天津港2 354千瓦A SD引航拖輪選型分析

伊 杰 馮志東

一、天津港引航船舶現(xiàn)狀

隨著港口規(guī)模的不斷擴大，來港船舶的日益增多，近年來天津港引航員接送作業(yè)平均為每年20 000人次。日常負(fù)責(zé)引航作業(yè)的船舶為三艘1 640千瓦（2 200馬力）引航快艇、一艘1 942千瓦（2 600馬力）全回轉(zhuǎn)（ASD）拖輪和一艘2 058千瓦（2 800馬力）常規(guī)拖輪。三艘引航快艇由英國MUSTANG MARINE公司分別于2007年5月、2009年11月和12月建造完成，其航速較快，承擔(dān)著大部分的引航作業(yè)任務(wù)，但在風(fēng)浪較大的惡劣海況下無法完成引航員接送作業(yè)。現(xiàn)有1 942千瓦ASD引航拖輪為1991年5月由東海船廠建造，2 058千瓦常規(guī)拖輪為1996年12月由煙臺普泰船廠建造完成，兩船由于船齡較大和初始船型設(shè)計等因素，其抗風(fēng)浪能力、安全性和經(jīng)濟性都很難滿足當(dāng)今港口發(fā)展的需要。

鑒于上述現(xiàn)狀，建造兩艘2 354千瓦（3 200馬力）ASD引航拖輪是必要的。縱觀國內(nèi)ASD拖輪建造市場，其核心技術(shù)和建造工藝均已成熟，即兩艘2 354千瓦（3 200馬力）ASD引航拖輪的建造是可行的。

二、2 354千瓦ASD引航拖輪作業(yè)需求與選型原則

2 354千瓦ASD引航拖輪主要承擔(dān)大風(fēng)浪等惡劣海況條件下的引航員接送作業(yè)任務(wù)，這就要求該船型具有良好的抗風(fēng)浪能力、耐波性和安全性。其次，還應(yīng)考慮登船的便利性以及在靠離大船時的操縱性，即設(shè)置引航員登乘踏板、提高動力響應(yīng)、船型便于首離等。

選擇具有實船使用經(jīng)驗的成熟船型作為母型船以提高拖輪選型的安全性，并依據(jù)使用反饋對母型船進行性能提升和細(xì)節(jié)改進是2 354千瓦ASD引航拖輪的選型原則。

三、ASD拖輪船型概述

基于前述的2 354千瓦ASD引航拖輪選型原則，天津港目前具有實船使用經(jīng)驗的ASD船型有兩種：一種是日本ASD拖輪船型以及在其基礎(chǔ)上進行改進的船型，該類船型我們稱為常規(guī)ASD船型；另外一種是由加拿大羅伯特·艾倫公司（ROBERT ALLAN LTD）設(shè)計的ASD拖輪船型，我們稱作羅伯特船型。

圖1為常規(guī)船型與羅伯特船型船體線型的比較，常規(guī)船型是在1972年由大連港采購的一艘名為“櫻花丸”的二手ASD拖輪，后改名為“連港13號”，此后我國除大量引入日本原型船以外，我國的多個造船廠和船舶設(shè)計公司也都具有該船型的設(shè)計和建造能力。常規(guī)船型在天津港目前的保有量為30余艘，船型成熟且具有40多年的使用經(jīng)驗。其特點為船底平直，長寬比較大船體線型瘦長，同馬力拖輪吃水和噸位較小，首部線型為前傾型船首和破冰型船首，尾部線型有明顯的抬升，利于對舵槳的保護。

圖1 常規(guī)船型與羅伯特船型船體線型比較

羅伯特船型為2006年寧波港委托加拿大羅伯特·艾倫公司為其設(shè)計、由鎮(zhèn)江船廠建造完成的“甬港眾聯(lián)6號”。天津港于2013年11月首次使用該船型，船名為“津港輪26”。目前該船型寧波港6艘、深圳港2艘、天津港5艘、曹妃甸港1艘。盡管國內(nèi)保有量不大，但該船型世界保有量在600艘以上，僅在國內(nèi)建造的也有150余艘，即該船型也屬于成熟的ASD拖輪船型。羅伯特船型首部、尾部、船底和側(cè)線均為流線型設(shè)計，在水線附近的線型設(shè)計提高了船舶的耐波性，較長且寬大的分水中設(shè)計在提高航行穩(wěn)定性的同時也起到了減搖作用。

四、ASD引航拖輪選型研究

（一）抗風(fēng)浪能力

大風(fēng)浪等惡劣海況對拖輪的影響主要表現(xiàn)為橫搖、縱搖、垂蕩、船體抨擊、甲板上浪和船舶失速。而拖輪抗風(fēng)浪能力的影響因素主要有方形系數(shù)（Cb= V / Lbp）、船舶噸位（滿載排水量）、船舶吃水、干舷高度、船體強度和主機功率（拖輪設(shè)計功率2 354千瓦）。

我們對天津港使用的相同主機功率不同船型的拖輪進行了抗風(fēng)浪能力影響因素的參數(shù)對比（見表1），兩種船型的方形系數(shù)與設(shè)計吃水相差不大，而在滿載排水量和干舷高度兩項中羅伯特船型的參數(shù)明顯大了很多，即羅伯特船型在抗風(fēng)浪能力方面占有優(yōu)勢，這種優(yōu)勢在實船使用中也得到了船員的印證。

表1 常規(guī)船型與羅伯特船型抗風(fēng)浪能力數(shù)據(jù)比較

（二）耐波性

圖2為加拿大羅伯特·艾倫公司2004年所做的常規(guī)船型與羅伯特船型實船模型的耐波性數(shù)據(jù)比較，其典型傳統(tǒng)全回轉(zhuǎn)拖船即為本文的常規(guī)拖輪船型。由圖2可知：在2米表征波高時常規(guī)船型的縱搖隨航速的增加而增加，羅伯特船型則沒有明顯的變化；在船體橫浪時常規(guī)船型的垂向加速度是羅伯特船型的1倍以上，而橫搖角度也大了近40%。天津港多名船長的實船體驗也證實了圖表中數(shù)據(jù)的真實性。由此可見，在拖輪耐波性能上羅伯特船型大大優(yōu)于常規(guī)船型。

圖2 常規(guī)船型與羅伯特船型耐波性數(shù)據(jù)比較

（三）安全性

拖輪的安全性除了抗風(fēng)浪能力和耐波性以外，還體現(xiàn)在穩(wěn)性、浮性和抗沉性（大傾角穩(wěn)性）等方面，表2對天津港使用的相同主機功率不同船型的拖輪進行了安全影響因素的參數(shù)對比。

表2 常規(guī)船型與羅伯特船型安全性數(shù)據(jù)比較

從表2可以看出，羅伯特船型在穩(wěn)性、浮性和抗沉性等方面相比常規(guī)船型均具有一定的優(yōu)勢。

（四）船體對舵槳的防護

為了保證舵槳的安裝空間，常規(guī)船型往往會設(shè)計一個尾部的升高甲板。圖3為常規(guī)船型與羅伯特船型尾部線型的比較，從中可以看出常規(guī)船型的尾部線型存在一個較大的抬升。正是由于尾部船底的抬升使其舵槳下緣位于平直的船底線以上，即船體對舵槳進行了較好的保護。羅伯特船型拖輪在配裝大功率舵槳時，其下邊緣會在船底基線以下，在駛?cè)霚\水水域時會對舵槳產(chǎn)生傷害，造成較大的機損事故。

圖3 常規(guī)船型與羅伯特船型尾部線型比較

圖4為羅伯特船型尾部尺寸示意圖。羅伯特船型拖輪滿足下述五個條件時會導(dǎo)致舵槳受損：

（1）拖輪因各種原因駛?cè)霚\水水域；

（2）測深儀失效或駕駛員對于測深儀報警未及時采取有效措施；

圖4 羅伯特船型尾部尺寸示意圖

（3）水域深度在拖輪設(shè)計吃水（船底基線到滿載水線）和實際吃水（拖輪最下緣到滿載水線）之間，如果小于設(shè)計吃水船底會首先擱淺，如果大于實際吃水則不會對舵槳造成傷害；

（4）該水域底質(zhì)很軟，分水中完全或部分插入底質(zhì)繼續(xù)前行且未受阻擋；

（5）上述很軟底質(zhì)對舵槳造成傷害。

同時滿足上述條件的可能性是存在的，但概率很低。不論是羅伯特船型還是常規(guī)船型在協(xié)助大船離泊作業(yè)時都往往采用倒拖。在淺水水域倒拖或倒航時，只要水域深度小于拖輪的實際吃水就有可能造成舵槳受損。所以加強拖輪航路設(shè)計、考察作業(yè)水域、保證測深儀的工作狀態(tài)、提高拖輪駕駛員的安全意識和業(yè)務(wù)能力都有助于拖輪的航行與作業(yè)安全。

五、天津港2 354千瓦ASD引航拖輪選型結(jié)論

通過對常規(guī)船型和羅伯特船型在抗風(fēng)浪能力、耐波性、安全性以及船體對舵槳的防護等方面的分析可以看出，羅伯特船型更能滿足天津港2 354千瓦ASD引航拖輪對于大風(fēng)浪接送引航員的作業(yè)需求。

圖5為“津港輪35”實船照片，該船為羅伯特RAstar系列船型，2015年1月由上海復(fù)興船務(wù)公司三林船廠建造完成，其主尺度為38.0米×12.8米×5.7米，設(shè)計吃水4.2米，實際吃水5.1米，設(shè)計航速14.5節(jié)。該船入圍了2015年“International Tug &OSV”雜志的年度評選。該船型在羅伯特RAstar系列船型的基礎(chǔ)上進行了多項本土化改進，包括其引航員接送功能，這也是該船入圍的亮點之一。

“津港輪35”已在天津港及中國近海海域安全運行超過40個月（主機運行超過10 000小時）。經(jīng)實船驗證，其在港口助泊、海上拖帶和接送引航員作業(yè)方面均能滿足2 354千瓦拖輪的功能需要。

圖5 “津港輪35”實船照片

六、母型船改進

天津港2 354千瓦ASD引航拖輪以大風(fēng)浪接送引航員為主要作業(yè)，需要在其母型船“津港輪35”基礎(chǔ)上作出如下的改進：

（1）適當(dāng)增加船體長寬比，降低船舶阻力，提高設(shè)計航速。

（2）船體水線附近做變形寬設(shè)計，以增大船舶回復(fù)力矩，提高船舶抗風(fēng)浪能力。

（3）上層建筑為兩層半設(shè)計，駕駛室視窗均為落地窗設(shè)計，在保證駕駛員視野的同時降低上層建筑高度利于傍靠大船；同時船舶重心降低提高船舶穩(wěn)性。

（4）對煙囪外形和桅桿進行改進，以減小船舶傍靠和離靠大船時的碰撞風(fēng)險。

（5）合理設(shè)計兩側(cè)護舷尺度、安裝位置以及首、尾護舷外緣線型，以提高拖輪首離性能。

（6）合理設(shè)計船首高度，在防止船首上浪和便于登乘人員在船首登船之間達到平衡。

（7） 首升高平臺平直設(shè)計，鋪設(shè)防滑格柵，提高帶、解纜作業(yè)人員作業(yè)以及引航員首部登船的安全性。

（8）在船舷兩側(cè)設(shè)計具有結(jié)構(gòu)加強的引航員登乘平臺，平臺外沿設(shè)警示標(biāo)線及夜光顯示，加裝防風(fēng)暴扶手。平臺設(shè)計充分考慮平臺防浪、防滑、泄水以及登乘人員的安全防護和便利性。

（9）采用變距螺旋槳，提高船舶動力響應(yīng)速度，同時也能適應(yīng)自航和拖帶作業(yè)兩種工況。