從旋回進(jìn)距角度分析 “東方德班”輪碰撞事故

齊建偉

摘? 要：集裝箱船舶逐步大型化的發(fā)展速度之快在不斷挑戰(zhàn)全球范圍內(nèi)的許多碼頭、狹水道、航道等水域的上限，300 m以上的超大型集裝箱船舶滿足了IMO等相關(guān)組織的操縱性衡準(zhǔn)要求，但是其不同裝載情況下的操縱特性仍然處在不斷摸索中，勢必需要不斷提高船舶操縱人員的隨機應(yīng)變能力和扎實的船舶操縱技術(shù)。本文以“東方德班”輪高雄港碰撞事故為例，對空船情況下的超大型集裝船舶的受限水域內(nèi)掉頭和大角度轉(zhuǎn)向做了一定思考和分析。

關(guān)鍵詞：東方德班;空船;舵效;縱距;旋回

0 引 言

超大型集裝箱船舶空船不同壓載情況下航行，船舶的舵葉（轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）和螺旋槳（推進(jìn)系統(tǒng)）中只有舵葉或者兩者同時露出水面，導(dǎo)致船舶操縱要素發(fā)生極其惡劣的突變，如果船舶駕引人員不能夠引起足夠重視，僅僅依靠經(jīng)驗引航，往往會帶來極其嚴(yán)重的后果。文中有些數(shù)據(jù)來自“東方德班”輪同型船舶“A船”。

1 “東方德班”輪高雄港碰撞事故概況

2021年6月3日，大型集裝箱船舶“東方德班”輪駛?cè)胫袊_灣高雄港池向左大角度轉(zhuǎn)向過程中，碰撞碼頭集裝箱專用橋吊，致使一臺橋吊完全倒塌，另一臺嚴(yán)重受損，并且擦碰了碼頭上靠泊船的船艏部?！皷|方德班”輪船長316 m，寬46 m，事故發(fā)生時的吃水8.8 m，進(jìn)港時空載，南風(fēng)3級。

11：20，正橫過高雄港VTS塔臺，余速為6.3 kn左右。

11：23，航速5.6 kn，船舶已經(jīng)向左轉(zhuǎn)向，駛往高雄陽明集裝箱碼頭。

11：31，正橫接近碼頭前沿不到兩倍船寬，船位明顯距碼頭前沿過近，VTS發(fā)現(xiàn)船位偏移，用高頻多次呼叫警告，船舶無應(yīng)答。

11：38，船舶駕駛臺碰撞68號泊位作業(yè)的8號集裝箱橋吊的吊臂前端，使其坍塌，船舶巨大的慣性繼續(xù)前沖撞擊波及第二座6號橋吊，并擠壓靠泊船船艏左舷。

事故發(fā)生狀況如圖1、圖2所示。

2 “東方德班”輪碰撞事故的操縱要素分析

2.1 “東方德班”輪事故發(fā)生時的引航員概況

通過有關(guān)信息資料了解到事故發(fā)生時的船舶引航員是一位曾經(jīng)效力于中國臺灣陽明集裝箱公司的船長，后來又在高雄港從事引航員工作多年，因此對于集裝箱船舶操縱有其先天優(yōu)勢，對于水域環(huán)境又極其了解。

2.2 “東方德班”輪向左轉(zhuǎn)向前的速度控制

據(jù)“東方德班”輪同型船舶“A船”資料得知，此種船型的主機最小轉(zhuǎn)速（minimum rpm）為30 rpm，對應(yīng)的船速為7.5 kn，如圖1所示“東方德班”輪向左大角度轉(zhuǎn)向前只有6 kn左右速度，因此引航員已經(jīng)采取了減速措施，但是事故依然發(fā)生了。

2.3 “東方德班”輪事故引發(fā)的操縱要素分析

如圖3所示，為了分析出此次事故發(fā)生時操縱要素方面上的主要原因，經(jīng)過抽絲剝繭，這樣更加容易分析出事故發(fā)生時操縱要素方面的主要原因，此次事故可以簡要看成是“東方德班”輪向左做旋回運動時縱向上的船舶旋回進(jìn)距（縱距）超出水域限制而導(dǎo)致的船舶碰撞事故。

3 船舶舵效和船舶旋回縱距的關(guān)系

3.1 舵效的定義和意義

船舶的浮態(tài)對舵效的影響極大，船舶吃水、橫傾、縱傾狀態(tài)時對舵效影響各不相同。舵效是指：“船舶在各種不同狀態(tài)下，用舵設(shè)備操縱船舶所表現(xiàn)的綜合效果?！焙饬慷嫘Ш脡牡亩嫘е笖?shù)：ω=K/T*δ

其中，ω：舵效指數(shù);K：船舶旋回指數(shù);T：船舶追隨性指數(shù);δ：舵角。

舵效指數(shù)越大船舶的舵效越好，從舵效指數(shù)中可以知道在一定舵角時舵效考察的是船舶的旋回性和追隨性兩個方面。

3.2 狹義舵效與船舶旋回縱距的關(guān)系

“舵效”根據(jù)具體航海環(huán)境的不同，航海人所關(guān)注的意義也不盡相同。為了解釋本次碰撞事件，只考量舵效指數(shù)ω和船舶旋回指數(shù)K之間的關(guān)系，稱為“狹義舵效”，“狹義舵效”越好，旋回圈越小，K值越大。本文所考慮的舵效的含義是大舵角（滿舵）的旋回進(jìn)距（縱距）的大小。

4 “東方德班”輪旋回進(jìn)距較正常狀態(tài)下增加超出水域限制是事故主因

4.1 “東方德班”輪旋回縱距增加的主要原因

4.1.1 實際舵面積比的突變

（1） 舵面積比的定義和意義

舵面積比是指船舶在正舵狀態(tài)下的舵葉側(cè)面積在中縱剖面上投影的面積與設(shè)計水線下船舶側(cè)面積在中縱剖面上投影的面積的比值。對于特定船舶“東方德班”輪的舵面積比是固定不變的。相同船型，不考慮其他因素，對于排水量相同的船舶舵面積比越大，則單單從旋回進(jìn)距來考慮的狹義舵效越好。

（2） 實際舵面積比及其意義

由于船舶吃水的不同會導(dǎo)致船舶實際舵面積比產(chǎn)生變化，稱為實際舵面積比。隨著平均吃水的降低，水線下船舶側(cè)面積在中縱剖面上投影的面積是在不斷減小的，水線下舵葉側(cè)面積在中縱剖面上投影的面積卻不變，因此在舵葉露出水面之前，舵面積比是增加的，狹義舵效是不斷增強的。

（3）實際舵面積比的反轉(zhuǎn)和突變

隨著平均吃水的降低，從舵葉露出水面開始動態(tài)舵面積比卻發(fā)生了突變。從舵葉露出水面開始，隨著吃水的繼續(xù)降低，則水線下船舶側(cè)面積下降幅度遠(yuǎn)不及水線下舵葉側(cè)面積下降幅度，導(dǎo)致動態(tài)舵面積比發(fā)生反轉(zhuǎn)而劇降，從而舵效也發(fā)生反轉(zhuǎn)而劇降。如圖4和圖5所示，“東方德班”輪事故發(fā)生時尾吃水約8.80 m，舵葉露出水面約2.90 m。此種條件下“東方德班”輪的舵效是會出現(xiàn)劇烈降低的，導(dǎo)致其旋回進(jìn)距陡增。

4.1.2 舵壓力的突變

進(jìn)港航道內(nèi)或港池內(nèi)航行船速下降，舵速下降，勢必導(dǎo)致舵壓力相較于船舶中高速行駛時變小，這是船舶駕引人員正常認(rèn)知范圍內(nèi)的。但是由于船舶吃水的繼續(xù)降低自螺旋槳露出水面開始螺旋槳的推力發(fā)生突變劇降，勢必作用在舵葉上的舵壓力劇降。如圖4和圖5所示，“東方德班”輪事故發(fā)生時螺旋槳露出水面約0.5 m，螺旋槳相同轉(zhuǎn)速下的舵壓力突變導(dǎo)致舵效陡然減弱，從而導(dǎo)致“東方德班”輪旋回進(jìn)距也隨之陡然增加。

4.2 “東方德班”輪旋回進(jìn)距增加的次要原因

4.2.1 空氣吸入現(xiàn)象

舵的上緣高于水面且舵速較大時極易發(fā)生舵的背面吸入空氣、產(chǎn)生渦流的現(xiàn)象，此現(xiàn)象使舵力下降，舵效降低，旋回進(jìn)距增加。

4.2.2 風(fēng)流影響

“東方德班”輪事故發(fā)生時南風(fēng)右舷側(cè)風(fēng)力3級，向左側(cè)轉(zhuǎn)向舵效變差。如圖2所示岸壁岬角處水域容易形成剪刀流，極易導(dǎo)致船舶舵效降低。

4.2.3 淺水效應(yīng)

航道和港池內(nèi)水深變淺，慣性類流體動力和黏性類流體動力均增大，船舶旋回阻尼力矩增加，舵效變差，旋回進(jìn)距增加。

4.2.4 吃水差的影響

空船載況尾傾增大，旋回初徑增加，旋回進(jìn)距也將隨之增加。對于Cb=0.8的船舶，若尾傾增大量為船長的1%，旋回初徑將可增加10%左右;對于Cb=0.6的船舶，若尾傾增大量為船長的1%，旋回初徑將可增加3%左右。通過與“東方德班”相同船型的“A船”資料所知，此種船型的Cb約為0.67，近似得知“東方德班”輪尾傾增大量為3.16 m，則旋回初徑可增加3%～10%。

5 超大型集裝箱船在受限水域的掉頭或大角度轉(zhuǎn)向方法探討

5.1 電子海圖的船位預(yù)測與加速旋回兩者相結(jié)合的航法

船舶數(shù)據(jù)化、智能化和高速傳輸?shù)认嚓P(guān)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步使船舶用電子海圖的功能不斷優(yōu)化，其中的預(yù)測船位功能（ship position prediction）非常適用于大角度轉(zhuǎn)向或者旋回中對于可用水域范圍的預(yù)估。

如圖6所示的加速旋回能夠最大限度地減小旋回進(jìn)距，受限水域中超大型集裝箱船舶在掉頭或大角度轉(zhuǎn)向前先減速（可外力減速），減小沖程，儲備舵力，以便在后續(xù)加車提高舵速，增加滑失比，提高舵效，減小船舶旋回進(jìn)距，縮小掉頭或者大角度轉(zhuǎn)向所需水域。

兩者相結(jié)合，及時地根據(jù)船位預(yù)測功能調(diào)整舵角和主機轉(zhuǎn)速來增加或者減小舵效，調(diào)整船舶進(jìn)距，使船舶保持安全航速情況下完成受限水域的掉頭和大角度轉(zhuǎn)向。

5.2 大船停在安全水域后通過外力協(xié)助掉頭或者大角度轉(zhuǎn)向

在掉頭區(qū)或者寬敞水域通過自身倒車或者拖船倒車將大船拉停，之后通過自身側(cè)推器和拖船頂推或拖拉將大船調(diào)整到新航向后加車?yán)^續(xù)航行。“東方德班”輪完全可以在如圖3所示的紅色虛線警戒區(qū)內(nèi)拉停，通過外力協(xié)助完成轉(zhuǎn)向動作后繼續(xù)加車進(jìn)港。

6 結(jié) 語

超大型集裝箱船舶隨著平均吃水的減小，舵葉上緣露出水面迎來第一次“狹義舵效“的突變，螺旋槳上緣露出水面是第二次“狹義舵效”的突變，這兩次突變都造成船舶旋回進(jìn)距的陡然增加，再疊加其他因素影響，導(dǎo)致超大型集裝箱船舶在受限水域的操縱危險性極高。集裝箱班輪船舶的大型化速度和大規(guī)?；俣劝l(fā)展遠(yuǎn)超當(dāng)今許多國家的港口、航道等的配套設(shè)施更新發(fā)展速度，使此類船舶在受限水域的航行運動受到極大約束，經(jīng)驗引航與數(shù)據(jù)引航相結(jié)合，技術(shù)引航以安全引航為依托，面對新挑戰(zhàn)我們?nèi)孕璨粩嗵剿餍录夹g(shù)、摸索新方法。

參考文獻(xiàn)

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