世界首座超大型智能海上漁場(chǎng)的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸方案

王陽(yáng)剛

摘? ? 要：世界首座超大型智能海上漁場(chǎng)“海洋漁場(chǎng)1號(hào)”建成后需要從青島運(yùn)抵15500 nmile外的挪威，設(shè)計(jì)的運(yùn)輸海況為4m有義波高。如何在這么長(zhǎng)的航程內(nèi)確保運(yùn)輸安全是一項(xiàng)前所未有的挑戰(zhàn)。本文參考“DNV-OS-H101”規(guī)范的相關(guān)要求，闡明了如何解決船舶在作業(yè)海況受限的情況下保持長(zhǎng)距離安全航行的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：半潛船;三文魚(yú)養(yǎng)殖場(chǎng);遠(yuǎn)洋運(yùn)輸

中圖分類(lèi)號(hào)：U676.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Ocean Transportation of the Worlds First

Ultra-large Intelligent Sea Fishery

WANG Yanggang

（ Guangzhou Salvage， Guangzhou 510260 ）

Abstract： The worlds first ultra-large intelligent sea fishery needs to be transited to Norway 15 500 n mile far away from Qingdao， the designed sailing limitation is only Hs=4m， it would be a great challenge to always keep the vessel sailing without exceeding the limitation on such a long voyage. This Paper explains how to realize the long-distance safe transportation considering the limitations of design sailing sea state as per the requirements of “DNV-OS-H101”.

Key words： Semi-submersible vessel; Salmon farm; Ocean transportation

1? ? ?前言

三文魚(yú)養(yǎng)殖業(yè)是挪威漁業(yè)養(yǎng)殖的支柱產(chǎn)業(yè)。以往的近海養(yǎng)殖存在著魚(yú)病多發(fā)和拓展空間有限等不利因素，因此遠(yuǎn)海養(yǎng)殖技術(shù)成為近年來(lái)熱議的話題?！昂Ｑ鬂O場(chǎng)1號(hào)”是世界首座半潛式智能海上漁場(chǎng)，業(yè)主為挪威薩爾瑪集團(tuán)，由武船重工總承包建造。2017年6月，“海洋漁場(chǎng)1號(hào)”在青島武船重工順利建成。如何將這一海上巨無(wú)霸安全的從青島運(yùn)抵15 500 n mile外的挪威交付給客戶，是承運(yùn)方所面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

“海洋漁場(chǎng)1號(hào)”直徑110 m、高50.8 m，運(yùn)輸期間只能跨坐在運(yùn)輸半潛船上，兩邊外飄40 m，外飄浮筒底部距海面高度6 m，運(yùn)輸過(guò)程中較易發(fā)生踏水現(xiàn)象，且漁場(chǎng)內(nèi)部各處設(shè)備及結(jié)構(gòu)所在位置對(duì)加速度的大小有著極為嚴(yán)格的限制，經(jīng)計(jì)算確認(rèn)半潛船允許的航行海況需要嚴(yán)格控制在4 m有義波高范圍內(nèi)。從青島至挪威整個(gè)航行時(shí)間達(dá)兩個(gè)多月，沿途海況復(fù)雜多變，如何在整個(gè)航程中合理規(guī)劃，避免超設(shè)計(jì)海況航行是本文討論的重點(diǎn)。

2? ?“DNV-OS-H101”規(guī)范介紹

漁場(chǎng)運(yùn)輸項(xiàng)目所選的MWS（保險(xiǎn)公司委托的第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)）為DNV.GL，由于漁場(chǎng)這一特殊結(jié)構(gòu)物的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸為世界首例，因此MWS要求運(yùn)輸方案的制定必須滿足“DNV-OS-H101”規(guī)范的要求。下面對(duì)該規(guī)范涉及的一些概念做簡(jiǎn)單的介紹。

2.1? ? 基本概念

TR = TPOP + TC? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

TPOP = Tsafe+TWF? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

OPWF = a x OPLIM? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中：

TR —海上作業(yè)周期。不能超過(guò)氣象預(yù)報(bào)的時(shí)長(zhǎng)。TR <96 h;

TPOP —根據(jù)作業(yè)計(jì)劃或經(jīng)驗(yàn)估算的具體作業(yè)時(shí)間。TPOP? <72 h;

TC —因?yàn)椴豢深A(yù)計(jì)的因素造成的作業(yè)延誤。通常TC? ?= 1/2 TPOP? ;

Tsafe—安全作業(yè)時(shí)間。指抵達(dá)避風(fēng)港的時(shí)間;

TWF —天氣預(yù)報(bào)的時(shí)間間隔。航程中氣象預(yù)報(bào)時(shí)間間隔為6 h;

OPLIM —設(shè)計(jì)海況。限制為4 m的有義波高;

a —?dú)庀笳蹨p系數(shù)。與預(yù)報(bào)時(shí)長(zhǎng)及設(shè)計(jì)海況有關(guān);

OPWF—許用海況。是能否進(jìn)行作業(yè)的直接判斷依據(jù)。

2.2? ?氣象折減系數(shù)a

按照目前氣象預(yù)報(bào)的精度，72小時(shí)內(nèi)的預(yù)報(bào)相對(duì)來(lái)講可信度較高，且預(yù)報(bào)的可信度會(huì)隨預(yù)報(bào)時(shí)間的后推而降低，因此規(guī)范引入了氣象折減系數(shù)a，并對(duì)該系數(shù)的選取作了規(guī)定。

漁場(chǎng)的設(shè)計(jì)海況是4 m有義波高，但要乘以系數(shù)a。氣象折減系數(shù)的引入，使得適宜漁場(chǎng)運(yùn)輸作業(yè)的天氣窗口變窄，極大的增加了運(yùn)輸作業(yè)的難度。

2.3? ? 作業(yè)類(lèi)別判斷

“DNV-OS-H101”對(duì)所有海上作業(yè)的定性，分為受限作業(yè)及非受限作業(yè)兩類(lèi)，兩者的區(qū)別主要在于設(shè)計(jì)海況的選取不同：非受限作業(yè)是依據(jù)海區(qū)波浪統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)海況，而受限作業(yè)是人為的選取某一限定值作為設(shè)計(jì)海況。通常情況下非受限作業(yè)選定的設(shè)計(jì)海況要比受限作業(yè)選定的設(shè)計(jì)海況高;作業(yè)類(lèi)別的定性又是根據(jù)TR 及TPOP 來(lái)確定的。只有滿足TR <96 h且TPOP? <72 h的海工作業(yè)，才可以被定性為受限作業(yè)。

漁場(chǎng)的海上運(yùn)輸時(shí)間長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)多月，按照正常運(yùn)輸考慮應(yīng)當(dāng)將運(yùn)輸作業(yè)定義為非受限作業(yè)，設(shè)計(jì)海況參照波浪統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，波高將達(dá)到11 m，但前面提到漁場(chǎng)受加速度的限制，只能在4 m浪高下運(yùn)輸。因此，漁場(chǎng)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)奶厥庵幵谟谝婚_(kāi)始就確定了海運(yùn)作業(yè)為受限作業(yè)，然后反過(guò)來(lái)限制作業(yè)過(guò)程中的TR 及TPOP ，這是以往很少碰到的情況。

2.4? ?運(yùn)輸作業(yè)邊界條件

為了滿足規(guī)范對(duì)TR及TPOP 的要求，可行的辦法是將整個(gè)航段細(xì)分為無(wú)數(shù)小航段，每個(gè)小航段的運(yùn)輸時(shí)長(zhǎng)均滿足TR及TPOP 的要求。實(shí)際操作中，通過(guò)在沿途選擇大量的避風(fēng)點(diǎn)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)航段化整為零的目的。

在進(jìn)行避風(fēng)點(diǎn)選取時(shí)，作如下考慮：受限于TR及TPOP 的大小，所以相鄰兩個(gè)避風(fēng)點(diǎn)的航程有一定的限制，理論上A和B兩個(gè)相鄰的避風(fēng)點(diǎn)航程小于V· Tsafe肯定能滿足要求;但航線的化整為零絕非簡(jiǎn)單的避風(fēng)點(diǎn)到避風(fēng)點(diǎn)之間的航行，只要能滿足船舶在規(guī)劃的航線上任意一點(diǎn)抵達(dá)避風(fēng)港的航程小于V· Tsafe即能滿足規(guī)范要求，這樣相鄰兩個(gè)避風(fēng)點(diǎn)的航程最大不超過(guò)2V· Tsafe即可，這樣就極大的提高了實(shí)際作業(yè)的可操作性，使得避風(fēng)點(diǎn)的數(shù)量比點(diǎn)到點(diǎn)之間的航行降低了一半。

漁場(chǎng)運(yùn)輸設(shè)計(jì)海況為4 m有義波高，作業(yè)被定性為受限作業(yè)，漁場(chǎng)運(yùn)輸期間要滿足TR = TPOP + TC <96 h，且TPOP? <72 h。已知TC? ?= 1/2 TPOP ，TWF 按氣象預(yù)報(bào)的時(shí)間間隔取6 h，因此允許的安全航行時(shí)間Tsafe = TR -TC - TWF =58 h。

因此，漁場(chǎng)的運(yùn)輸作業(yè)必須滿足如下條件：

（1）航路上任何一點(diǎn)能在58小時(shí)內(nèi)安全的抵達(dá)避風(fēng)港;

（2）考慮天氣預(yù)報(bào)的不確定性，航路上海況的預(yù)報(bào)值不能超過(guò)OPWF = a x OPLIM 。

3? ? 航行作業(yè)的實(shí)施

3.1? ?避風(fēng)點(diǎn)的選取

青島至挪威航程15 500 n mile，整個(gè)航程共選取了49個(gè)避風(fēng)點(diǎn)，以滿足規(guī)范對(duì)TR及TPOP 的要求，并在運(yùn)輸方案里對(duì)每一個(gè)避風(fēng)點(diǎn)的避風(fēng)能力及注意事項(xiàng)作了充分的研究。

由運(yùn)輸作業(yè)邊界條件可知，避風(fēng)點(diǎn)同航線的相對(duì)關(guān)系如下：在海圖上以每一個(gè)避風(fēng)點(diǎn)為圓心、以58小時(shí)乘以預(yù)估航速為半徑畫(huà)圓，相鄰避風(fēng)點(diǎn)所畫(huà)的圓必有一重疊區(qū)域，所規(guī)劃的航線必須經(jīng)過(guò)所有重疊區(qū)域。以途徑印度洋這一航段為例，航路上所選取的避風(fēng)點(diǎn)及航線的相對(duì)關(guān)系，如圖3所示。

受限于避風(fēng)點(diǎn)的選取，在規(guī)劃經(jīng)過(guò)印度洋的航線時(shí)，半潛船只能走馬達(dá)加斯加北面，不能按照馬達(dá)加斯加南面直插好望角的最短航線進(jìn)行規(guī)劃，因?yàn)槟厦娴暮骄€沿途完全沒(méi)有可用的避風(fēng)點(diǎn)。

3.2? ?避風(fēng)條件的判斷

漁場(chǎng)運(yùn)輸作業(yè)另外一個(gè)需要解決的問(wèn)題是判斷何時(shí)進(jìn)行避風(fēng)，即在收到氣象預(yù)報(bào)后是繼續(xù)按航線航行還是立刻前往避風(fēng)點(diǎn)。作出這一判斷的關(guān)鍵，在于預(yù)判半潛船在接收下一個(gè)氣象預(yù)報(bào)時(shí)所在的位置是否安全：

（1）假定半潛船在位置A收到氣象預(yù)報(bào)，經(jīng)過(guò)評(píng)估從位置A抵達(dá)最近避風(fēng)點(diǎn)航路上的海況都在限定值范圍內(nèi)，則可以判斷位置A是安全的，半潛船可繼續(xù)航行;

（2）但氣象預(yù)報(bào)是存在時(shí)間間隔的，若過(guò)了TWF后，收到第二次氣象預(yù)報(bào)時(shí)半潛船抵達(dá)位置B，在位置B再次進(jìn)行判斷，有可能會(huì)發(fā)現(xiàn)位置B前往避風(fēng)點(diǎn)的航路上海況超過(guò)了限定值，且航路上的氣象預(yù)報(bào)亦不是很樂(lè)觀，此時(shí)半潛船將面臨進(jìn)退兩難的情況。為了避免出現(xiàn)這種危險(xiǎn)情況，需要在位置A收到第一次氣象預(yù)報(bào)時(shí)預(yù)判位置B的安全性，具體做法是：在位置A根據(jù)船速預(yù)判TWF后抵達(dá)位置B，評(píng)估位置B前往最近避風(fēng)點(diǎn)的沿途天氣預(yù)報(bào)是否超出設(shè)計(jì)海況，若位置B安全則繼續(xù)航行，反之則在位置A時(shí)立刻前往避風(fēng)點(diǎn);

（3）還有一種情況是：位置B前往避風(fēng)點(diǎn)的沿途是安全的，但設(shè)計(jì)航線前方的海況不是很樂(lè)觀，此時(shí)船長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)視天氣情況選擇減速，而不能立即前往避風(fēng)點(diǎn)避風(fēng)，只有確認(rèn)TWF后位置B不再安全才能即刻前往避風(fēng)。

（4）若半潛船已經(jīng)在避風(fēng)點(diǎn)進(jìn)行避風(fēng)，每次收到氣象預(yù)報(bào)后都應(yīng)當(dāng)考慮若現(xiàn)在開(kāi)航，在經(jīng)過(guò)TWF的航行時(shí)間后抵達(dá)位置B，預(yù)判該位置是否安全，若安全則即可開(kāi)航，若危險(xiǎn)則繼續(xù)等待。

（5）在收到氣象預(yù)報(bào)后，首先要關(guān)注半潛船前往避風(fēng)點(diǎn)航路上的海況，再關(guān)注半潛船設(shè)計(jì)航線上的海況。這體現(xiàn)了漁場(chǎng)運(yùn)輸作業(yè)的一個(gè)特點(diǎn)，即在確保漁場(chǎng)每時(shí)每刻都能安全抵達(dá)避風(fēng)點(diǎn)的前提下，再考慮按設(shè)計(jì)航線正常航行。

3.3? ?實(shí)施注意事項(xiàng)

半潛船的位置是時(shí)刻變化的，所面臨的海況也是隨時(shí)間和空間位置變化的，氣象折減系數(shù)的引入，以及氣象預(yù)報(bào)的限定值也是隨時(shí)間變化的。

半潛船在位置A收到氣象預(yù)報(bào)后，應(yīng)當(dāng)根據(jù)預(yù)估航速，先確定經(jīng)過(guò)TWF的航行后抵達(dá)位置B，再判斷位置B前往避風(fēng)點(diǎn)沿途上的海況是否滿足規(guī)范要求。

由于航路上的氣象預(yù)報(bào)值同限定值都是時(shí)間的變量，在實(shí)際操作中只能借助專業(yè)的氣象軟件，模擬船舶在任意航線上航行時(shí)的位置，并提供該位置的氣象預(yù)報(bào)。

另外，按照規(guī)范要求，必須提供兩個(gè)有獨(dú)立數(shù)據(jù)來(lái)源的氣息預(yù)報(bào)進(jìn)行判斷。為滿足這一要求，半潛船上同時(shí)安裝了Bridge及SPOS兩套氣象軟件，兩套軟件均可實(shí)現(xiàn)海區(qū)氣象預(yù)報(bào)及模擬船位的功能。

3.4? ?實(shí)施效果

漁場(chǎng)的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸方案及航行計(jì)劃參照DNV規(guī)范的要求編制，并獲得MWS的認(rèn)可。漁場(chǎng)的運(yùn)輸作業(yè)，嚴(yán)格按照運(yùn)輸方案及航行計(jì)劃的要求進(jìn)行操作。整個(gè)運(yùn)輸作業(yè)歷時(shí)兩個(gè)多月，中途只在好望角避風(fēng)港作了7天的避風(fēng)，創(chuàng)造性的將DNV規(guī)范應(yīng)用在航行海況的控制與管理上，在設(shè)計(jì)海況有限的情況下，安全實(shí)現(xiàn)了世界首個(gè)智能漁場(chǎng)的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸。

4? ? 結(jié)束語(yǔ)

“DNV-OS-H101”規(guī)范對(duì)于海工作業(yè)具有普遍的指導(dǎo)意義。但以往大多應(yīng)用在作業(yè)位置相對(duì)固定的海上作業(yè)，氣象預(yù)報(bào)只需要進(jìn)行定點(diǎn)預(yù)報(bào)，可操作性較強(qiáng)。但將該規(guī)范應(yīng)用在半潛船的航行作業(yè)上實(shí)屬罕見(jiàn)，且在操作上有許多值得注意的地方：一是需要根據(jù)TR及Tpop的要求確定Tsafe，根據(jù)航速確定避風(fēng)港的選擇半徑;二是在航行時(shí)首先考慮的是船舶在任意時(shí)刻能否安全抵達(dá)避風(fēng)港，其次再考慮按航線正常航行。

當(dāng)半潛船的航速越快時(shí)，其抵達(dá)避風(fēng)港的時(shí)間越短，氣象折減系數(shù)a的取值也越大，航行海況的限定值也會(huì)提高，降低了半潛船進(jìn)行頻繁避風(fēng)的幾率;此外，當(dāng)氣象預(yù)報(bào)的頻率提高后，TWF的減小使得Tsafe變大，相鄰避風(fēng)點(diǎn)的間距也會(huì)拉大，這意味著同樣的航線只需選擇較少的避風(fēng)點(diǎn)就能滿足規(guī)范的要求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] Det Norske Veritas AS. DNV-OS-H101 Marine Operations， Genal. October??2011.

[2] 蘇晨.半潛船運(yùn)輸特重大件貨物安全控制研究[J].大連海事大學(xué).2012.

[3] 孫祖杰.船舶安全航行風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施[J].船舶物資與市場(chǎng).2020.