船舶气囊下水与相邻建筑物安全影响研究

林学军

（台州市港航事业发展中心,浙江 台州 318000）

据统计，浙江乃至全国 60%以上的中小船厂都是采用气囊方式下水，且 2 万吨级左右的船舶较多。《船舶生产企业生产条件基本要求》（CB/T3000-2019)对船台或船坞项目评分作出了要求，其中，应建有永久性船台或船坞作为生产设施要素评价是否合格的条件，而对是否采用船坞、船台滑道式、船台轨道式下水设施，作为扣分项。

在实际船舶建造和船舶采用气囊下水时，船舶在下水过程中，触碰相邻水工建筑物现象时有发生，造成船体本身和水工建筑物损伤。《船厂水工工程设计规范》（JTS190-2018）仅对干船坞和轨道下水的相邻安全距离作出的规定。气囊下水和轨道下水存在较大差别，其与相邻水工建筑物的安全距离，较轨道下水方式具有不确定性。本文就船舶气囊下水与相邻建筑物安全影响，从气囊、气囊下水船台结构的特点、下水工艺、存在安全风险进行分析，结合相关规范、下水船舶实船轨迹、船舶下水数值模型研究，提出气囊下水船舶中心线与相邻水工建筑物的安全距离，供气囊下水船台滑道平面设计和船舶下水方案制定参考，具有重要的实际意义。

1 气囊下水船台的基本情况

1.1 船舶下水的气囊

船用气囊的特征为：囊体材料为多层覆盖的复合橡胶织物，使用时充入空气，在一定的内部气压下可提供很强的承载能力；未充气时气囊并不完全呈柔性状态，具有一定的形状和硬度，气囊的爆破压力可达1.11 MPa。[1]

国际标准 ISO 14409 ∶ 2011 Ships and marine technology— Ship launching airbags (船舶与海洋技术 船舶下水用气囊)已正式公布实施，标志着船用气囊的生产发展正在走向国际化。

1.2 气囊下水的定义

气囊下水已有7 万吨级的船舶利用气囊下水的成功案例，为我国独创的新型下水技术，过程简单，无需固定滑道。

气囊下水气时，从起墩到船舶下水过程中对船舶的承载通过多只气囊组成阵列实现，下水船舶的质量在气囊间传递至特定位置，过程中承载气囊的数量和承载位置均发生动态变化。[1]

1.3 船舶气囊下水工艺

准备工作→船台坡道清整→系固牵引钢丝绳→气囊摆放船底充气→气囊受力抬起船体、撤移船墩→船上人员就位→待大潮汛高平潮时脱开牵引钢绳→铲车顶推船首、船舶移动后依靠自重惯性加速滑向水面→船尾起浮时，滑行速度最大可达 5m/s 左右，随着水阻力增加，滑速开始减慢，继续惯性呈直线滑行→约1.5 倍船长滑距后，船体若受横向涨潮流+东风影响，滑行路径偏向西侧上游；若受横向落潮流+西风影响，滑行路径偏向东侧下游→通常滑行约 2～3 倍船长距离后，抛锚将船停住，下水完成，由拖轮拖往码头或锚地舾装。

1.4 优缺点

船用气囊下水技术普遍应用于沿海地区滩涂区域，能解决船舶下水在地理上的限制，船台形式简单、制造方便，经济性能突出，并且气囊可重复使用，有利于环保。[2]

但是也有缺点，由于下水过程中气囊变形情况不可控，下水过程仍然存在相当的风险。特别是船舶下水过程，船舶整体不平衡，容易造成对相邻水工建筑的碰撞。

对相邻水工建筑的碰撞，除了跟船舶下水时气囊变形情况不可控因素有关外，还与下水时风、浪、流及水深等多种因素有关，特别与下水工艺中的牵引方式及下水速度相关。

2 相邻建筑物安全影响分析

2.1 现行行业规范规定

2.1.1 《船厂水工工程设计规范》（JTS190-2018）

（1）原规范规定“长度一般不小于进出船坞船舶总长的二倍，宽度一般不小于船舶部长的1.5 倍。”操作水域尺度与水、浪、流条件、船舶长度、干舷高度及拖轮数量和能力等因素有关。据调查，当有大马力、全回转拖轮时，1.5 倍船长回旋水域操船是可行的。

（2）干船坞平面布置。坞口前应有足够的船舶操作水域，满足拖轮作业和操作安全需要。坞口前沿船坞轴线方向水域长度应当根据当地风、浪、流条件及拖轮配备等因素确定，且不小于2 倍船长。当坞前水域掩护条件较好且拖轮配备等操作条件优良时，坞口前沿船坞轴线方向水域长度可适当减小，且不应少于1.5 倍船长。垂直于船坞轴线方向的水域宽度不小于1.5 倍船长。当有充分论证时，水域宽度不受上述限制。

（3）船台滑道平面设计。①船台滑道水域布置应满足船舶上墩下水、掉头、进出航道等安全要求，并考虑滑道建成后对防洪、水流、航道安全、岸线冲淤和相邻建筑物安全影响。②滑道船台设置防水闸时，防水闸门不应超出驳岸规划线，滑道未端与航道边线应有安全距离。安全距离可根据航道等级、水域流态等参照现行国家标准《内河通航标准》（GB50139）综合确定。③水域布置除应符合现行行业标准《海港总体设计规范》（JTS165)或《河港总体设计规范》（JTS212）中关于水域布置的规定外，尚应满足船舶下水作业的要求。④斜船台滑道船舶下水作业在顺滑道方向的水域长度，自滑道未端起不宜小于2 倍船长。滑道未端处水域宽度不宜小于2 倍船宽。船舶尾浮时船尾水域宽度不宜小于3倍船宽，水域条件受限时，应经过充分论证，并设置必要的安全防护设施。

2.1.2 《干船坞设计规范》（JTJ251、252、253——87)

坞门前应有足够的操作水域面积，其长度（沿坞轴线方向）一般不小于进坞船舶总长的二倍，宽度一般不小于船舶总长1.5 倍，并应尽量避免过往船舶对进出坞船舶的干扰。

2.1.3 《海港总体设计规范》（JTS165-2013）

航道通航宽度按航迹带宽度、船舶间富裕宽度和船舶与航道底边间富裕宽度组成，自然条件复杂或船舶定位困难时，可适当放宽。码头前沿水域布置规定，也将回旋水域直径调整为1.5～2.0 倍直径。

2.2 某船厂下水实船轨迹分析

浙江某船业有限公司在三门开展了5000 吨级船舶气囊下水动态轨迹测量。根据测绘单位提供的船舶下水轨迹（见图1），在船舶与船台轴线2 倍船长处，在涨潮流的作用下，出现向上游转弯，离轴线偏移达100 米以上，大于0.5 倍船长。

图1 三门船舶船舶气囊下水航迹实测

2.3 某船厂3.5 万吨级船舶下水数值模型分析

《九洲船厂3.5 万吨级船台下水作业对台州通达港务有限公司码头一期工程的影响研究》表明：

（1）在涨流1kn，当地吹拢风常风向NE、E、NNW下，九洲船厂西侧3.5 万吨级船台以极慢速度下水时舶轨迹距离通达码头最近离分别为145m、145m、181m。

（2）随着船舶下水速度的提高，其轨迹距离通达码头最近距离将显著增加。

（3）根据业主提供的资料，3.5 万吨级船台下水时的入水速度约8～10kn，极不可能在3kn 以下，据此推断，九洲船厂西侧3.5 万吨级船台下水时与通达码头的最近距离在175m 以上，正常情况下对通达码头停泊船舶的影响可控。

图2 3.5 万吨级船台各速度下水时船舶轨迹

3 船舶气囊下水存在的主要问题和风险

（1）船台与码头间距不足存在碰撞风险。成州船厂1 号5 万吨级船台，与东侧北部湾区码头平台和西端防撞警示墩横向间距分别为 56m、52m，仅满足船舶下水横向最小安全距离的规范要求；但因码头平台突出船台前沿330m 构成妨碍，而船舶气囊下水时受风、流等因素影响大，船舶下滑漂移路径可控性相对较差，若下水船舶稍微向东侧偏转，存在碰撞码头的较大风险。

（2）船台前沿水深条件极差存在搁浅风险。船厂沿距岸约350m 范围内泥面85 高程介于0m～3.24m 之间（相当于海图零米线干出滩～高出3.24m，低潮时大面积露滩），水深条件极差。船台前沿离岸约1 倍船长全浮处泥面标高约-1.24m（相当于海图零米线上2m左右），在下水高水位3.27m 时（换算当地潮位为6.51m）， 减去富裕水深1.5m 后，仅满足下水船舶最大尾吃水3.01m的水深要求。如果下水时的潮位不足6.51m，或者尾吃水超过3.01m，则因船台前沿富裕水深不足，存在下水船舶搁浅的风险。

（3）船舶在船台气囊充气撤墩阶段存在的问题和风险。船台气囊充气撤墩阶段的风险，主要来自气囊充分撤移船墩操作时，气囊承载力不足，或牵引卷扬机钢丝绳拉力不够，发生气囊爆裂、钢丝绳断裂、船舶下滑等风险。

（4）船舶在船台下滑阶段存在的问题和风险。船舶在船台下滑阶段的风险，主要来自船舶依靠重力自行下滑时，新船气囊下水气囊布置不当、承压能力不足，或船台坡道、水位、水深不符合要求，发生气囊扭曲叠合不能滚动、爆裂，或发生艉跌落、艏触底等风险。

（5）船舶在水中滑行阶段存在的问题和风险。船舶在水中滑行阶段的风险，主要来自无动力新船整体入水全浮后，下滑速度从最高约5m/s 降到船停住，船舶在水中滑行过程约需3 倍船长操作水域，易受风和流等影响，导致下滑漂移路径发生偏转、可控性较差，存在碰撞东侧码头的风险。

4 研究结论

（1）气囊下水船应严格执行滑道布置要求：船台水域布置应满足船舶下水、掉头、进出航道等安全要求，并考虑滑道建成后对防洪、水流、航道安全、岸线冲淤和相邻建筑物安全影响。

（2）相邻建筑物安全影响：船台轴线方向水域长度应当根据当地风、浪、流条件及拖轮配备等因素确定，且不小于2 倍船长。当前水域掩护条件较好且拖轮配备等操作条件优良时，轴线方向水域长度可适当减小，且不应少于1.5 倍船长。垂直于船台轴线方向的水域宽度且小于1.5 倍船长。当有充分论证时，水域宽度不受上述限制。

（3）相邻建筑物安全影响论证应考虑的因素：船舶船台下水时，在重量作用下依靠惯性入水，无主机提供动力，亦无舵控制方向，其入水后的状态取决于风、流的综合作用。