淺析重載集裝箱船急落水靠泊外高橋碼頭的風險及對策

黃松林

摘 要：重載集裝箱船在急落水期間靠泊外高橋碼頭，經(jīng)常會出現(xiàn)停車淌航至泊位正橫前船首向外偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，有時采取船首拖輪全速頂推仍無法克服偏轉(zhuǎn)。本文分析急落水時段對重載集裝箱船操縱的影響，有利于駕引人員對船舶的運動態(tài)勢作出正確的判斷和采取安全對策，從而減少事故的發(fā)生，確?？坎窗踩?。

關鍵詞：集裝箱船舶;流體運動;安全對策

中圖分類號：U675? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）11-0124-04

隨著上海國際航運中心建設步伐的加快，進出港船舶數(shù)量與日俱增，為滿足日益增長的港口生產(chǎn)需求，最大限度地提高碼頭和船舶的運營效率，上海引航站不斷加強引航技術創(chuàng)新，已基本實現(xiàn)外高橋集裝箱碼頭全天候靠離，即船舶吃水在滿足航道和泊位安全富裕水深（UKC）的前提下，碼頭船完成裝卸及時離開，候泊船“無縫銜接”隨即接靠，最大程度提高碼頭的利用率，縮短船舶在港時間。這就會造成大量急漲急落靠離的情況，給船舶駕引人員提出了全新的挑戰(zhàn)。筆者根據(jù)多次引航操作實踐，結合外高橋碼頭概況、氣象水文和重載集裝箱船的操縱特性，對重載集裝箱船在急落水期間靠泊外高橋碼頭中存在的技術風險和采取的對策進行探討，以供同仁參考。

1 外高橋航段概況及氣象水文

1.1外高橋航段

外高橋航段主要包括外高橋航道、外高橋沿岸航道、圓圓沙警戒區(qū)和吳淞口警戒區(qū)，總長約12海里。外高橋主航道走向120?/300?，主航道寬度為1150米左右，航道長約6海里。外高橋航段是整個長江上海段通航密度最大、船舶動態(tài)最復雜的水域，其上接黃浦江和寶山航段，下連南北槽航道，北側(cè)是吳淞錨地，南岸是上海港外高橋集裝箱港區(qū)及沿岸各貨主碼頭，所有進出上海港和長江上游的船舶都在此匯集，這里是整個長江上海段航行風險最高的航段。

1.2外高橋碼頭概況

外高橋沿岸碼頭是指從吳淞口外高橋煉油廠碼頭到圓圓沙附近浦航石油碼頭之間的多個港區(qū)及貨主碼頭，以集裝箱碼頭、油碼頭和滾裝碼頭為主（本文主要指集裝箱碼頭）。碼頭走向：外二期1～5泊，296°/ 116° ;外一期1～3泊，298°/ 118°;外四期1～4泊，298°/ 118° ;外五期1～4泊，305°/ 125°;外六期1～3泊，307°/ 127°

1.3外高橋航段氣象水文

外高橋航段受正規(guī)半日淺海潮的影響，航道內(nèi)每天兩漲兩落（漲5h落7h），潮流為往復流，流速隨潮汐變化，急漲急落時可達3～4kn，夏季汛期急落流流速可達5節(jié)，漲流時流向偏北，落流時流向偏南。中浚高潮前2小時左右圓圓沙水域初漲，中浚高潮后3小時左右初落，碼頭邊則提前半小時左右。外高橋水域夏季盛行東南風，常有雷暴雨天氣，并受臺風的影響;冬季盛行西北風，受寒潮影響大。

2 重載集裝箱船的操縱特性

集裝箱船舶是現(xiàn)代遠洋貨物運輸?shù)闹匾ぞ?，其船型尺度和操縱性能不同于傳統(tǒng)意義上的油船和散貨船。特別是重載集裝箱船既具有一般集裝箱船普遍特點，同時又具有重載船獨有的特點。

2.1旋回性能

集裝箱船舶由于其快速性要求，所以長寬比較大，一般長寬比在7.3～8.1之間，并且隨著船舶尺度的大型化，長寬比有增大的趨勢，而一般大型油船和散貨船的長寬比在5.5～6.8之間。長寬比較大的船舶，其船體外形比較瘦長，鈍度較小，縱向移動阻力較小，因此其快速性較好。但由于其首搖阻尼較大，故這類船舶的旋回性較差。由此可見，僅從長寬比方面考察，大型集裝箱船舶的旋回性能要比大型油船的旋回性能差一些，但其快速性要好一些。

2.2集裝箱船的舵效

大型集裝箱船的方形系數(shù)Cb一般在0.7以下，且有逐漸減小的趨勢，而大型油船的Cb一般在0.8以上，且有逐漸增大的趨勢。在長寬比相同的情況下，方形系數(shù)Cb越大，船舶首搖的阻尼越小，船舶旋回性越好，但航向穩(wěn)定性越差。因此大型集裝箱船的航向穩(wěn)定性好，易于把定。并且大型油船的舵面積與船長吃水比一般在1/65以下，而大型集裝箱船舵面積與船長吃水比要比同等規(guī)模的油船大得多，一般為1/55以上。所以大型集裝箱船較大型油船的舵力和舵力轉(zhuǎn)船力矩要大，舵效要好。

2.3停船性能

現(xiàn)代集裝箱船舶由于其班輪的運輸特點，需要確保較高的船速，其單位噸位所分配的主機功率比其他種類船舶要大得多，一般為0.5以上。通常5000～10000TEU集裝箱船一般配備5萬～10萬匹馬力的主機，其倒車功率也相應較大，停船性能較好。

2.4風、流對集裝箱船的影響較大

隨著大型集裝箱船運載能力的增加，除了吃水增加以外，甲板以上由于裝載集裝箱的原因?qū)е率茱L面積較大，與一般船舶比較，集裝箱船更易受風、流的影響。在港內(nèi)航行、靠離泊過程，要時刻提防強風、急流造成船舶漂移和失控，進而釀成擱淺、碰撞事故。

2.5集裝箱船的側(cè)推器

現(xiàn)代集裝箱船舶一般都配有首側(cè)推器，有的還配有尾側(cè)推器，8000TEU的大型集裝箱船配備的側(cè)推器功率可達3000KW左右，相當于一艘大功率拖船的功率，并且易于操縱，比利用拖輪協(xié)助操縱來得快，因此可大大提高船舶低速情況下的操縱性能，減少對港口拖輪的依賴。但應注意側(cè)推器效應會隨著船速的增加而降低，一般首側(cè)推器失效船速基本為4～6Kn，尾側(cè)推器失效船速要高一些。

2.6重載船的特性

大型重載船的操縱性特點主要表現(xiàn)為：①排水量大、慣性大，對舵的反應能力差，不易改變航向，也不易保向，變速操縱較為呆笨，減速慢，加速也慢，停車沖程和倒車沖程都大，緊急制動性能差;②淺水效應、岸壁效應明顯，特別是船體下沉量，與一般小型船舶比較，同一船速下的下沉量明顯增大;③低速航行時受流的影響明顯，操縱難度大。

3 重載集裝箱船急落水靠泊外高橋船首外偏原因分析

外高橋集裝箱碼頭都在進口方向的左側(cè)，一般進口順流向左掉頭靠漲水，也就是對著碼頭方向掉頭右舷靠。整個靠泊操作較為復雜，無論引航員站在哪一舷，大船船首與碼頭間會形成視野盲區(qū)，不能直觀判斷船首與碼頭的動態(tài)距離，同時也給引航員帶來巨大的心理壓力，促使引航員盡快將船掉轉(zhuǎn)過來，較易與岸保持較大橫距。而進口頂流左舷靠落水模式，則不需掉頭，該時段進口船不多，雖然有時出口船密度較大且順流航行往往速度較快，但只需利用雷達和AIS及早觀察出口船的動態(tài)，找到一個可供穿越的空檔，通過適當調(diào)整船速，發(fā)布好船舶動態(tài)，聯(lián)系好周圍有關船舶，即可快捷地穿越出口船空檔，進入外高橋沿岸碼頭水域，整個靠泊過程中引航員可以始終站在左舷，憑視覺判斷船舶的運動狀態(tài)，碼頭從未進入引航員視野盲區(qū)，相比較靠漲水模式，顯得“簡單易行”。但在進入外高橋沿岸碼頭水域后，為避讓沿外高橋沿岸航道下行的小型船舶，很容易會不知不覺將船位走到離碼頭較近，如果此時又逢落水流急，自然不敢太早與碼頭有交角，避免受落流影響與碼頭上的系泊船不清爽，只能將航向調(diào)至與碼頭走向一致，在停車淌航至泊位正橫前的過程中，重載集裝箱船極易發(fā)生船首向外偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在大潮汛急落水期間尤為顯著，有時采取首拖輪全速頂推仍無法克服這種偏轉(zhuǎn)。針對多起船舶偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象對比分析后發(fā)現(xiàn)，在不考慮風力影響的情況下，筆者推斷船舶此種偏轉(zhuǎn)是船舶受到了拖輪推力轉(zhuǎn)船力矩、水動力轉(zhuǎn)船力矩和岸壁效應共同作用引起的。

3.1拖輪推力轉(zhuǎn)船力矩的影響

船舶在淌航前行至泊位過程中，船舶轉(zhuǎn)心P在船中之前，船尾拖輪帶好后為了在急落流中控制船位，通常會倚靠在大船船尾，對大船施加一個推力，從而產(chǎn)生推力轉(zhuǎn)船力矩，因為該力臂（推力作用點距轉(zhuǎn)心的距離）較長，哪怕尾部拖輪只施很小的力，也可產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)船力矩，使船首有外偏趨勢（前部拖輪頂首因力臂短所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)頭力矩較小，作用有限），但此力矩在大船停車前可用舵力轉(zhuǎn)船力矩克服抵消。在泊位外檔，一旦停車，因為船速較低，舵效較差，不能克服船首外偏趨勢。所以在尾部拖輪貼上來帶纜時，提醒其靠上來要慢，如當時條件許可，應短時間開車，以維持良好的舵效，利用舵產(chǎn)生的轉(zhuǎn)船力矩克服此種不利偏轉(zhuǎn)，或者提前壓舵或使用船首側(cè)推加以抑制。當拖輪帶妥后，可要求尾部拖輪稍微放長纜繩，拖輪整體離開本船，盡量與本船并排航行，避免對本船姿態(tài)造成影響。

3.2水動力轉(zhuǎn)船力矩的影響

船舶在淌航前進的同時，還利用風壓、拖輪或者側(cè)推器等輔助設備接近并且靠上泊位，在這個過程中，船體在風、拖輪或者側(cè)推器的作用下，擁有對水的橫向速度，所以一直受到水動壓力的作用。根據(jù)橫向水動力估算公式：

F=1/2·ρCV2Ld

其中，ρ——水密度，標準海水1025kg/m3，淡水1000kg/m3 ;

C——橫向水動力系數(shù);

V——相對流速;

L——兩柱間長;

D——吃水。

上式中C值主要隨漂角β以及船體水下形狀和水深與吃水比h/d等因素的變化而變化，通過船模試驗數(shù)據(jù)得知，在淺水中，水深吃水比h/d越小，橫向水動力系數(shù)越大，尤其是當水深吃水比h/d小于1.5時，橫向水動力系數(shù)隨水深吃水比h/d的變化更為顯著。且此時船舶對水縱向速度等于對地速度和流速的矢量合成，靠泊時流越強，則對水速度越大，受到的水動壓力也越大，而此時水動力作用點在船中之前，故會產(chǎn)生一個使船首右轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)力矩。（船舶運動產(chǎn)生的縱向水動力可通過本船用車加以克服，不在本文考慮范圍）

3.3船舶橫向運動產(chǎn)生的繞流的推首作用

根據(jù)流體力學中的“機翼理論”，當流體以一定的速度流過物體，物體就會對水流產(chǎn)生分離作用，在物體兩側(cè)形成繞流。因為物體表面的阻力不同，或者形狀不同，水流會在前駐點被物體分離后以不同的速度流向后駐點匯合，從而在物體的兩側(cè)產(chǎn)生一個側(cè)向的壓力差。船舶在向碼頭貼攏的橫向運動，相當于船舶橫向劃過水體，船體對水體產(chǎn)生了分離作用，分別在船舶的首尾產(chǎn)生了繞流，如圖2所示，船首部的繞流在內(nèi)舷和落潮流方向相反，互相抵消，內(nèi)舷的流速減小，根據(jù)伯努利方程，流速慢，壓力大;繞流流過船首后與外舷的落潮流方向相同，互相疊加，外舷的流速增大，根據(jù)伯努利方程，流速快，壓力小。這樣船首部內(nèi)外兩舷的壓力差就產(chǎn)生了推船首向外的轉(zhuǎn)船力F1。而船尾部的繞流作用正好和船首相反，同理在船尾部內(nèi)外兩舷的壓力差就產(chǎn)生了推船尾向內(nèi)的轉(zhuǎn)船力F2，兩個力產(chǎn)生的力矩方向相同，都有使船首外偏趨勢。

3.4岸壁效應的影響

隨著船舶向碼頭的靠近，船舶與碼頭之間的距離越來越小，船體周圍的流態(tài)發(fā)生變化，靠近岸壁的一側(cè)水流加速、壓力降低，產(chǎn)生使船舶靠近碼頭岸邊的附加作用力，即岸吸力，同時還產(chǎn)生一個使船首外偏的岸推力矩，即所謂的“岸壁效應”，并且水深越淺（急落水時段外高橋碼頭水深吃水比H/d基本均小于1.5），岸壁效應越劇烈。

4安全對策及注意事項

通過前面的分析可知，幾種因素共同作用導致了船首向外偏轉(zhuǎn)和船尾攏向碼頭的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在大潮汛急落水期間尤為顯著，如果操作不當可能會出現(xiàn)船尾壓向碼頭，造成觸碰碼頭事故。所以重載集裝箱船在急落水期間靠泊外高橋碼頭應充分注意自身特性，采取以下安全對策：

（1）制定靠泊操縱計劃，做好準備工作。通過船舶資料獲知本船的操縱性能、載重狀態(tài)以及各種操縱設備的有效性，特別關注可連續(xù)啟動主機的次數(shù)。提前掌握港口、航道、碼頭的信息，泊位附近的風、流、水深的信息和泊位附近的船舶動態(tài)。了解泊位檔子是否滿足船長的120%，確保泊位前或后端有足夠的可操縱水域來保證用車舵的時間和空間。如實際泊位檔子富裕，可稍稍沖過N旗，以便利用流壓緩緩退靠，減少主機啟動次數(shù)，防止因調(diào)整前沖后縮而頻繁啟動主機造成主機啟動空氣不足。同時應備妥應急用錨，防止急落水時拖輪斷纜或作業(yè)效率下降，導致關鍵時候穩(wěn)不住大船。

（2）充分注意本輪重載船的操縱特性，慣性大，碼頭邊淺水效應明顯，當水深吃水比h/d≤1.5時，附加質(zhì)量和附加慣矩增加顯著，余速衰減慢，應及早停車淌航和及早帶妥協(xié)靠拖輪。通常應在靠泊前半小時帶好拖輪，并可在余速過快時巧妙利用拖輪倒拖，剎減余速，防止在泊位外檔需要倒車時間過長造成船首進一步外偏。同時要特別注意船尾拖輪對本船的負面影響。

（3）在急落流作用條件下船位宜開不宜攏，建議入泊橫距大于3倍船寬，特別還有吹攏風時，不要太早靠近碼頭一側(cè)進入泊位，以防船舶被壓向碼頭邊的系泊船。根據(jù)風、流情況控制好余速，過快或過慢均不利安全，通常接近泊位一倍船長時，對地余速應控制在2節(jié)以內(nèi)。重載集裝箱船在停車淌航前應提前調(diào)整好初始入泊角5～10°，充分利用外檔流壓來克服船首外偏趨勢，淌航過程中盡量避免用拖輪拖力或淌航舵力向外調(diào)整入泊角，以防止斜航漂角的產(chǎn)生。隨著橫距的縮小，應注意逐漸減小入泊角，此時可盡量采用進車用舵的方式向外調(diào)整入泊角，直至最后平行貼靠碼頭。嚴格控制重載集裝箱船觸靠碼頭的速度，一般不得超過10～15cm/s。

（4）急落流時，拖輪帶纜難度較高、危險較大，作為引航員應主動降低船速為拖輪順利帶纜創(chuàng)造有利條件。同時應注意急流對拖輪、側(cè)推器的效率發(fā)揮會產(chǎn)生較大的影響，拖輪為在急流中保持拖纜方向和自身船位，必導致其作用于大船的拖力減弱，從而影響靠泊安全。還要特別注意拖輪帶纜的位置，為了關鍵時候能發(fā)揮最大的功效，獲得最大的轉(zhuǎn)船力矩，拖纜應帶在盡可能接近船首和船尾處。入泊必須在帶妥拖輪后進行，切忌拖輪未到位或邊帶拖輪邊入泊。

（5）如果發(fā)生船首外偏力矩大于船首拖輪頂推力矩，無法克服船首外偏的局面，應立即讓船尾拖輪蕩開外拉，因為此時大船的轉(zhuǎn)心位置在船中之前，船首拖輪力臂短，推力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)船力矩小，使大船轉(zhuǎn)頭效果差，橫移靠攏速度增加明顯，相反船尾拖輪力臂長，拖力轉(zhuǎn)船力矩大，能迅速糾正船舶外偏，重新保持正向入泊角，并減緩橫向入泊速度。

5結語

重載集裝箱船在急落水時段靠泊外高橋碼頭除了注意本船的操縱難點和風、流對本船的影響外，還應針對這種船首外偏現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，采取相應的對策，揚長避短，充分利用集裝箱船良好的操縱特性和動力特性，實現(xiàn)平穩(wěn)安全靠泊。

參考文獻：

[1]周弘文勞模工作室.上海港引航操縱匯編[Z].

[2]洪碧光.船舶操縱[M].大連：大連海事大學出版社，2008.

[3]佟曉冬.大型集裝箱船靠泊舷選擇的研究[J].中國水運（下半月），2009，9（07）：8-9.

[4]景長衛(wèi). 東營港萬通碼頭18號泊位漲潮流影響分析及靠泊安全對策[A]. 中國引航協(xié)會、中國航海學會引航專業(yè)委員會.中國引航論文集 2017[C].上海浦江教育出版社有限公司，2018：5.