大型集装箱船外高桥水域强风中的调头靠泊操纵

上海港引航站　沈群章



大型集装箱船外高桥水域强风中的调头靠泊操纵

上海港引航站沈群章

摘要：为提高强西北风时大型集装箱船在外高桥水域顺流调头后顶流靠泊操纵的安全性，在长期引航实践的基础上，通过船舶受风时偏转规律的分析以及实际引航操纵案例，总结出大型集装箱船在外高桥水域强西北风时顺流调头操纵的要领和注意事项，对船舶强风中的调头操纵具有一定的理论意义与实用价值。

关键词：外高桥水域；大型集装箱船；强西北风；顺流调头

大型集装箱船靠泊外高桥码头，一般从长江口深水航道乘潮进口，抵达外高桥水域时，正值潮流急涨，顺流调头后，右舷顶流靠泊。上海港每年10月至次年4月为寒潮活动季节，入秋以后北方冷空气不断南下侵袭，平均一周左右受到一次影响，其中达到寒潮的强度每年约有5次。冷空气影响时，外高桥水域刮6～7级大风，较强冷空气南下时风力可达到9级以上，风向以偏北或西北为主。大型集装箱船受风面积大，在强风中调头操作非常困难，稍有不慎就会酿成事故，驾引人员必须熟知相关注意事项，熟练掌握其中的靠泊操纵要领。

一、外高桥水域概况

外高桥航道东起圆圆沙警戒区西侧边界，西至吴淞警戒区东侧边界，航程6海里，航道宽度约1 150米；北边界线为47、49、51、53号灯浮连线；南边界线为A54A、A54B、A56、A58和A60号灯浮连线。进口船舶主交通流向300°，出口船舶主交通流向120°。外高桥航道南边界至外高桥码头前沿100米水域为外高桥沿岸航道，航道宽度550米至750米不等。深水航道延伸段位于外高桥航道中（海图上用DW标示），其中心线为通航分道分隔线，并将外高桥航道分隔成进出口复式通航分道，左、右边界设置AIS虚拟航标，底宽350～460米。南岸外高桥码头以集装箱码头为主，间杂有危险品码头、电煤码头、造船厂及工作船码头，集装箱码头分为外一期、外二期、外四期、外五期和外六期，具体航道及码头分布如图1所示。

外高桥水域潮汐参考吴淞验潮站的潮高与潮时。潮流为往复流，底层流向基本与水道平行，表层流向与水道稍有不同，涨流偏北，落流偏南。圆圆沙灯船附近涨潮流始于中浚高潮前1小时45分钟～2小时，落潮流始于中浚高潮后3小时。吴淞口附近涨潮流始于中浚高潮前1.5小时，落潮流始于中浚高潮后3.5小时，转流与憩流的时间一般为0.5小时左右。

二、调头过程中受风偏转分析

大型集装箱船速度控制是调头成功与否的关键，应尽量用停车趟航来降速。一般在调头开始前，船舶速度应控制在5节以下，最大不超过6节，这样既有利于安全调头，也有利于充分发挥首侧推器和拖轮的作用，使船舶调头完毕后基本无前冲速度。[1]由于大型集装箱船受风面积大，本来顺流进口控速就比较困难，叠加强西北风影响，停车舵效极差，调头前的初始速度要控制在6节以下几乎不可能，根据引航操作实践，应将控制速度的时机适当提前，并分多次停车趟航，可以将速度维持在8节左右。

图1　外高桥航道及码头示意图

图2　开始调头时的受力示意图

图3　调转90°时的受力示意图

开始调头前，船舶处于前进中，风从右舷正横前吹来，风舷角θ＜90°，风力中心A和水动力中心W均在重心G之前，[2]如图2所示。我们假定使船首向左偏转的横向力和转船力矩为正，相反方向为负，此时作用于船体的横向力Y和转船力矩N可表达为

式中：Y（T）、N（T）为拖轮拖力产生的横向力及转船力矩；Y（δ）、N（δ）为舵力的横向力及转船力矩；Y（α）、N（α）为风力的横向力及转船力矩；Y（β）、N（β）为水动力的横向力及转船力矩。

调转90°时，如果船舶仍有前进速度，风从右舷正横后吹来，风舷角θ＞90°，水动力中心W在重心G之前，风力中心A变化至重心G之后，如图3所示。此时作用于船体的横向力Y和转船力矩N可表达为

下面我们再来分析水动力转船力矩N（β）的变化，水动力转船力矩N（β）决定于漂角β、吃水和船水相对速度VW，调转90°时与开始调头时比较，漂角β增大，相对速度VW也增大，水动力FW显著增大，但水动力中心位置同时从船首向后移动，假设船舶以重心G点为支点偏转，力臂有所减小，根据我们在无风情况下大型集装箱船的调头经验分析，水动力转船力矩N（β）还是明显增大。

对比式（2）和式（4），我们可以看出，假设拖轮拖力产生的转船力矩N（T）与舵力的转船力矩N（β）不变，反方向作用的水动力转船力矩N （β）明显增大，同时风力转船力矩N（α）已经由正变负，调转90°时与开始调头时比较，转船力矩N明显减小，甚至为负数。这就是我们在引航实践过程中，发现船舶调转90°附近时，船首偏转明显停滞甚至出现反方向偏转的原因。

船舶一旦出现船首偏转明显停滞甚至出现反方向偏转的现象，通过加速增大舵力转船力矩的风险极大，这时候前冲速度会明显增大，但船首偏转效果并不好，稍有不慎会造成碰撞码头的恶性事故，上海港水域曾经就发生过此类案例。此时唯一可行的办法应该是倒车，及时将船舶减速，甚至有后退速度。如图4所示，当船舶后退时，水动力中心移动至重心G点之后，并产生船尾向右偏转的水动力转船力矩，船首开始明显向左偏转，最终完成整个调头过程。

三、操纵实例

2015年11月26日，笔者引领大型集装箱船“新赤湾”轮（船长279.8米，船宽40.3米，前吃水10.2米，后吃水10.8米），0732时过D5灯浮，于长江口深水航道大风浪作业区（D18灯浮附近）登轮，计划1300时靠外高桥五期2泊位，调头靠涨水；当日中浚高潮1057时，潮高4.64米，西北风8级（约19 米/秒）。

1230时抵达A54A灯浮，当时由于风大，靠离泊的集装箱船都增加协助拖轮数量，所以只有“海港58”（5 000马力）前来协助调头。命令拖轮左舷尾部顶推，涨流流速约2.0节。起始航向300°，航速7.5节，调至航向210°时，航速3节左右，船首距离码头约0.3 n mile，当时已经是停车状态，左舷尾部拖轮仍处于全速顶推中，首侧推全速向左，但转头角速度几乎为零，考虑到船首与码头几乎垂直，且距离很短，立即下令后退一，随着航速的持续下降，直至后退速度出现时，船首向左偏转明显加快，随即停车。航向转至约140°时，微速进车，把定，首侧推停止并命令拖轮停止顶推。随后，另外两艘拖轮“海港31”和“秉业1”到位协靠，顺利完成靠泊任务，调头靠泊过程如图5所示。

从整个调头过程来看，在船首转过约90°时，右舷受横风作用，出现滞转现象，通过倒车使船舶产生后退速度，使水动力中心位置后移，产生“尾迎风”；同时，转心也向后移动，船首侧推效果增强，调头过程得以顺利完成。

四、注意事项

（1）船首出现滞转或反方向偏转现象，采取倒车措施后，如果发现船舶滞转或反方向偏转趋势仍不能抑制，应果断抛锚，稳住船舶。

（2）拖轮的协助是调头安全完成的必要保证。[3]但当风力≥7级或浪高超过2米时，拖轮会在风浪中上下跳跃，无法发挥应有的作用，实际操作时应特别注意。上海港引航站规定：当风力达到20 米/秒及以上，船舶操纵受到严重影响，有可能危及大船、拖轮或码头设施的安全，原则上应取消靠离泊作业。

（3）流急时，整个调头过程船身向下流漂移的距离约为3倍船长，故一般在船首到达本船泊位下端即开始调头，一边调头一边向下流漂移，至调头完毕后船位位于泊位上游1～2倍船长，可供船舶调整船位便于靠泊。[4]

（4）无论船舶大小，顺流调头靠泊一般应分两步操作，即先调好头，调头完毕后与码头保持足够的安全距离，然后再进行靠泊操作，不可一边调头一边靠泊。

图4　倒车后的受力示意图

图5　“新赤湾”轮调头靠泊示意图

五、结束语

上海港外高桥水域船舶流量大，船舶动态多变。大型集装箱船外高桥水域顺流调头是整个引航操纵过程中重要的一环，一定要做到计划周全，观察到位，合理控速，选择合适的初始位置及恰当的时机进行调头操纵。遇到强风天气时，应充分了解船舶的载况与性能，以及风流对船舶操纵的影响，对调头过程中可能出现的各种异常情况及其防范措施做到心中有数，并及早做好应急准备。尽管本文是以强西北风为例进行了大型集装箱船外高桥水域顺流调头操纵的受风偏转规律分析，但这种风流条件是船舶调头靠泊时最为典型、复杂的情况，其基本操纵原理与注意事项也广泛适用于其他风向、船舶类型及水域。

参考文献:

[1]陈勇胜.超大型船舶在外高桥水域顺流掉头靠泊的操纵[J].航海技术,2012(4):16-18.

[2]王逢辰,古文贤,郑经略.船舶操纵与避碰[M].北京:人民交通出版社,1992.

[3]袁忠德.试论吴淞口外大型船舶顺流进口靠泊前的掉头操纵[J].珠江水运,2012(12):25-27.

[4]上海市航海学会,上海港引航管理站.上海港引航实用手册[M].上海:上海远东出版社,2003.

DOI:10.16176/j.cnki.21-1284.2016.06.007

作者简介：沈群章（1969—），男，一级引航员，E-mail：sqzshen88@sina.com