馬跡山港區(qū)雙泊位超大型船舶組合靠泊方案

郝慶龍，忻永恩，張杰

【摘 要】 為提高馬跡山港區(qū)卸船泊位的有效利用率，采用理論分析與數(shù)值仿真計(jì)算相結(jié)合的方法，分析馬跡山港區(qū)1號(hào)卸船泊位、2號(hào)卸船泊位20萬(wàn)～35萬(wàn)噸級(jí)超大型礦石船組合靠泊模式的特點(diǎn)，總結(jié)得到20萬(wàn)～35萬(wàn)噸級(jí)船舶組合靠泊方案，并給出不同船型組合靠泊的臨界控制條件，為馬跡山港區(qū)超大型船舶的系泊安全提供技術(shù)支持。

【關(guān)鍵詞】 馬跡山港區(qū);超大型船舶;組合靠泊;卸船泊位

0 引 言

馬跡山港是寶山鋼鐵股份有限公司投資興建的深水中轉(zhuǎn)港，是我國(guó)近海最大的海島型開(kāi)敞式港口。作為寶鋼鋼鐵股份有限公司進(jìn)口礦石原料的中轉(zhuǎn)站，馬跡山港區(qū)為保障公司生產(chǎn)的穩(wěn)定和降低進(jìn)口鐵礦石的運(yùn)輸成本發(fā)揮著重要作用。為適應(yīng)船舶大型化發(fā)展，公司對(duì)馬跡山港區(qū)碼頭進(jìn)行了升級(jí)改造，雙泊位總長(zhǎng)度達(dá)到規(guī)范要求。但是，超大型船舶纜繩數(shù)量多，受泊位系船柱數(shù)量和碼頭管理經(jīng)驗(yàn)等諸多因素的影響，雙泊位難以供2艘最大設(shè)計(jì)船型船舶同時(shí)靠泊。單泊位運(yùn)行方式限制了雙泊位運(yùn)行模式的正常運(yùn)行，大大降低了馬跡山港區(qū)卸船泊位的有效利用率，增加了船舶高昂的滯期費(fèi)。

針對(duì)以上問(wèn)題，筆者對(duì)馬跡山港區(qū)1號(hào)卸船泊位與2號(hào)卸船泊位雙泊位不同船型船舶組合靠泊模式進(jìn)行研究，運(yùn)用OPTIMOOR系泊力分析軟件計(jì)算并確定20萬(wàn)～35萬(wàn)噸級(jí)不同船型船舶的組合系泊方案及其安全控制條件。本研究對(duì)于確保馬跡山港區(qū)卸船泊位的船舶系泊安全，形成科學(xué)的、常態(tài)化的大型船舶組合靠泊作業(yè)方案，提高碼頭運(yùn)行和生產(chǎn)效率，具有重要意義。

1 泊位概況

馬跡山港區(qū)1號(hào)卸船泊位和2號(hào)卸船泊位原建設(shè)規(guī)模分別為1個(gè)25萬(wàn)噸級(jí)礦石船泊位和1個(gè)30萬(wàn)噸級(jí)礦石船泊位。經(jīng)對(duì)碼頭的升級(jí)改造，1號(hào)卸船泊位靠泊等級(jí)提高至30萬(wàn)噸級(jí)，2號(hào)卸船泊位靠泊等級(jí)提高至35萬(wàn)噸級(jí)。

1號(hào)卸船泊位總長(zhǎng)456 m、寬37 m，整體采用高樁梁板式結(jié)構(gòu);2號(hào)卸船泊位位于1號(hào)卸船泊位東側(cè)延伸段，泊位總長(zhǎng)431 m，包括碼頭平臺(tái)和東側(cè)1個(gè)系纜墩平臺(tái)。兩泊位平面布置見(jiàn)圖1。兩泊位主要設(shè)計(jì)尺度和配備的系靠船設(shè)施見(jiàn)表1，其中，1號(hào)卸船泊位最東端設(shè)有3組 kN 2雙柱系船柱，其他系船柱均為單柱。

2 雙泊位靠泊船舶船型概況

2.1 船型尺度

根據(jù)馬跡山港區(qū)卸船碼頭建設(shè)批復(fù)等級(jí)，1號(hào)卸船泊位靠泊等級(jí)為30萬(wàn)噸級(jí)，主要靠泊20萬(wàn)～30萬(wàn)噸級(jí)超大型礦石船;2號(hào)卸船泊位靠泊等級(jí)為35萬(wàn)噸級(jí)，主要靠泊20萬(wàn)～35萬(wàn)噸級(jí)超大型礦石船。1號(hào)卸船泊位和2號(hào)卸船泊位的靠泊船舶船型尺度見(jiàn)表2。

2.2 系泊纜繩配備

馬跡山港區(qū)卸船碼頭主要靠泊船型船舶纜繩配備情況見(jiàn)表3。

為保證船舶系泊安全，當(dāng)超大型船舶系靠卸船泊位時(shí)，碼頭方需為其增加系泊絞車(chē)及系泊纜繩，1號(hào)卸船泊位配備系泊絞車(chē)6臺(tái)，2號(hào)卸船泊位配備系泊絞車(chē)8臺(tái)。系泊絞車(chē)配套纜繩均為直徑96 mm的丙綸長(zhǎng)絲纜繩，最小破斷力均為 kN。根據(jù)碼頭現(xiàn)場(chǎng)操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的不同等級(jí)的超大型船舶系泊型式見(jiàn)表4。

3 理論分析

根據(jù)1號(hào)卸船泊位和2號(hào)卸船泊位的泊位長(zhǎng)度及配備的系船設(shè)施分布，2號(hào)卸船泊位的系船柱和絞纜機(jī)數(shù)量不能完全滿足超大型船舶的帶纜數(shù)量（根據(jù)碼頭操作經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)系泊纜繩數(shù)量較多時(shí)，通?？紤]適當(dāng)增加系泊長(zhǎng)度，盡量避免3根以上纜繩同時(shí)系到同一系船柱）。

受2號(hào)卸船泊位長(zhǎng)度的限制，當(dāng)采用雙泊位不同船型組合靠泊模式時(shí)，可根據(jù)碼頭系船柱的分布情況，通過(guò)增加2號(hào)卸船泊位系泊船的系泊纜繩長(zhǎng)度來(lái)借助1號(hào)卸船泊位的部分系船柱。考慮到1號(hào)卸船泊位東側(cè)設(shè)置有A、B、C 3組雙柱系船柱，3組雙柱系船柱中每組的東側(cè)單柱可用于2號(hào)卸船泊位的船舶系泊;西側(cè)單柱可用于1號(hào)卸船泊位的船舶系泊（見(jiàn)圖2）。雙泊位不同船型組合靠泊雙柱系船柱帶纜型式見(jiàn)圖3。

在雙泊位不同船型船舶組合靠泊情況下，根據(jù)船舶所需要的系船柱數(shù)量，得到不同船型船舶組合條件下的雙柱系船柱方案（見(jiàn)表5）。

根據(jù)表5，采用A、B、C 3組雙柱系船柱方案既能保證1號(hào)卸船泊位的系泊長(zhǎng)度，也可以有效解決2號(hào)卸船泊位系船柱數(shù)量不足的問(wèn)題。在不同船型船舶組合靠泊模式下，A、B、C等3組雙柱系船柱的常態(tài)化方案見(jiàn)表6。

根據(jù)表6可知，一旦采取的措施不當(dāng)，30萬(wàn)噸級(jí)+ 25萬(wàn)噸級(jí)、25萬(wàn)噸級(jí)+ 30萬(wàn)噸級(jí)、30萬(wàn)噸級(jí)+ 30萬(wàn)噸級(jí)、25萬(wàn)噸級(jí)+ 35萬(wàn)噸級(jí)、30萬(wàn)噸級(jí)+ 35萬(wàn)噸級(jí)等不同船型船舶組合靠泊模式的5組雙柱系船柱方案會(huì)出現(xiàn)中間段纜繩交叉現(xiàn)象。由于纜繩交叉可能導(dǎo)致纜繩間相互接觸產(chǎn)生摩擦，不利于系泊安全;因此，在制訂不同船型船舶組合靠泊方案時(shí)，可通過(guò)合理控制船舶靠泊時(shí)的吃水，以防止纜繩的接觸摩擦。

4 數(shù)值仿真計(jì)算

4.1 數(shù)值仿真方案設(shè)計(jì)

數(shù)值仿真計(jì)算采用OPTIMOOR系泊力計(jì)算軟件進(jìn)行。該軟件通過(guò)構(gòu)建數(shù)值仿真模型，輸入仿真條件以計(jì)算仿真結(jié)果。根據(jù)碼頭區(qū)域的氣象水文統(tǒng)計(jì)資料，考慮到風(fēng)、流、浪的聯(lián)合作用，不同船型船舶組合靠泊的數(shù)值仿真計(jì)算方案按較不利的環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，其中：風(fēng)向和風(fēng)速按照馬跡山港區(qū)常、強(qiáng)（次常、強(qiáng)）風(fēng)向8級(jí)風(fēng)考慮（風(fēng)速取37 kn）;流向和流速分別選取大潮漲、落潮的急流時(shí)刻設(shè)置，波浪主要考慮1.2～1.6 m的有效波高。另外，在仿真計(jì)算時(shí)，對(duì)不同船舶的載態(tài)（半載、重載）也予以了考慮。

4.2 數(shù)值仿真結(jié)果

根據(jù)系泊仿真計(jì)算方案，仿真計(jì)算共進(jìn)行56次，成功55次（包括具有一定風(fēng)險(xiǎn)但風(fēng)險(xiǎn)可控的仿真計(jì)算1次），失敗1次。

就數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果而言，馬跡山港區(qū)卸船碼頭系泊安全的關(guān)鍵性控制因素為潮流流速，尤其是在大潮汛情況下，2號(hào)卸船泊位東側(cè)漲潮流壓較大角度的開(kāi)流，且流速較大，對(duì)2號(hào)卸船泊位大型船舶的系泊安全產(chǎn)生較大影響;盡管1號(hào)卸船泊位在大潮汛落潮時(shí)也壓較大角度的開(kāi)流，但流速不大，潮流對(duì)船舶系泊的安全影響可控。在風(fēng)和波浪方面，由于卸船碼頭設(shè)計(jì)合理、系泊設(shè)施充足，且根據(jù)多年觀測(cè)成果，在8級(jí)風(fēng)條件下的有效波高極少出現(xiàn)超過(guò)1.2 m的情況，因而風(fēng)和涌浪對(duì)船舶安全系泊的影響不大。值得注意的是，仿真計(jì)算中所有的風(fēng)險(xiǎn)均出現(xiàn)在重載條件下的系泊船舶，也從另一個(gè)方面反映了流速對(duì)卸船碼頭系泊船舶有著主導(dǎo)性影響。

30萬(wàn)噸級(jí)船舶和35萬(wàn)噸級(jí)船舶在重載、大潮汛漲急流、吹開(kāi)風(fēng)條件下系泊2號(hào)卸船泊位時(shí)均存在一定程度的系泊風(fēng)險(xiǎn)，35萬(wàn)噸級(jí)船舶必須采取適當(dāng)而有效的安全系泊措施，30萬(wàn)噸級(jí)船舶系泊也具有一定風(fēng)險(xiǎn)，但風(fēng)險(xiǎn)可控。

大功率拖船在急流時(shí)段頂推作業(yè)，是確保超大型船舶系泊安全的有效措施。 馬跡山港區(qū)2號(hào)卸船泊位的靠泊實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是：當(dāng)大潮汛到來(lái)時(shí)，30萬(wàn)噸級(jí)以上重載船舶需配備至少2艘拖船在其舷側(cè)值守（圖4），且拖船在偏開(kāi)流形成后應(yīng)進(jìn)行輔助頂推作業(yè)，以確保大型船舶的系泊作業(yè)安全。對(duì)30萬(wàn)噸級(jí)船舶和35萬(wàn)噸級(jí)船舶在重載、大潮汛漲急流、吹開(kāi)風(fēng)條件下系泊2號(hào)卸船泊位時(shí)使用拖船頂推的數(shù)值仿真進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為“成功”。補(bǔ)充計(jì)算證明，在拖船（2艘大功率拖船或3艘小功率拖船）協(xié)助下，30萬(wàn)～35萬(wàn)噸級(jí)船舶在重載、大潮汛漲急流、吹開(kāi)風(fēng)條件（8級(jí)風(fēng)及以下）下均可安全系泊2號(hào)卸船泊位。

5 實(shí)際應(yīng)用

5.1 雙泊位不同船型船舶組合靠泊方案

根據(jù)馬跡山港區(qū)1號(hào)卸船泊位和2號(hào)卸船泊位系泊船型的系泊條件和仿真計(jì)算結(jié)果判斷，除在大潮汛漲急流期間30萬(wàn)～35萬(wàn)噸級(jí)重載船舶系泊2號(hào)卸船泊位有一定風(fēng)險(xiǎn)外，其他情況下船舶按推薦的系泊方案均可以較好地保障其在碼頭靠泊期間的系泊安全。盡管30萬(wàn)～35萬(wàn)噸級(jí)重載船舶可通過(guò)拖船協(xié)助的方式滿足大潮汛條件下的系泊安全要求，但考慮到組合靠泊經(jīng)驗(yàn)不足，建議近期僅考慮在中、小潮汛條件下2號(hào)卸船泊位安排2艘拖船全程值守保駕，1號(hào)卸船泊位安排2艘拖船值守保駕船舶至半載狀態(tài)。

為避免纜繩接觸摩擦，不得安排兩艘重載船舶在同一落水過(guò)程中靠泊，在先靠泊船舶卸載達(dá)到半載吃水后，再考慮安排下一艘船舶在落水時(shí)刻靠泊。具體方案如下：（1）20萬(wàn)噸級(jí)+ 20萬(wàn)噸級(jí)、20萬(wàn)噸級(jí)+ 25萬(wàn)噸級(jí)、20萬(wàn)噸級(jí)+ 30萬(wàn)噸級(jí)、20萬(wàn)噸級(jí)+ 35萬(wàn)噸級(jí)、25萬(wàn)噸級(jí)+ 25萬(wàn)噸級(jí)，定義為組合靠泊的“推薦模式”;（2）25萬(wàn)噸級(jí)+ 30萬(wàn)噸級(jí)、30萬(wàn)噸級(jí)+ 30萬(wàn)噸級(jí)、25萬(wàn)噸級(jí)+ 35萬(wàn)噸級(jí)、30萬(wàn)噸級(jí)（重載）+ 35萬(wàn)噸級(jí)（半載），定義為組合靠泊的“常規(guī)模式”，該模式因中間段可能產(chǎn)生交叉帶纜情況，應(yīng)采取適當(dāng)措施避免纜繩之間接觸摩擦;（3）30萬(wàn)噸級(jí)（半載）+ 35萬(wàn)噸級(jí)（重載）的組合靠泊模式，由于在大潮汛條件下存在未知風(fēng)險(xiǎn)，因而定義為“極限模式”，在大潮汛條件下不考慮組合靠泊。

馬跡山港區(qū)1號(hào)卸船泊位與2號(hào)卸船泊位20萬(wàn)～35萬(wàn)噸級(jí)船舶組合靠泊方案見(jiàn)表7。

5.2 不同靠泊模式的臨界控制條件

（1）推薦模式與常規(guī)模式的臨界控制條件

港區(qū)氣象預(yù)報(bào)偏南風(fēng)、東北風(fēng)風(fēng)力6～7級(jí)，陣風(fēng)8級(jí);或偏東風(fēng)、東南風(fēng)風(fēng)力6級(jí)，陣風(fēng)7級(jí);波浪高h(yuǎn)≤1.5 m，并無(wú)繼續(xù)增強(qiáng)趨勢(shì)。

港區(qū)氣象預(yù)報(bào)北風(fēng)、西北風(fēng)7級(jí)，陣風(fēng)8～9級(jí)，有下降趨勢(shì)，波浪高h(yuǎn)≤1.5 m。

（2）極限模式的臨界控制條件

港區(qū)氣象預(yù)報(bào)偏南風(fēng)、東北風(fēng)風(fēng)力5～6級(jí)，陣風(fēng)7級(jí);或偏東風(fēng)、東南風(fēng)風(fēng)力6級(jí);波浪高h(yuǎn)≤1.2 m，并無(wú)繼續(xù)增強(qiáng)趨勢(shì)。

港區(qū)氣象預(yù)報(bào)北風(fēng)、西北風(fēng)6級(jí)，陣風(fēng)7～8級(jí)，有下降趨勢(shì)，波浪高h(yuǎn)≤1.2 m。

大潮汛期間不安排極限模式組合靠泊。

6 結(jié) 語(yǔ)

從總體上看，馬跡山港區(qū)卸船碼頭工程設(shè)計(jì)合理，在常規(guī)氣象水文條件下不存在較大的系泊安全隱患。對(duì)20萬(wàn)～35萬(wàn)噸級(jí)大型船舶系泊安全造成影響的關(guān)鍵因素為潮流流速，尤其是在大潮汛漲急流時(shí)段35萬(wàn)噸級(jí)重載船舶系泊2號(hào)卸船泊位存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。

在船舶靠泊前，應(yīng)及時(shí)接收必要的專(zhuān)業(yè)氣象預(yù)報(bào)或氣象預(yù)警信息，按照推薦的系泊方案編制系泊計(jì)劃，并在氣象和水文條件持續(xù)變差前合理強(qiáng)化系泊型式方案，保證船舶安全。當(dāng)碼頭方或船方對(duì)當(dāng)前穩(wěn)泊狀況有任何疑慮時(shí)，應(yīng)立即根據(jù)現(xiàn)有的系泊方案和風(fēng)浪等級(jí)進(jìn)行系泊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，同時(shí)對(duì)系泊方案進(jìn)行合理的強(qiáng)化（包括但不限于增加纜繩數(shù)量、加強(qiáng)人員值班、申請(qǐng)拖船值守等），必要時(shí)果斷離泊。