劉曄

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

在碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，作為附屬設(shè)施的防沖護(hù)舷一般根據(jù)到港船型、靠泊方式、靠泊角度、靠岸船速及水位變動(dòng)幅度等因素進(jìn)行選型與布置，并不十分復(fù)雜，但是對(duì)于其中的一些細(xì)節(jié)還是有必要進(jìn)行深化研究。

1 防沖護(hù)舷的常規(guī)選型與布置方法

1.1 船舶靠泊有效撞擊能量的計(jì)算

船舶靠泊時(shí)的有效撞擊能量按下式計(jì)算[1]：

式中：E0為船舶靠岸時(shí)的有效撞擊能量，kJ；ρ為有效動(dòng)能系數(shù)，取值范圍0.7～0.8；m為船舶質(zhì)量，t，按設(shè)計(jì)船型的滿載排水量計(jì)；Vn為船舶的法向靠岸速度，m/s，與靠泊條件、操船經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，國(guó)內(nèi)外規(guī)范都給出了選取的建議值[1-2]。

1.2 護(hù)舷的布置

1.2.1 豎向布置

護(hù)舷的豎向布置應(yīng)能夠保證各類到港船舶在不同水位、不同裝載狀態(tài)下，均可以良好地接觸護(hù)舷表面。

1.2.2 水平布置間距

護(hù)舷的水平布置間距與碼頭結(jié)構(gòu)形式、船舶的靠泊方式、靠泊角度以及護(hù)舷的特性有關(guān)，護(hù)舷間的水平距離應(yīng)保證當(dāng)船舶擠壓護(hù)舷后，船體不會(huì)碰觸碼頭，常按照下式計(jì)算[3]：

式中：P為護(hù)舷間距，m；R為船體側(cè)舷最小曲率半徑，m；h為護(hù)舷被壓縮后的高度，m。

2 存在問題及原因分析

盡管設(shè)計(jì)中對(duì)護(hù)舷的豎向和水平布置間距都進(jìn)行了計(jì)算，但在實(shí)際使用過程中，船舶自行靠泊時(shí)碰撞碼頭的事例并不少見。圖1是自行靠泊時(shí)被船首部撞壞的護(hù)輪坎。

為了弄清楚船首碰撞碼頭的原因，以下重點(diǎn)分析船體的外形輪廓。

2.1 船體外形

船體的外形由橫向和縱向雙重曲度的流線型曲面構(gòu)成，船體分為首部進(jìn)流段、中部的平行中體段和尾部去流段。

船首常見的形狀包括：

圖1 被撞壞的護(hù)輪坎Fig.1 The damage guard curbs

1）直立型艏：船首部輪廓線與基線垂直或接近垂直。這種船的首部甲板面積不大，主要用于駁船或特種船舶。

2）前傾型艏：艏柱呈直線或略帶曲線向前傾斜。這種船線型簡(jiǎn)潔，有快速感，艏部不易上浪，多用于軍用船只。

3）飛剪型艏：艏柱在設(shè)計(jì)水線以上呈凹形曲線，艏部不易上浪，且可獲得較大的甲板面積，方便布置錨機(jī)和系船設(shè)備，常在遠(yuǎn)洋郵輪和一些貨船上使用。

4） 破冰型艏：設(shè)計(jì)水線以下的艏柱呈傾斜狀，與基線約呈30°夾角，有利于沖頂浮冰，故應(yīng)用于破冰船。

5）球鼻型艏：設(shè)計(jì)水線以下的艏部前端有球鼻型突出體，能夠減小興波阻力，常用于遠(yuǎn)洋貨船和軍艦。

船尾常見的形狀主要包括：

1） 橢圓形艉：艉部甲板呈橢圓形，艉柱垂直。橢圓形艉過去多為民用船，目前僅用于一些駁船。

2）巡洋艦型艉：將滿載水線附近的艉部水線加長(zhǎng)，使艉部大部分浸入水中，既可減少航行阻力，又有利于保護(hù)舵和螺旋槳，同時(shí)還獲得了較大的艉部甲板面積，方便布置舵機(jī)，缺點(diǎn)是構(gòu)造較為復(fù)雜。

3）方形艉：艉部呈平直狀，其他方面維持巡洋艦型艉的特點(diǎn)，多用于高速艦艇及貨船。

在船舶設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者重點(diǎn)考慮船舶的經(jīng)濟(jì)性和快速性，同時(shí)兼顧耐波性、操縱性與穩(wěn)性，依此確定船體的線形。有時(shí)使用要求與性能指標(biāo)不能同時(shí)滿足，則需要適當(dāng)降低性能指標(biāo)去適應(yīng)使用以及布置方面的要求。

很多船舶將艏部在設(shè)計(jì)水線以上的部分設(shè)計(jì)成較大的外飄，以增加甲板面積，方便堆貨。具有這種特征最明顯的是集裝箱船、多用途船和雜貨船（圖 2）。

圖2 船首外飄的集裝箱船和雜貨船F(xiàn)ig.2 Container ship and generalcargo ship ofbow flare

當(dāng)這類船舶自行靠泊時(shí)，船體是以一定的角度接近碼頭，由船首段先擠壓到護(hù)舷。如果碼頭的防沖護(hù)舷布置不當(dāng)，船首的外飄部分就會(huì)碰撞碼頭。

式（2）中，防沖護(hù)舷水平布置間距的計(jì)算只考慮了船體的縱向曲線，并沒有考慮到沿船體豎直方向的曲線，對(duì)當(dāng)前設(shè)計(jì)方法來說，需對(duì)細(xì)節(jié)做進(jìn)一步的完善。

2.2 船體型線圖

船體的型線圖由橫剖線圖、縱剖線圖、半寬水線圖組成，型線圖的數(shù)據(jù)集中匯總在型值表中。型線圖能夠準(zhǔn)確地反映船體的曲線變化，是做好碼頭護(hù)舷選型與布置的可靠依據(jù)。

然而，收集型線圖并非易事，每一條船的型線圖都不一樣。公用碼頭的靠泊船只在設(shè)計(jì)階段根本無法預(yù)測(cè)，而船舶研究部門也沒有對(duì)船體外形的統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，這使利用型線圖進(jìn)行碼頭護(hù)舷布置難度重重，甚至不太現(xiàn)實(shí)。不過，碼頭的設(shè)計(jì)者在了解船舶外形特征后，可以采取適當(dāng)?shù)霓k法盡量做到護(hù)舷布置合理。

3 建議采取的措施

許多資料都提示設(shè)計(jì)者要留意靠泊船型的輪廓曲線及球鼻型艏[4-6]，只是這些資料并沒有給出具體建議。

在無法獲取型線圖的情況下，經(jīng)常靠泊集裝箱船、多用途船及雜貨船的碼頭，應(yīng)適當(dāng)減小護(hù)舷的水平布置間距，并通過合理確定護(hù)舷的安裝高程和恰當(dāng)選擇護(hù)舷的形式來保護(hù)碼頭前沿免被碰撞。

碼頭前沿的護(hù)輪坎可以將外坡的角度加大或選擇圓形弧面，在主護(hù)舷之間安裝D型護(hù)舷也可以起到一定的防護(hù)作用（圖3）。

圖3 外側(cè)采用圓弧形狀的護(hù)輪坎Fig.3 Using guard curbsof circular arc shape in lateral

4 結(jié)語

近年來，我國(guó)港口的規(guī)模和等級(jí)不斷提升，大型泊位數(shù)量大幅度增加。大型船舶進(jìn)港一般都會(huì)安排拖輪協(xié)助靠泊，基本能夠保證船體近似于平行地接觸碼頭護(hù)舷。可是，在到港船舶的總量中，畢竟小型船舶占絕大多數(shù)。小型船舶很多時(shí)候依靠自行靠泊。此外，伴隨我國(guó)“走出去”戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)也為很多發(fā)展中國(guó)家設(shè)計(jì)碼頭，這些國(guó)家的港口多沒有使用拖輪習(xí)慣，因此，從設(shè)計(jì)角度來看，深入研究船舶自行靠泊情況下的護(hù)舷布置是有實(shí)際意義的。

為了使護(hù)舷的選型與布置得到可靠的依據(jù)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能收集船舶的型線圖，如果收集型線圖確有困難，對(duì)于靠泊集裝箱船、多用途船以及雜貨船的碼頭，應(yīng)充分考慮船體的線形，合理選擇護(hù)舷的形式、水平布置間距和安裝高程，且將護(hù)輪坎的外坡面盡量向內(nèi)傾斜，以避免自行靠泊的船只碰撞碼頭，保證碼頭的使用安全。

[1]JTS 144-1—2010，港口工程荷載規(guī)范[S].JTS144-1—2010,Load code forharborengineering[S].

[2]日本港灣協(xié)會(huì).港灣の施設(shè)の技術(shù)上の基準(zhǔn)同解說：上卷[M].2007.The Ports&Harbours Association of Japan.Technicalstandards for harbor construction：volume1[M].2007.

[3]交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院.海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)：中冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2001.CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.Harbor engineering design handbook:middle volume[M].Beijing:China Communications Press,2001.

[4] British Standard 6349-4,Maritime structures-Part 4:Code of practice fordesign of fenderingandmooringsystems[S].

[5]THORESENCarlA.Portdesigner'shandbook[M].3rd ed.American Society ofCivilEngineer,2005.

[6] International Navigation Association.Guidelines for the design of fender systems[M].Brussels:PLANC General Secretariat,2002.