拖带大型重载无动力船舶进上海港的论证和实操

沈 灏

（上海港引航站，上海 200082）

0 引言

2019 年12 月18 日，“雅达”（YADAR）轮，全长209 m、吃水11.3 m，在长江口一号锚地准备起锚进港时，发现主器故障无法修复，失去动力。该轮的代理公司随即申请作为无动力船舶，要求拖带进港，便于卸货和进厂修理。由于大型重载无动力船舶进港拖带作业的特殊性、复杂性和高风险性，一般引航员相对缺乏相关的拖带作业经验。为此，上海港引航站首先评估拖带作业的可行性，根据在一定拖带速度条件下的受力情况计算，确定无动力船舶的拖带应该使用的拖船数量和功率；其次，考虑如何在拖带时减小偏荡和航迹带宽度，防止偏离航线而导致搁浅或碰撞灯浮等事故的发生；最后选择合适的拖带方式、合理的配置拖船、一定的水文气象条件、以老带新双人引航的模式，确保该轮的拖带作业安全。

1 大型重载无动力船舶信息和选择的水文气象

1）“雅达”轮，总长Loa为209 m、垂线间长LPP为192m、型宽B 为32.3 m、型深D 为21.2 m、吃水D 为11.3m，排水量为73214.4 t，方形系数Cb为0.832，水线以上船体正面投影面积约为720 m2，水线以上船体侧投影面积约为2610 m2。

2）大型重载无动力船舶的拖带作业条件。根据以往成功拖带的经验，应选择能见度良好，视程大于2 nmile；风速小于4 级（最大值10 m/s）的天气，便于拖船发挥作用和确保其安全；避开大潮汛，以减小横流对拖带船队偏荡和航迹带的影响。

2 拖船配置

大型重载无动力船舶进行拖带进港作业，在狭窄的航道内受风流影响较大，为了保持船位，防止偏荡带来的搁浅和碰撞灯浮风险，需要进行保向、改向、推进和制动等复杂多变的操纵，因此拖船的配置方案显得尤其重要。只有进行科学计算和制定合理的拖船配备方案，才能保证大型重载无动力船舶的拖带进港安全。

2.1 拖带船队阻力的计算

无动力船舶需要依靠拖船提供的动力来克服阻力，拖船的拖力决定无动力船舶的拖带速度。无动力船舶和拖船在航行时都会产生阻力，整个船队的总阻力是无动力船舶的总阻力与所有拖船的总阻力之和，拖带速度与整个船队的总拖力成正比关系。

1）无动力船舶总阻力的计算

无动力船舶的总阻力R无，由摩擦阻力Rs、剩余阻力Rr和附加阻力Re组成，其计算公式如下：

阻力计算公式有很多系数，在计算不同对水速度下的阻力值时，为了安全起见都选用最大值。这里取风速4 级、拖带速度6 kn 为例进行计算。

①摩擦阻力的计算

式中：Rs为摩擦阻力，kN；f 为摩擦阻力系数，取0.167；V为拖带速度，m/s；A1为船舶的水下湿表面积，m2。A1根据船舶吃水在船舶资料中查得，或根据船舶的船长、船宽、吃水、方形系数Cb等基本数据求得。散货船：A1=LPP（1.7d+BCb），式中LPP为船舶垂线间长、B 为船舶型宽、d 为船舶吃水。

则：Rs=0.167［LPP（1.7d+BCb）］V1.83×10-3=114.4 kN。

②剩余阻力的计算

式中：Rr为剩余阻力，kN；μ 为剩余阻力系数，取14.7；A2为水线下船中横剖面积，A2=CmBd（m2）；Cm为船舯剖面系数，范围0.85～0.99；这里取最大值0.99。

则：Rr=14.7CbCmBdV1.74+0.15V×10-2=526.3 kN。

③附加阻力的计算

式中：Re 为附加阻力，kN；Rw为空气阻力，其计算公式为：Rw=1.6488Aa（Vw+V）2×10-2；Aa为船舶水线以上船体正面投影面积；Vw为风速，m/s；R1、R2、R3分别为船舶的附体阻力、污底阻力和汹涛阻力，其大小仅为船舶空气阻力与基本阻力之和的2%～4%，这里取3%。

则：Rw=1.6488Aa（Vw+V）2×10-2=222.5 kN，Re=Rw+R1+R2+R3=Rw+（Rw+Rs+Rr）3%=248.4 kN，

无动力船舶在风速4 级、拖带速度6 kn 时的总阻力为：R无=Rs+Rr+Re=889.1 kN。

2）拖船总阻力的计算

在整个拖带船队中，拖船能发挥出的有效拖力是在克服自身所受的阻力后剩余的。在进行大型无动力船舶进港拖带作业时，往往使用多艘拖船，尽管拖船的尺度不大，但是多艘拖船的总阻力不能忽略，有必要对所有拖船的总阻力进行计算。因上海港的作业拖船在船型尺度上接近，在外部形状上相似，阻力也基本相同，因此根据前面的阻力计算公式只计算一艘尺度最大的拖船在6 kn 对水速度时的阻力即可，得出R拖=49.8 kN。

3 确定拖带无动力船舶时使用拖船的功率和数量

按照对主要3 种拖船（Z 型、VSP 型、CPP 型）的试验比较得出，对于全旋回式拖船（Z 型）每73.5 kW（100 HP）主机输出功率可提供15.3 kN 的拖力。在拖船的实际使用中，由于拖船船龄、缆绳系带方式、风浪的影响及运营经济性等原因，同时也考虑到拖船不能长时间以满负荷的方式工作，在计算拖船的常用拖力时，可按正车系柱拖力的80%来考虑。“海港61”轮的额定功率是4420 kW，作为主拖船，可以提供的系柱拖力为920.1 kN，那么常用拖力为736.1 kN。当只考虑“雅达”轮的总阻力时，“海港61”轮的系柱拖力可保证拖带船队速度接近6 kn。

根据经验，在港口水域的短距离拖带作业，一般用一艘大功率拖船在船首吊拖作为主拖船，但拖缆的水平张角过大会损失一部分拖力。在船尾部左右舷各绑一艘功率约2000 kW 的拖船，既能提供前进的动力，又能进行制动和协助转向。在船首部右舷绑一艘功率约2000 kW拖船，用于应急、协助转向和抑制偏荡；按计划，该拖带船队趁潮水顺水进港，抵达码头附近水域时是初落水，左舷靠泊，所以系带在船首右舷。由此可见，这样配置拖船和考虑拖船的阻力，在“海港61”轮常用拖力的拖带下，速度能超过6 kn，满足拖带的需要。图1 为此次大型重载无动力船舶拖带的拖船配置示意图。

图1 大型重载无动力船舶拖带的拖船配置示意图

4 大型重载无动力船舶拖带作业所需航道宽度计算

大型重载无动力船舶在航道中行驶时，对水速度较低，易受到风流的影响，船位较难保持在航道的中心线上，需要预配较大的风流压角，占用航道宽度相应增加。因此有必要对“雅达”轮的航行宽度进行计算。

根据《海港总体设计规范》的规定，所需航道宽度W 的取值按下面公式计算。

双向航道：W=2A+b+2c；

单向航道：W=A+2c；

航迹带宽度：A=n（Lsinγ+B总）。

式中：n 为满载船舶漂移倍数；γ 为风、流压偏角；L 为拖带船队总长；B总为拖带船队总宽度；C 为船舶和航道底边的富裕宽度；b 为船舶间的富裕宽度。

根据该大型重载无动力船舶参数和本港的水文气象数据，计算得到较大横流1.5 kn 时，取n=1.59、γ=10°、C=0.75B，计算得出拖带船队所需要航道宽度为172.7 m。航道的宽度能够满足“雅达”轮进港拖带作业所需要单向航道宽度的要求，本次无动力拖带作业是安全可行的。

5 “雅达”轮拖带进港的实际操纵

考虑到“雅达”轮的吃水深、吨位大、受风和流等的影响大，进港航道比较狭窄，航行距离较长，所以应选择在气象、水文较合适的时机拖带进港，根据气象预报和《潮汐表》，接受引航申请的第二天满足要求。12 月19 日，能见度良好，视线为4 nmile；风速9 m/s，风向330°；当日小潮汛，高潮时间为09:36。计划引航员于0500 时在长江口锚地登上该轮，以便带拖船和提前准备，于初涨潮时段到达长江口灯船。拖带过程中主要的工作及操纵要点：

1）两位引航员从北槽引航船乘坐拖船到长江口锚地，于04:45 登上“雅达”轮。登轮后，引航员立刻与船长详细交流了拖带方案、核对了船舶资料，征求船长对拖带方案的意见和建议。船长向引航员说明该轮除了主机无法使用外，其他设施都正常；目前处于抛锚状态，锚链7 kn。引航员要求船长安排船员带妥4 艘拖船，并做好起锚的准备。两位引航员进行了分工，主引航员负责引领船舶、指挥拖船；辅助引航员负责定位、VHF 通报和联系周围船舶，协助瞭望等。

2）引航员给4 艘拖船分配了工作，也就是“海港61”轮作为主拖，系带在船首；“海港10”和“海港11”轮作为绑拖，系带在船尾的左右舷；“海港14”轮系带在船首右舷主甲板的位置。同时交待了拖带的要求和发生断缆等意外的应对措施、通信联系的VHF 频道和应急联系方式等。

3） 4 艘拖船系带完毕后，“雅达”轮开始起锚，0600时锚离底，“海港61”轮开始起拖，“海港10”和“海港11”轮也开慢车协助，拖带船队开始趁着潮水顺流进港。

4） 07:22 时，“雅达”轮经过长江口灯船，此时船队航速达到8.7 kn。尽管北槽航道基准水深为12.5 m、航道宽度为500 m，但对于该拖带船队来说可航行水域宽度且不富裕，需要引航员依靠平时积累的经验、助航设备等精准的操纵和拖船的高度配合以及对当时潮流风向对船舶的影响有着预先的判断。07:30 时正是长江口涨水的时期，航道走向是270°，预配了约15°的风流压差。引航员还通过及时调整航向，使船位始终保持在航道中间偏右的位置。

5）两位引航员运用船上先进的雷达和电子海图信息显示系统（ECIDS），时刻检查船位的偏差，根据船位及时指挥拖船的操纵。为了减少“雅达”轮的偏荡和航迹带宽度，用该轮操大角度的舵角进行抑制。该拖带船队08:14过D11灯浮、09:36 过D25 灯浮、10:42 过D37 灯浮、11:55 过圆圆沙灯船。

6）北槽航道有3 个弯头，是这次拖带的难点之一。引航员采取慢速过弯和拖船协助的方法，即拖带船队在抵达弯头前先减慢船速，推送命令“海港14”轮做好拖或顶的准备，顺利通过了3 个弯头。

7） 靠泊操纵。“雅达”轮在安全抵达泊位附近水域时，解掉主拖“海港61”轮和左舷绑拖的“海港10”轮，利用右舷绑拖的“海港11”轮和“海港14”轮，根据“雅达”轮的横移速度指挥二艘拖船调整拖拉或顶推的力量，最后于14:22安全靠妥码头。

6 经验总结

经过这次长达九个半小时“雅达”轮的拖带引航任务，对大型重载无动力船舶拖带进上海港的理论与实践有了进一步的认识和理解。1）港内狭窄水域大型重载无动力船舶的拖带操纵是一项高难度的引航作业，拖航前应进行可行性分析；提前制定拖带引航方案，并且与拖船、船方和港方等相关的单位协调沟通，共同研讨拖带引航方案，明确职责、任务和分工。2）要选择气象状况良好、风力较小、小潮汛的情况下进港，可以大大降低风致漂移和流致漂移对无动力船产生的影响和造成的碰撞灯浮和搁浅事故的发生，确保拖带安全。3）本次拖带引航任务，拖船的作用非常重要，因此大型重载无动力船舶应与拖船之间保持有效的通信联络，确定应急措施和备用频道，密切配合、协调动作，并随时注意拖船缆绳情况并体谅其操纵的难处，确保拖船安全。4）拖带引航中要运用良好船艺，充分估计风流压差，利用一切可用的导航设施和助航设备，及时修正船位，在航道中保持船位在上风上流的位置，防止船队偏航而造成碰撞灯浮或搁浅。5）除了主拖“海港61”轮带拖缆外，其他三艘拖船都应该带缆绳进行绑拖，可以预防拖带过程中的不测。6）保持与海事部门的联系，便于海事部门对拖航经过的水域进行交通组织；安排海巡船全程护航，防止其他施工船舶、渔船等妨碍拖航操纵。7）要合理利用潮水，趁着涨潮时进港，以保证一定的安全航速，尽快、安全通过北槽深水航道。事实证明，只要选择合适的外部条件、做好充分的准备和发挥驾驶台资源的作用，大型重载无动力船舶在上海港的进港拖带是安全可行的。

7 结语

较之有动力的普通大型重载船舶进出港引航，大型重载无动力船舶拖带作业难度大、风险大、技术要求高，从确保航行安全的角度考虑，事先进行科学的计算和理论研究非常有必要，能使引航员预估到各个航行阶段的运动状态、难处和要注意的问题，并根据计算结果做好拖带方案。通过对这次大型重载无动力船舶拖带作业的事前计算、事后总结，对今后大型重载无动力船舶的拖带作业和主机突然故障情况下的应急处置具有一定的参考意义。