船舶氣囊下水與相鄰建筑物安全影響研究

林學(xué)軍

（臺州市港航事業(yè)發(fā)展中心,浙江 臺州 318000）

據(jù)統(tǒng)計，浙江乃至全國 60%以上的中小船廠都是采用氣囊方式下水，且 2 萬噸級左右的船舶較多?！洞吧a(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)條件基本要求》（CB/T3000-2019)對船臺或船塢項目評分作出了要求，其中，應(yīng)建有永久性船臺或船塢作為生產(chǎn)設(shè)施要素評價是否合格的條件，而對是否采用船塢、船臺滑道式、船臺軌道式下水設(shè)施，作為扣分項。

在實際船舶建造和船舶采用氣囊下水時，船舶在下水過程中，觸碰相鄰水工建筑物現(xiàn)象時有發(fā)生，造成船體本身和水工建筑物損傷?！洞瑥S水工工程設(shè)計規(guī)范》（JTS190-2018）僅對干船塢和軌道下水的相鄰安全距離作出的規(guī)定。氣囊下水和軌道下水存在較大差別，其與相鄰水工建筑物的安全距離，較軌道下水方式具有不確定性。本文就船舶氣囊下水與相鄰建筑物安全影響，從氣囊、氣囊下水船臺結(jié)構(gòu)的特點、下水工藝、存在安全風(fēng)險進(jìn)行分析，結(jié)合相關(guān)規(guī)范、下水船舶實船軌跡、船舶下水?dāng)?shù)值模型研究，提出氣囊下水船舶中心線與相鄰水工建筑物的安全距離，供氣囊下水船臺滑道平面設(shè)計和船舶下水方案制定參考，具有重要的實際意義。

1 氣囊下水船臺的基本情況

1.1 船舶下水的氣囊

船用氣囊的特征為：囊體材料為多層覆蓋的復(fù)合橡膠織物，使用時充入空氣，在一定的內(nèi)部氣壓下可提供很強的承載能力；未充氣時氣囊并不完全呈柔性狀態(tài)，具有一定的形狀和硬度，氣囊的爆破壓力可達(dá)1.11 MPa。[1]

國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 14409 ∶ 2011 Ships and marine technology— Ship launching airbags (船舶與海洋技術(shù) 船舶下水用氣囊)已正式公布實施，標(biāo)志著船用氣囊的生產(chǎn)發(fā)展正在走向國際化。

1.2 氣囊下水的定義

氣囊下水已有7 萬噸級的船舶利用氣囊下水的成功案例，為我國獨創(chuàng)的新型下水技術(shù)，過程簡單，無需固定滑道。

氣囊下水氣時，從起墩到船舶下水過程中對船舶的承載通過多只氣囊組成陣列實現(xiàn)，下水船舶的質(zhì)量在氣囊間傳遞至特定位置，過程中承載氣囊的數(shù)量和承載位置均發(fā)生動態(tài)變化。[1]

1.3 船舶氣囊下水工藝

準(zhǔn)備工作→船臺坡道清整→系固牽引鋼絲繩→氣囊擺放船底充氣→氣囊受力抬起船體、撤移船墩→船上人員就位→待大潮汛高平潮時脫開牽引鋼繩→鏟車頂推船首、船舶移動后依靠自重慣性加速滑向水面→船尾起浮時，滑行速度最大可達(dá) 5m/s 左右，隨著水阻力增加，滑速開始減慢，繼續(xù)慣性呈直線滑行→約1.5 倍船長滑距后，船體若受橫向漲潮流+東風(fēng)影響，滑行路徑偏向西側(cè)上游；若受橫向落潮流+西風(fēng)影響，滑行路徑偏向東側(cè)下游→通常滑行約 2～3 倍船長距離后，拋錨將船停住，下水完成，由拖輪拖往碼頭或錨地舾裝。

1.4 優(yōu)缺點

船用氣囊下水技術(shù)普遍應(yīng)用于沿海地區(qū)灘涂區(qū)域，能解決船舶下水在地理上的限制，船臺形式簡單、制造方便，經(jīng)濟(jì)性能突出，并且氣囊可重復(fù)使用，有利于環(huán)保。[2]

但是也有缺點，由于下水過程中氣囊變形情況不可控，下水過程仍然存在相當(dāng)?shù)娘L(fēng)險。特別是船舶下水過程，船舶整體不平衡，容易造成對相鄰水工建筑的碰撞。

對相鄰水工建筑的碰撞，除了跟船舶下水時氣囊變形情況不可控因素有關(guān)外，還與下水時風(fēng)、浪、流及水深等多種因素有關(guān)，特別與下水工藝中的牽引方式及下水速度相關(guān)。

2 相鄰建筑物安全影響分析

2.1 現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范規(guī)定

2.1.1 《船廠水工工程設(shè)計規(guī)范》（JTS190-2018）

（1）原規(guī)范規(guī)定“長度一般不小于進(jìn)出船塢船舶總長的二倍，寬度一般不小于船舶部長的1.5 倍。”操作水域尺度與水、浪、流條件、船舶長度、干舷高度及拖輪數(shù)量和能力等因素有關(guān)。據(jù)調(diào)查，當(dāng)有大馬力、全回轉(zhuǎn)拖輪時，1.5 倍船長回旋水域操船是可行的。

（2）干船塢平面布置。塢口前應(yīng)有足夠的船舶操作水域，滿足拖輪作業(yè)和操作安全需要。塢口前沿船塢軸線方向水域長度應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)、浪、流條件及拖輪配備等因素確定，且不小于2 倍船長。當(dāng)塢前水域掩護(hù)條件較好且拖輪配備等操作條件優(yōu)良時，塢口前沿船塢軸線方向水域長度可適當(dāng)減小，且不應(yīng)少于1.5 倍船長。垂直于船塢軸線方向的水域?qū)挾炔恍∮?.5 倍船長。當(dāng)有充分論證時，水域?qū)挾炔皇苌鲜鱿拗啤?/p>

（3）船臺滑道平面設(shè)計。①船臺滑道水域布置應(yīng)滿足船舶上墩下水、掉頭、進(jìn)出航道等安全要求，并考慮滑道建成后對防洪、水流、航道安全、岸線沖淤和相鄰建筑物安全影響。②滑道船臺設(shè)置防水閘時，防水閘門不應(yīng)超出駁岸規(guī)劃線，滑道未端與航道邊線應(yīng)有安全距離。安全距離可根據(jù)航道等級、水域流態(tài)等參照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139）綜合確定。③水域布置除應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《海港總體設(shè)計規(guī)范》（JTS165)或《河港總體設(shè)計規(guī)范》（JTS212）中關(guān)于水域布置的規(guī)定外，尚應(yīng)滿足船舶下水作業(yè)的要求。④斜船臺滑道船舶下水作業(yè)在順滑道方向的水域長度，自滑道未端起不宜小于2 倍船長。滑道未端處水域?qū)挾炔灰诵∮? 倍船寬。船舶尾浮時船尾水域?qū)挾炔灰诵∮?倍船寬，水域條件受限時，應(yīng)經(jīng)過充分論證，并設(shè)置必要的安全防護(hù)設(shè)施。

2.1.2 《干船塢設(shè)計規(guī)范》（JTJ251、252、253——87)

塢門前應(yīng)有足夠的操作水域面積，其長度（沿塢軸線方向）一般不小于進(jìn)塢船舶總長的二倍，寬度一般不小于船舶總長1.5 倍，并應(yīng)盡量避免過往船舶對進(jìn)出塢船舶的干擾。

2.1.3 《海港總體設(shè)計規(guī)范》（JTS165-2013）

航道通航寬度按航跡帶寬度、船舶間富裕寬度和船舶與航道底邊間富裕寬度組成，自然條件復(fù)雜或船舶定位困難時，可適當(dāng)放寬。碼頭前沿水域布置規(guī)定，也將回旋水域直徑調(diào)整為1.5～2.0 倍直徑。

2.2 某船廠下水實船軌跡分析

浙江某船業(yè)有限公司在三門開展了5000 噸級船舶氣囊下水動態(tài)軌跡測量。根據(jù)測繪單位提供的船舶下水軌跡（見圖1），在船舶與船臺軸線2 倍船長處，在漲潮流的作用下，出現(xiàn)向上游轉(zhuǎn)彎，離軸線偏移達(dá)100 米以上，大于0.5 倍船長。

圖1 三門船舶船舶氣囊下水航跡實測

2.3 某船廠3.5 萬噸級船舶下水?dāng)?shù)值模型分析

《九洲船廠3.5 萬噸級船臺下水作業(yè)對臺州通達(dá)港務(wù)有限公司碼頭一期工程的影響研究》表明：

（1）在漲流1kn，當(dāng)?shù)卮禂n風(fēng)常風(fēng)向NE、E、NNW下，九洲船廠西側(cè)3.5 萬噸級船臺以極慢速度下水時舶軌跡距離通達(dá)碼頭最近離分別為145m、145m、181m。

（2）隨著船舶下水速度的提高，其軌跡距離通達(dá)碼頭最近距離將顯著增加。

（3）根據(jù)業(yè)主提供的資料，3.5 萬噸級船臺下水時的入水速度約8～10kn，極不可能在3kn 以下，據(jù)此推斷，九洲船廠西側(cè)3.5 萬噸級船臺下水時與通達(dá)碼頭的最近距離在175m 以上，正常情況下對通達(dá)碼頭停泊船舶的影響可控。

圖2 3.5 萬噸級船臺各速度下水時船舶軌跡

3 船舶氣囊下水存在的主要問題和風(fēng)險

（1）船臺與碼頭間距不足存在碰撞風(fēng)險。成州船廠1 號5 萬噸級船臺，與東側(cè)北部灣區(qū)碼頭平臺和西端防撞警示墩橫向間距分別為 56m、52m，僅滿足船舶下水橫向最小安全距離的規(guī)范要求；但因碼頭平臺突出船臺前沿330m 構(gòu)成妨礙，而船舶氣囊下水時受風(fēng)、流等因素影響大，船舶下滑漂移路徑可控性相對較差，若下水船舶稍微向東側(cè)偏轉(zhuǎn)，存在碰撞碼頭的較大風(fēng)險。

（2）船臺前沿水深條件極差存在擱淺風(fēng)險。船廠沿距岸約350m 范圍內(nèi)泥面85 高程介于0m～3.24m 之間（相當(dāng)于海圖零米線干出灘～高出3.24m，低潮時大面積露灘），水深條件極差。船臺前沿離岸約1 倍船長全浮處泥面標(biāo)高約-1.24m（相當(dāng)于海圖零米線上2m左右），在下水高水位3.27m 時（換算當(dāng)?shù)爻蔽粸?.51m）， 減去富裕水深1.5m 后，僅滿足下水船舶最大尾吃水3.01m的水深要求。如果下水時的潮位不足6.51m，或者尾吃水超過3.01m，則因船臺前沿富裕水深不足，存在下水船舶擱淺的風(fēng)險。

（3）船舶在船臺氣囊充氣撤墩階段存在的問題和風(fēng)險。船臺氣囊充氣撤墩階段的風(fēng)險，主要來自氣囊充分撤移船墩操作時，氣囊承載力不足，或牽引卷揚機鋼絲繩拉力不夠，發(fā)生氣囊爆裂、鋼絲繩斷裂、船舶下滑等風(fēng)險。

（4）船舶在船臺下滑階段存在的問題和風(fēng)險。船舶在船臺下滑階段的風(fēng)險，主要來自船舶依靠重力自行下滑時，新船氣囊下水氣囊布置不當(dāng)、承壓能力不足，或船臺坡道、水位、水深不符合要求，發(fā)生氣囊扭曲疊合不能滾動、爆裂，或發(fā)生艉跌落、艏觸底等風(fēng)險。

（5）船舶在水中滑行階段存在的問題和風(fēng)險。船舶在水中滑行階段的風(fēng)險，主要來自無動力新船整體入水全浮后，下滑速度從最高約5m/s 降到船停住，船舶在水中滑行過程約需3 倍船長操作水域，易受風(fēng)和流等影響，導(dǎo)致下滑漂移路徑發(fā)生偏轉(zhuǎn)、可控性較差，存在碰撞東側(cè)碼頭的風(fēng)險。

4 研究結(jié)論

（1）氣囊下水船應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行滑道布置要求：船臺水域布置應(yīng)滿足船舶下水、掉頭、進(jìn)出航道等安全要求，并考慮滑道建成后對防洪、水流、航道安全、岸線沖淤和相鄰建筑物安全影響。

（2）相鄰建筑物安全影響：船臺軸線方向水域長度應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)、浪、流條件及拖輪配備等因素確定，且不小于2 倍船長。當(dāng)前水域掩護(hù)條件較好且拖輪配備等操作條件優(yōu)良時，軸線方向水域長度可適當(dāng)減小，且不應(yīng)少于1.5 倍船長。垂直于船臺軸線方向的水域?qū)挾惹倚∮?.5 倍船長。當(dāng)有充分論證時，水域?qū)挾炔皇苌鲜鱿拗啤?/p>

（3）相鄰建筑物安全影響論證應(yīng)考慮的因素：船舶船臺下水時，在重量作用下依靠慣性入水，無主機提供動力，亦無舵控制方向，其入水后的狀態(tài)取決于風(fēng)、流的綜合作用。