VLCC靠泊煙臺西港區(qū)601號碼頭引航技術(shù)探討

郭永江

一、引言

在港口發(fā)展日新月異的今天，安全與效率是各大企事業(yè)單位競爭獲勝的法寶，怎樣兼顧效率確保安全是永恒不變的話題。重載超大型油船（VLCC）質(zhì)量大，慣性大，拖船協(xié)助效果不明顯，且由于吃水大，水下側(cè)面積大，受橫流影響大，所以在進(jìn)港靠泊時(shí)，通常選擇在風(fēng)浪較小且流速較緩的時(shí)段靠泊，而兩者都兼顧的話，會大大縮短船舶靠泊的窗口期，嚴(yán)重影響船期及港口作業(yè)效率及效益。本文通過分析影響VLCC靠泊作業(yè)的各種因素及注意事項(xiàng)，在開展引航作業(yè)時(shí)抓大放小，提高引航業(yè)務(wù)能力。

二、超大型油船特點(diǎn)[1]

（1）重載時(shí)質(zhì)量大，慣性大，單位排水量分配主機(jī)功率僅0.1千瓦/噸左右，因此啟動、制動性能都較差。一般情況下，滿載VLCC由海上全速停車到余速為3節(jié)時(shí)的淌航距離超過20倍船長，沖時(shí)達(dá)到1小時(shí)以上，因此在短時(shí)間、短距離內(nèi)大幅度變速是很困難的。

（2）超大型油船方形系數(shù)大，能達(dá)到0.8左右，長寬比為5.5～6.0，比一般的集裝箱以及礦砂船都要肥大一些，操縱上更加困難。

（3）舵面積與船縱向面積之比較小，僅為1/65～1/75，因此舵效很差，應(yīng)舵時(shí)間較長，操舵要早用舵，早回舵，用大舵角。

（4）VLCC尺度大，受流影響較大，停車淌航時(shí)較早失去舵效，因此在港內(nèi)受限水域操縱，停車淌航前余速不能過快，以4節(jié)左右為宜，否則不易控制。

三、煙臺西港區(qū)601號碼頭通航條件及水文特點(diǎn)

1.航道概況

VLCC進(jìn)港主航道最小水深為24.5米，由1號浮到39號浮，走向?yàn)?98°；支航道最小水深為23.5米，底邊寬350米，由40號浮至Y3號浮，走向?yàn)?88°；從3號浮登輪點(diǎn)到39號浮，距離約20海里，從40號浮到601號碼頭，距離約2.2海里，進(jìn)港航道如圖1所示。

圖1 煙臺港30萬噸級船舶進(jìn)港航道

圖2 港池水域布置圖

2.泊位概況

煙臺西港區(qū)601號碼頭地理位置為（37°42.7′N，121°08.3′E），位于西港區(qū)東側(cè)，“峰子山”東北側(cè)。碼頭長度為430米，走向?yàn)?30°～310°，船槽寬120米，水深25米，碼頭類型為樁式蝶形碼頭，靠泊等級為30萬噸級。

3.港池水域分析

港池Y1號浮距離泊位尾端1.2海里，Y3號浮距泊位尾端0.6海里，港池內(nèi)回旋水域直徑為830米，水深23.5米。航道進(jìn)口與泊位的位置關(guān)系為：進(jìn)港過Y1號浮時(shí)，船首正對著泊位首部時(shí)，船首向約188°；船首向正對準(zhǔn)泊位尾部時(shí)，船首向約195°；船舶進(jìn)港池與泊位的夾角約為65°。港池水域布置情況如圖2所示。

4.水文氣象特點(diǎn)

煙臺西港區(qū)全年盛行南風(fēng)和西南風(fēng)，冬季多北風(fēng)和西北風(fēng)，風(fēng)力可達(dá)7～8級。由于泊位東北與東南方向開敞，受北風(fēng)及東北風(fēng)影響顯著，西北風(fēng)影響次之，東南風(fēng)一般強(qiáng)度不大，無法形成強(qiáng)浪涌，影響更小一些。西港區(qū)所處水域潮汐為正規(guī)半日潮，平均高潮間隙10時(shí)14分，平均低潮間隙4時(shí)04分，大潮升2.4米，小潮升2.0米；主波向?yàn)闁|北向，對船舶影響較大。漲潮主流向?yàn)闁|南，近岸最大流速可達(dá)1.5節(jié)，落潮主流向?yàn)槲鞅保畲罅魉倏蛇_(dá)1.4節(jié)。

由于601號碼頭位于“峰子山”東北側(cè)，漲潮流大時(shí)，水流受碼頭西北方501號、502號泊位及北側(cè)防波堤的影響，東南向的主流線由43號浮傾瀉而下，至Y1號浮，流向南至東南；Y3號浮附近受防波堤遮蔽作用，水流較Y1號浮要小；Y4號浮至Y6號浮這一段，主流仍為東南向，但強(qiáng)度減弱，有一定的順時(shí)針回旋，部分水流向港池輻散。漲潮流分布情況如圖3所示。泊位正橫外段100～150米基本為這一水域漲潮流時(shí)的水流切變線，如圖中紅黑兩線位置所示，在此水域調(diào)整船首向?yàn)?35°～145°時(shí)，基本為左側(cè)正橫偏后一點(diǎn)受流。

落潮流時(shí)，流向?yàn)槲鞅毕?，主航道上基本為左前方來流，支航道?01號碼頭港池方向來流及502號碼頭港池口落潮流作用，綜合流向不確定；502號碼頭港池口水流不明顯時(shí)，601號碼頭港池來流基本為沿著支航道出口方向；502號碼頭港池口來流明顯時(shí)，在40號浮及Y1號浮處，流壓向左；港池內(nèi)水流特點(diǎn)為越接近碼頭，水流方向越接近與泊位平行，港池中間段水流大，碼頭前沿水流小，受

圖3 港區(qū)漲潮流情況

四、影響船舶安全靠泊的因素

1.風(fēng)浪

開敞碼頭受季節(jié)、風(fēng)力、風(fēng)向影響顯著，冬季時(shí)困難作業(yè)天數(shù)增多；泊位受東北風(fēng)影響較西北風(fēng)影響大，東北風(fēng)5～6級時(shí)，浪涌與山體形成反射，在港池及碼頭前沿能形成2.5米左右的涌浪。在漲潮流期間，風(fēng)浪與水流共同作用，反射作用加強(qiáng)，在港池水域形成三角浪，比港池外海面的涌浪要高出1米左右。拖船協(xié)助作業(yè)異常困難，效率大大降低，有的拖船甚至無法協(xié)助作業(yè)。

2.流

超大型船舶受水流影響大，一般在主航道上流壓3°～4°時(shí)，在支航道能達(dá)到10°左右，有時(shí)甚至能達(dá)到15°以上，航跡帶寬度達(dá)到兩倍船寬以上。潮水低時(shí)進(jìn)港，對船位控制的要求非常高；受山形岸勢、防波堤以及泊位南端淺水區(qū)影響，港池附近及泊位前沿水流情況復(fù)雜；漲潮流進(jìn)港過Y1號浮后，容易受到主流線壓船尾的作用，如不及時(shí)抑泊位南側(cè)淺水區(qū)的影響，漲潮與落潮時(shí)，601號泊位外端都有渦旋回流，落潮流示意圖如圖4所示。制，容易使船首向右偏轉(zhuǎn)過大，導(dǎo)致入泊船位不佳；正橫泊位外端后，容易受到泊位南端淺水渦旋回流作用，導(dǎo)致船首尾受流大小及方向不一致。

圖4 港區(qū)落潮流情況

3.拖船

在使用拖船協(xié)助大船進(jìn)行靠泊時(shí)，選擇合適的拖船配備及布置顯得尤為重要，根據(jù)我國現(xiàn)行的《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS165—2013）[2]，超大型油船所需拖船約4艘。超大型船舶操縱不靈活及制動慢，所以采取首尾左右兩側(cè)對稱帶拖船的方法，如圖5所示。

圖5 拖船布置圖

拖船協(xié)助減速時(shí)，大船船體兩側(cè)可以對稱受力，更有利于大船把定及調(diào)整航向；收纜靠近船體時(shí)，可以迅速協(xié)助頂推大船且能夠更有效地發(fā)揮拖船作用；601號蝶形碼頭共4個(gè)碰墊，內(nèi)側(cè)首尾拖船可以充當(dāng)“碰墊”，降低大船靠攏壓力。

拖船協(xié)助大船操縱要考慮很多因素，包括被協(xié)助船舶條件、港口條件以及自然條件[3]。在船舶條件、港口條件一定的情況下，自然條件主要體現(xiàn)為風(fēng)、流等對拖船使用的影響，船舶進(jìn)速可以通過主機(jī)用車控制，但是橫向受力需要通過拖船控制。在此，我們僅估算船舶受最不利風(fēng)、流影響時(shí)的作用力。

（1）最不利風(fēng)壓力估算

其中：Fa為風(fēng)動壓力（N）；ρa(bǔ)為空氣密度，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的密度為1.293 kg/m3；Ca為風(fēng)動壓力系數(shù)；Va為相對風(fēng)速（m/s）；Ba為水線以上船體側(cè)面投影面積（m2）。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)圖表[4]估算，對于滿載30萬噸油船，取Ca= 1.0，Ba≈4 600 m2。由于601號碼頭的東北方開敞，西北方半遮蔽，所以以東北風(fēng)6級及西北風(fēng)7級分別計(jì)算，取6級最高風(fēng)速Va=13.8 m/s，則Fa（6級）=566 349.5 N；取7級最高風(fēng)速Va=17.1 m/s，則Fa（7級）=869 598.1 N。

（2）最不利流壓力估算

其中：Fw為橫流壓力（N）；ρw為水密度，取1 025 kg/m3；Vw為橫流時(shí)水對船的相對流速（m/s），假設(shè)船體側(cè)面所受表層流與底層流速度一樣，均為1節(jié)，即0.52 m/s；S橫為水下浸水面在中縱剖面的投影面積（m2）。經(jīng)查VLCC標(biāo)準(zhǔn)船型數(shù)據(jù)計(jì)算，S橫約為6 500 m2，則Fw=900 770 N。

因此，船舶在最不利風(fēng)及流影響下所受的合力約為F=Fa+Fw。

F（6級）=1467 119.5 N，F(xiàn)（7級）=1770 368.1 N。

煙臺西港現(xiàn)有Z型拖船配備情況如表1所示。

右舷靠泊時(shí)，將T25、T26分別帶在左首、左尾，將T24、T5分別帶在右首、右尾，左舷總推力為2 104 kN，右舷總推力為1 522 kN。當(dāng)風(fēng)、流來自大船右側(cè)時(shí)，T25、T26總推力大于F（7級）；風(fēng)、流從左側(cè)來時(shí)，需要T25、T26放纜垂直拖帶，與右側(cè)拖船配合能夠達(dá)到抵抗風(fēng)、流外力的要求。

表1 拖船配備情況

五、靠泊操縱要領(lǐng)及注意事項(xiàng)

1.船速控制

為了掌握靠泊時(shí)機(jī)，對于船速的控制需要精準(zhǔn)一些，在保持正規(guī)瞭望、確保通航安全的前提下，準(zhǔn)時(shí)抵達(dá)港池。一般油船港速全速能達(dá)到11～12節(jié)，由全速開始減速到微速5～6節(jié)時(shí)需要5～6海里。在煙臺西港區(qū)需從25號浮開始減速，到40號浮時(shí)控制在5.5節(jié)左右。在進(jìn)入支航道后，速度進(jìn)一步降低，Y1號浮距離碼頭1海里左右，綜合考慮降速空間及降速手段，需控制船舶以4節(jié)以上通過該區(qū)域。在Y3號浮距離碼頭0.6海里，需控制在3節(jié)以下。船位船速入泊角度圖如圖6所示，在位置①適時(shí)倒車控速，降到2節(jié)以下。 在位置②緩慢滑行到泊位外端1.5倍船寬位置，速度控制到0.5左右。在位置③，開始攏碼頭，接觸碼頭時(shí)靠攏速度為2～5厘米/秒。

應(yīng)仔細(xì)查看船舶轉(zhuǎn)速-速度表，對減車降速做到心中有數(shù)。通過觀察發(fā)現(xiàn)，一般VLCC微速轉(zhuǎn)數(shù)在22～27轉(zhuǎn)之間，速度在4～6.5節(jié)之間。如果微速轉(zhuǎn)速-速度數(shù)值過高，在大于6節(jié)時(shí)，可報(bào)告船長，通過機(jī)艙降低微速轉(zhuǎn)數(shù)與速度，從而達(dá)到更精準(zhǔn)的控速；此外，落潮流進(jìn)港時(shí)為頂流狀態(tài)，降速快，控速可以略晚一些；漲潮流進(jìn)港時(shí)，為斜順流狀態(tài)，降速需要略早一些，漲潮流時(shí)港池內(nèi)控速幅度要大一些，充分抑制住順流漂航的趨勢后，再進(jìn)行靠泊作業(yè)。

2.船位控制

圖6 船位船速入泊角度圖

在進(jìn)港過程中，預(yù)配風(fēng)流壓差很關(guān)鍵。內(nèi)航道段流壓大，容易發(fā)生偏移過大而觸底，損壞車舵設(shè)備。所以在進(jìn)港過程中，提前根據(jù)所受流壓及潮時(shí)情況，預(yù)測出支航道的流壓情況。根據(jù)預(yù)測的流壓大小預(yù)配風(fēng)流壓角。例如漲潮流進(jìn)港時(shí)，主航道進(jìn)港時(shí)首向?yàn)?01°，航跡向?yàn)?98°，流壓差為3°，那么在支航道上應(yīng)至少預(yù)配5°以上，即船首向需要達(dá)到193°以上，航跡向才會達(dá)到188°。在控制船位的同時(shí)，應(yīng)提前預(yù)配流壓差，不可一味搶上流位置，而忽略了預(yù)配流壓差，導(dǎo)致船位迅速向下流側(cè)漂移；靠泊時(shí)，應(yīng)根據(jù)流水與風(fēng)浪的情況，適當(dāng)調(diào)整距泊位橫距，條件越困難，橫距應(yīng)越大。

由于40號浮就在主航道的邊線上，不利于大船向支航道轉(zhuǎn)向，所以需要向39號浮搶出一點(diǎn)位置，以便能夠在有利位置提早起轉(zhuǎn)；另外在漲潮流進(jìn)港時(shí)Y1號浮處的水流為最大，此處應(yīng)預(yù)配足夠流壓，將船位向Y3浮位置靠近一些，更有利于下一步的靠泊操作。

3.靠泊角度控制

從支航道進(jìn)港至Y1號浮處，到碼頭的南端航向?yàn)?88°左右，到泊位的尾端航向?yàn)?97°左右。漲潮流時(shí)，自Y1號浮向Y3號浮搶船位，航向一般控制在205°以內(nèi)，使航跡向達(dá)到195°左右即可，如圖6中位置①所示。通常過Y3號浮船首向慢慢調(diào)整至175°～165°時(shí)，左舷即開始受壓攏流影響，應(yīng)以175°和165°為檢測航向。首先調(diào)整航向到175°，對準(zhǔn)南端碼頭樁，觀察流壓情況，如果向右壓很大，則將首向繼續(xù)調(diào)整到165°甚至155°，如圖6位置②所示，此時(shí)船首已經(jīng)完全閃開碼頭南側(cè)的樁腿。隨著接近碼頭，逐漸向左調(diào)整船首向，直到135°～140°，此時(shí)與碼頭之間的夾角為10°左右，如圖6位置③所示，應(yīng)保持足夠橫距向泊位外端淌航。泊位前端水流混亂復(fù)雜，船首易受岸壁輻射回流影響不易頂攏，船尾易受左后壓攏流不易推開。隨著船舶與碼頭的接近，靠泊角度最終控制在133°左右，給船首留出3°～5°的余量向左調(diào)整，防止船尾先壓攏。如果受流壓影響船首拖船不易控制時(shí)，要及時(shí)使用船尾拖船抑制。

4.拖船使用

由于VLCC吃水過大，只能走航道，應(yīng)從應(yīng)急方面考慮，及早帶好拖船，并調(diào)整好纜繩伴航，進(jìn)入支航道時(shí)利用拖船控速及轉(zhuǎn)向。根據(jù)流壓情況，在大船接近Y1號浮前后使拖船緩慢受力，過Y1號浮后，流壓減小，拖船加車拖控速，始終注意大船過大流壓區(qū)后，尾拖也會經(jīng)過大流壓區(qū)，尾拖偏拖會使大船舵效降低，有時(shí)甚至出現(xiàn)滿舵無法抑制的現(xiàn)象，此時(shí)要及時(shí)指揮尾部拖船收攬靠近船舶充當(dāng)舵；在泊位前控制船舶平行靠泊時(shí)，應(yīng)充分考慮拖船是否能抑制橫向外力的作用，及早組合使用拖船抑制不利因素。

5.抗風(fēng)、浪、流操作

風(fēng)浪大時(shí)，拖船操縱困難，減速效果變差，協(xié)助效果明顯滯后，所以要求大船在操縱上要更加柔和，提早停車倒車控制船速，給拖船操縱留出足夠的時(shí)間；與泊位的橫距要適當(dāng)加大，向泊位接近時(shí)有效利用大船的轉(zhuǎn)向趨勢、橫移趨勢，緩慢地將船舶控制到泊位外端。由于靠泊內(nèi)側(cè)首尾各有一條拖船，且靠泊時(shí)內(nèi)側(cè)風(fēng)浪條件相對好一些，當(dāng)橫移速度不快、轉(zhuǎn)向趨勢良好且不快時(shí)，可以大膽使船舶向泊位靠近，到達(dá)適當(dāng)位置時(shí)，再通過內(nèi)舷拖船抑制靠泊速度及靠攏角度。指揮拖船時(shí)要果斷，一方面應(yīng)持續(xù)觀察大船趨勢動態(tài)，同時(shí)及時(shí)使用前進(jìn)二頂或全速頂車令，以發(fā)揮出拖船在風(fēng)浪中的作用力。在實(shí)際工作中，由于涌浪作用，拖船作用力損失率是不可預(yù)見的，應(yīng)格外注意預(yù)防。

流大時(shí)，碼頭前沿操縱是關(guān)鍵，應(yīng)密切觀察水流方向，順流時(shí)及早倒車控制進(jìn)速；橫流時(shí)，及早用拖船控制橫移速度。

六、結(jié)論

本文針對超大型油船的特點(diǎn)，結(jié)合煙臺西港區(qū)601號碼頭通航環(huán)境特點(diǎn)，分析了船舶進(jìn)港靠泊的引航要領(lǐng)及注意事項(xiàng)，得出以下結(jié)論：

（1）為了確保超大型船舶靠泊安全，首先應(yīng)注意到風(fēng)、浪等因素對拖船安全的影響及拖船協(xié)助大船時(shí)拖船效力的發(fā)揮。

（2）由于大型油船水下面積大，受流影響明顯，尤其是在泊位前沿水流流速快時(shí)，應(yīng)及時(shí)控制船舶運(yùn)動慣性，以免觸碰碼頭。

（3）本文通過理論計(jì)算給出了超大型油船靠泊煙臺西港區(qū)601號碼頭時(shí)的風(fēng)、流等限制條件，但考慮到風(fēng)、流等參數(shù)的不確定性，使用時(shí)應(yīng)充分注意理論計(jì)算與實(shí)際情況的差異。

綜上所述，VLCC靠泊開敞泊位受天氣、海況、潮汐等客觀因素影響大，惡劣條件下作業(yè)出現(xiàn)各種意外情況的概率更大。引航時(shí)應(yīng)積極參考實(shí)時(shí)風(fēng)、浪、流等環(huán)境數(shù)據(jù)以及船舶運(yùn)動數(shù)據(jù)，提高作業(yè)能力，拓展船舶靠泊窗口期，提高港口生產(chǎn)安全與效率。