超大型无动力船舶黄浦江内拖航的论证及实操

超大型无动力船舶黄浦江内拖航的论证及实操（港引航站，202）摘要超大型无动力船舶的拖航是一项高难度的航海作业，尤其是在航道狭窄和弯头众多的黄浦江水域。船舶操纵人员首先必须根据黄浦江水域的水文气象条件、通航环境等对拖航进行可行性论证，确定拖带方案，选择合适的拖轮和相关的实际操作人员，在最佳的时机实施拖航作业。通过举例说明黄浦江拖航的复杂性，总结了拖航的经验，提出了超大型无动力船舶在狭水道及弯道拖航操纵作业的技术要领和相关的注意事项。关键词水路运输；超大型无动力船舶；拖航；可行性论证；实际操作THEFEASIBILITYDEMONSTRATIONANDACTUALOPERATIONOFTOWINGFORDEADULTRALARGELIQUEFIEDNATURALGASSHIPINHUANGPURIVERZHANHAIDONGLUPINGLIURONGKANGHUANGXIANGSHANGHAIPILOTSTATION,SHANGHAI,200082,CHINAABSTRACTTHETOWINGOFDEADULTRALARGELIQUEFIEDNATURALGASSHIPISONEOFDIFFICULTNAVIGATIONOPERATIONS,ESPECIALLYINNARROWANDCRANKYHUANGPURIVERSHIPMANEUVERINGOFFICERSSHOULDBEENGAGEDINTHEFEASIBILITYDEMONSTRATIONACCORDINGTOTHEHYDROMETEOROLOGYANDNAVIGABLECONDITIONSOFHUANGPURIVERFURTHERMORE,SOMEIMPORTANTTHINGSBASEDONTHESESOLUTIONSWILLBEARRANGED,SUCHASTOWINGTIME、TUGBOAT、TUGBOATMANEUVERINGOFFICERSANDTHEWAYOFTOWINGTHEDIFFICULTYOFTOWINGINHUANGPURIVERWASILLUSTRATED,ANDSOMEKEYPOINTSANDPRECAUTIONSFORDEADULTRALARGELNGSHIPTOWINGAREELABORATEDINTHEPAPERKEYWORDSWATERWAYTRANSPORTATIONDEADULTRALARGELIQUEFIEDNATURALGASSHIPTOWINGFEASIBILITYDEMONSTRATIONACTUALOPERATION1实施拖航的前提11拖航的意义2007年12月，上海港引航站接到沪东中华造船集团有限公司的一项引航作业申请，将一艘长292M没有安装动力设备的超大型LNG船舶“闽鹭”轮由上海沪东中华船厂拖航到上海长兴岛上的中船长兴造船基地一期码头。“闽鹭”轮的建造标志着中国第一次建造LNG船舶，并将填补中国船厂没有建造LNG船舶记录的空白，具有重要的战略意义，这次拖航任务对按时完成船舶的建造有着重要的影响。但对于长292M的超大型LNG船舶来说，即使各种设备良好的情况下，在黄浦江航行也是非常困难的，更何况是将这个无动力的“巨无霸”拖航出黄浦江，这是上海港开埠以来史无前例的船舶拖航作业，具有极大的挑战性。12拖航任务的特点121“闽鹭”轮的基本船舶数据见表1表1“闽鹭”轮的基本船舶数据TAB1THEBASICDATAOFMINLU船长M船宽M舱容M3型深M空船排水量T拖航时吃水M最大净空高度M设计航速KN2924335147200263533000DF35DA5051195122大型船舶在黄浦江拖航时的难点（1）黄浦江内既是港池又是航道，航道狭长，弯道繁杂1；（2）码头及系于江心浮筒的船舶装卸货物繁忙，并靠船多，且江面来往船只频繁（3）“闽鹭”轮是超大型LNG船舶，又是空载船舶，受风面积大。4黄浦江航行受潮水的影响大，必须合理安排拖航时段。2一般情况下，此类船舶的的拖航力的相关论证“闽鹭”轮区别于正常船舶主要在于没有安装动力装置和变向装置,不能正常地航行。如果在外力作用下能够在规定的航道上自如地被拖航，则说明“闽鹭”在黄浦江拖航是可行的。21参照1997年海上拖航指南得到拖航阻力计算公式如下2RF167A1V183103KN；1RB0147A2V174015VKN2RA05V02CSAF103KN3R07RFRBRAKN4式中V在公式（1）、（2）中为拖航速度；在公式（3）V0中为风速。根据“闽鹭”轮的基本数据，经计算，拖航阻力如表2所示表2“闽鹭”轮拖航阻力计算TAB2THECALCULATIONOFMINLU,STOWINGRESISTANCEFORCE阻力KN/航速NMILE/H阻力名称12345678摩擦阻力61321434797891166160921152684剩余阻力78426864211611934306446907013受风阻力1373全阻力1471171121582739354346456137816222根据拖轮资料计算拖轮阻力在实际拖航作业中,将要用到数艘拖轮,由于拖轮的船型基本相似,阻力也基本相似,所以就不一一计算,仅以一艘拖轮为例计算阻力。港内作业的拖轮船型较小,有别于受风面积较大的船舶,可采用如下近似公式进行计算RF167A1V183103KN5RB0147A2V174015VKN6R115RFRBKN7根据一艘拖轮的基本数据，以海港14为例，船长362M船宽98M吃水DF26MDA4M065经计算计算可得表3中的有关数据表3拖航拖轮自身阻力计算TAB3THECALCULATIONOFTUGBOATTOWINGRESISTANCEFORCEITSELF阻力KN/航速NMILE/H阻力12345678摩擦阻力022076171282416574755958剩余阻力116398951171928654540694810390全阻力159545129230137735881885813050所以,要使拖航船组的航行速度在无流的情况下达到8KN,所需的拖力F1为146873KN。23风流对船舶的作用力狭水道内船舶拖航和船舶海上拖航是有区别的。狭水道航道曲折多变，船舶在拖航过程中是有可能遭遇横风和横流的局面，被拖航船只有依靠外力来克服横风和横流，从而保证船舶不“丢失船位”3。（1）横风对船舶形成的作用力4FA1/2ACA（AACOS2BASIN2）VA2103（8）式中AA水线以上船体正面投影面积约取2043M2；BA水线以上船体侧面投影面积约取8103M2。（2）横流对船舶形成的作用力5根据当天的潮汛和黄浦江内航行的时间取最大流速为2节，则船舶受横流时水阻力为RW11/2WCWV2WLD103，式中CW为水动力横向分力系数，它取决于相对水深。（3）横风和横流对船舶形成的叠加作用24从上面的计算结果，可以发现拖航作业时总的外力F必须大于船舶在遭遇横风和横流叠加作用力R（即FR），才能保证“闽鹭”轮在拖航过程中遭遇极端状况时，能够有足够的力来克服外界风流的影响同时还能够一个前进的速度，使拖航工作得以顺利进行。3拖轮和拖缆的合理配置和拖航航速计算31被拖航船舶所需马力的确定和拖轮的合理配置根据上述论证，同时考虑到拖轮拖缆的俯角相对过大也会损失一部分拖力，当拖缆的长度大于被拖物吊拖缆绳连接点到水面高度的4倍以上，则有效牵引力为拖轮拖力的98；拖轮的有效输出功率约为系柱拖力的75，所以引航站决定申请三艘4000HP和二艘3600HP全回转拖轮。经过计算总拖力F横风和横流叠加作用力R,所以拖轮的总马力是符合拖带的要求的。具体的配置方案如图1所示。闽鹭轮海港3海港28海港海港14东华2号海港8艏缆掮缆艉缆60HP40HP40HP吊拖缆绳长米图1“闽鹭”轮拖航船队示意图FIG1MINLU,SBARGETRAINTOWEDALONGSIDSKETC32拖轮拖缆的选择和系缆321傍拖拖缆的选择和系缆如图1所示，船首左右的傍拖拖轮（即海港14、海港28）只系艏缆和艏倒缆，固定在“闽鹭”轮的前半部，艏缆和艏倒缆都要吃力，这样拖轮制动或推进时能反应迅速，在转向或保向时能方便操纵，这种系缆的方法被形象地称为“八字缆”。船艉左右的傍拖拖轮（即东华2号、海港33）系三根缆绳进行绑拖，即头缆、掮缆和艉缆。绑拖拖轮系缆情况的好坏，直接影响拖轮效率的发挥。“闵鹭”是左舷靠泊，所以在开船之前就将东华2号用三根破断力为50吨钢丝缆绑好，离泊后再把海港33在右舷绑好。为了在航行过程中绑拖系缆作业的迅速和方便，给海港33绑拖时用的是高强度的纤维缆。322吊拖拖缆的选择和系缆根据被拖船和拖轮系缆操作的实际情况，引航员要求被拖船在船首出一根破断力为50吨，并且出缆长度能够调节的钢丝缆。吊拖缆绳非常重要，大轮在拖航过程中的前进和变向，主要依靠吊拖拖轮，所以吊拖缆绳的质量要求非常高，必须有足够的强度6。4黄浦江内拖航。41离泊与拖航2007年12月25日0930时，“闵鹭”轮离泊开航。0945时，“闵鹭”轮离泊完毕。航行中，海港8号、海港33和东华2号主要负责“闵鹭”轮前进和转向，海港14和海港28在必要时协助船舶转向，要尽可能维持大船左右舷受力基本平衡。特别是在过高桥、张华浜和吴淞口弯头时，均提前减速，采取早转舵早回舵的办法，使“闵鹭”轮始终有转动趋势，沿着岸形转动。“闵鹭”轮黄浦江内航行约9NMILE，用时2H15MIN，平均速度为4KN。42拖航中紧迫局面的处理与分析421张华浜弯头简介7张华浜弯头航段8M等深线据浦西码头240M左右。出口航向自302012航道弯度为70，航向航程变化率为53/CABLE。此断航程浦西边为东海船厂和张华浜码头，浦东面有大量的锚泊小船，除去码头上岸吊的影响，真正的可航水域宽度比较狭窄，不足200M。432过张华浜弯头的拖航操纵（1）“闽鹭”轮过张华浜弯头的情况大致如图2所示闽鹭轮海港3海港28海港海港14东华2号海港艏缆掮缆艉缆蘊藻浜东海船厂张华浜港务公司张华浜集装箱装卸码头军工路集装箱装卸码头05灯浮6灯浮1538NE6图2“闽鹭”轮过张华浜弯头示意图FIG2THESKETCHMAPOFCLOSEQUARTERSSITUATIONWHENMINLU,SPASSINGZHANGHUABANGCURVEDCHANNEL（2）“闵鹭”轮在过张华浜弯头时,曾出现过一次紧张局面。具体表现为大船在经过张华浜7泊时，船头向左偏转很快，导致船艉向浦东面甩得很快，由于张华浜码头对开江面有大量小船在浦东面抛锚，如果不尽快抑制偏转趋势，船艉将会擦碰浦东面抛锚的小船。为了避免紧张局面，引航员命令海港8号，海港28正横向浦东面全速拖，海港28快车向浦东面顶，使船艏向右偏转；东华2号和海港33快车向前拖航，加快船舶的前进速度。最后大船船位离抛锚小船的距离不足20M。5拖航后的总结和思考51实施严格的单程交通管制大型被拖航船舶在航行时，不可能像单船一样流畅，有时船舶的实际运动轨迹与船艏向的夹角很大。黄浦江内航道狭窄，尤其在张华浜弯头航段，码头上的岸吊吊臂外伸也影响船舶的航行，为了保证拖航作业的安全，在过高桥弯头时，尽量不要与大型船舶交会，尤其不要与重载船舶交会；避免大型船舶与被拖航船舶在张华浜弯头和吴淞口弯头交会。此次拖航任务的顺利完成，得益于海事部门的大力支持，从09301145时对拖航水域实行临时交通管制，并派海事巡逻艇全程开道护航，实践证明，海事部门采取的上述措施是完全有必要的。52拖航中对拖轮和拖航作业人员的要求521选择合适的全回转拖轮，要求各拖轮务必统一指挥，互相配合，协同动作，并能够发挥主观能动性，及时向引航员提供情况，所以，要求拖轮公司选派具有丰富拖航操作经验的船员协助拖航。522拖轮配备的总马力必须满足船舶在任何风流状况下，都能达到6节的航速，并且要对不同马力的拖轮进行合理配置。523拖航中，引航员发现船舶最大的危险，并不是船舶的转向比较困难，而是顶流航行时船舶航速较慢。吊拖拖轮对拖航速度贡献是最大的，所以在以后的拖航工作中，一定要安排大马力拖轮在船艏吊拖。；其次，船艉左右舷的拖轮的马力配备要相当或相等，最好是大马力拖轮，另外拖轮的船员对船舶的缆绳绑拖带缆要娴熟；再次，船艏的拖轮要带艏缆和艏倒缆，即“八字缆”，以便拖轮制动或推进时能反应迅速，在转向或保向时能方便操纵，对拖轮的马力配备要求并不是很高。524在缆绳的选择上，船艏的吊拖拖缆一定要用钢丝缆，船艉的两艘绑拖拖轮最好也用钢丝缆。因为钢丝缆在拖带过程中伸缩性小，且强度高。有时为了航行过程中绑拖作业的快速和方便，也可使用的是高强度尼龙缆绳但要求拖缆强度至少要与拖轮的系柱拖力相匹配。525从拖航技巧上来讲，大型被拖航船舶在过弯航行时有可能的情况下，一定要沿着小弯缓缓转向，且一个弯要分成几次转向。53环境因素对拖航作业的影响531流对拖航作业的影响流对拖航作业的影响是巨大的【8】，黄浦江内大潮讯的最大流速可达3节多，所以在拖航过弯头时一定要避开当地急涨水和急落水，否则船舶在转弯曲率较大的弯头水域很难安全航行9。掌握黄浦江潮汐的规律和小型船舶乘潮水进出港的规律，尽量避开和“小船潮”在弯头水域交会，尤其是避免在张华浜弯头和吴淞口弯头会船。532风对拖航作业的影响黄浦江内航道狭窄，被拖航船舶是个空船受风面积较大，在拖航过程中要时刻注意被拖航船舶的船位，尤其注意在风流叠加的弯头航段。533注意斜坡效应和浅水效应【10】对船舶的影响，尤其是在过张华浜弯头时。6结束语引航工作是一项科学性和技术性都很强的工作。随着航运业的发展和港口造船业的日益发达，在引航工作中所遇到的技术难题也越来越多。从确保船舶引航安全的角度考虑，对于一项比较艰难的引航任务来说，事先进行可行性论证是非常有必要的。通过事先的可行性论证，使引航员在登轮之前对工作时各阶段的受力状态已有所了解，在工作中要注意的问题有一定程度的认识，从而确保引航工作的顺利进行；在引航工作结束之余，对引航工作中遇到的困难加以分析和总结，为以后黄浦江的大型“无动力”船舶的拖航积累了宝贵的经验，对以后狭窄水域的大型“无动力”船舶的拖航组织和实施有着重要的参考价值。参考文献1上海市航海学会，上海引航管理站上海港引航实用手册M上海远东出版社，2003,154157JOURNALOFTHESHANGHAIINSTITUTEOFNAVIGATION,SHANGHAIPILOTSTATIONSHANGHAIHARBORPILOTAPPLIEDHANDBOOKMSHANGHAISHANGHAIYUANDONGPRESS,2003,1541572中国船级社海上拖航指南M北京人民交通出版社,1997,3637CHINACLASSIFICATIONSOCIETYGUIDELINESFORTOWAGEATSEAMBEIJINGCHINACOMMUNICATIONSPRESS,1997,36373陆悦铭,陆玶,詹海东安全引航的可行性论证和实际操作航海技术J,20064LUYUEMING,LUPING,ZHANHAIDONGASPECIALPILOTAGEOPERATIONMARINETECHNOLOGYJ,200644龚雪根,陆志材船舶操纵M北京人民交通出版社,2000GONGXUEGEN,LUZHICAIMANOEUVREOFSHIPMCHINACOMMUNICATIONSPRESS,20005陆志材船舶操纵M大连大连海事大学出版社，2006LUZHICAIMANOEUVREOFSHIPMDALIANDALIANMARITIMEUNIVERSITYPRESS,20066雷海一次成功的拖航中国航海J，1992,16876LEIHAIASUCCESSFULTOWINGNAVIGATIONOFCHINA,1992,168767智