碼頭防沖護舷選型與布置應注意的問題

劉曄

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

在碼頭結構設計中，作為附屬設施的防沖護舷一般根據到港船型、靠泊方式、靠泊角度、靠岸船速及水位變動幅度等因素進行選型與布置，并不十分復雜，但是對于其中的一些細節還是有必要進行深化研究。

1 防沖護舷的常規選型與布置方法

1.1 船舶靠泊有效撞擊能量的計算

船舶靠泊時的有效撞擊能量按下式計算[1]：

式中：E0為船舶靠岸時的有效撞擊能量，kJ；ρ為有效動能系數，取值范圍0.7～0.8；m為船舶質量，t，按設計船型的滿載排水量計；Vn為船舶的法向靠岸速度，m/s，與靠泊條件、操船經驗有關，國內外規范都給出了選取的建議值[1-2]。

1.2 護舷的布置

1.2.1 豎向布置

護舷的豎向布置應能夠保證各類到港船舶在不同水位、不同裝載狀態下，均可以良好地接觸護舷表面。

1.2.2 水平布置間距

護舷的水平布置間距與碼頭結構形式、船舶的靠泊方式、靠泊角度以及護舷的特性有關，護舷間的水平距離應保證當船舶擠壓護舷后，船體不會碰觸碼頭，常按照下式計算[3]：

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

2 存在問題及原因分析

盡管設計中對護舷的豎向和水平布置間距都進行了計算，但在實際使用過程中，船舶自行靠泊時碰撞碼頭的事例并不少見。圖1是自行靠泊時被船首部撞壞的護輪坎。

為了弄清楚船首碰撞碼頭的原因，以下重點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成，船體分為首部進流段、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：艏柱在設計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，方便布置錨機和系船設備，常在遠洋郵輪和一些貨船上使用。

4） 破冰型艏：設計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，故應用于破冰船。

5）球鼻型艏：設計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，使艉部大部分浸入水中，既可減少航行阻力，又有利于保護舵和螺旋槳，同時還獲得了較大的艉部甲板面積，方便布置舵機，缺點是構造較為復雜。

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

在船舶設計時，設計者重點考慮船舶的經濟性和快速性，同時兼顧耐波性、操縱性與穩性，依此確定船體的線形。有時使用要求與性能指標不能同時滿足，則需要適當降低性能指標去適應使用以及布置方面的要求。

很多船舶將艏部在設計水線以上的部分設計成較大的外飄，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Fig.2 Container ship and generalcargo ship ofbow flare

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

式（2）中，防沖護舷水平布置間距的計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，對當前設計方法來說，需對細節做進一步的完善。

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，型線圖的數據集中匯總在型值表中。型線圖能夠準確地反映船體的曲線變化，是做好碼頭護舷選型與布置的可靠依據。

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計階段根本無法預測，而船舶研究部門也沒有對船體外形的統計分析數據，這使利用型線圖進行碼頭護舷布置難度重重，甚至不太現實。不過，碼頭的設計者在了解船舶外形特征后，可以采取適當的辦法盡量做到護舷布置合理。

3 建議采取的措施

許多資料都提示設計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，經常靠泊集裝箱船、多用途船及雜貨船的碼頭，應適當減小護舷的水平布置間距，并通過合理確定護舷的安裝高程和恰當選擇護舷的形式來保護碼頭前沿免被碰撞。

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

圖3 外側采用圓弧形狀的護輪坎Fig.3 Using guard curbsof circular arc shape in lateral

4 結語

近年來，我國港口的規模和等級不斷提升，大型泊位數量大幅度增加。大型船舶進港一般都會安排拖輪協助靠泊，基本能夠保證船體近似于平行地接觸碼頭護舷。可是，在到港船舶的總量中，畢竟小型船舶占絕大多數。小型船舶很多時候依靠自行靠泊。此外，伴隨我國“走出去”戰略的實施，我國也為很多發展中國家設計碼頭，這些國家的港口多沒有使用拖輪習慣，因此，從設計角度來看，深入研究船舶自行靠泊情況下的護舷布置是有實際意義的。

為了使護舷的選型與布置得到可靠的依據，設計時應盡可能收集船舶的型線圖，如果收集型線圖確有困難，對于靠泊集裝箱船、多用途船以及雜貨船的碼頭，應充分考慮船體的線形，合理選擇護舷的形式、水平布置間距和安裝高程，且將護輪坎的外坡面盡量向內傾斜，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，港口工程荷載規范[S].JTS144-1—2010,Load code forharborengineering[S].

[2]日本港灣協會.港灣の施設の技術上の基準同解說：上卷[M].2007.The Ports&Harbours Association of Japan.Technicalstandards for harbor construction：volume1[M].2007.

[3]交通部第一航務工程勘察設計院.海港工程設計手冊：中冊[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.