部門的聯(lián)系，便于海事部門對拖航經過的水域進行交通組織；安排海巡船全程護航，防止其他施工船舶、漁船等妨礙拖航操縱。7）要合理利用潮水，趁著漲潮時進港，以保證一定的安全航速，盡快、安全通過北槽深水航道。事實證明，只要選擇合適的外部條件、做好充分的準備和發(fā)揮駕駛臺資源的作用，大型重載無動力船舶在上海港的進港拖帶是安全可行的。

7 結語

較之有動力的普通大型重載船舶進出港引航，大型重載無動力船舶拖帶作業(yè)難度大、風險大、技術要求高，從確保航行安全的角度考慮，事先進行科學的計算和理論研究非常有必要，能使引航員預估到各個航行階段的運動狀態(tài)、難處和要注意的問題，并根據計算結果做好拖帶方案。通過對這次大型重載無動力船舶拖帶作業(yè)的事前計算、事后總結，對今后大型重載無動力船舶的拖帶作業(yè)和主機突然故障情況下的應急處置具有一定的參考意義。