遮蔽水域船舶的抗風(fēng)級別

馮振玉 浙江欣海船舶設(shè)計(jì)研究院 總工程師

上期談了“國際國內(nèi)氣象衡準(zhǔn)的抗風(fēng)等級”，本期談?wù)剣鴥?nèi)遮蔽水域船舶滿足氣象衡準(zhǔn)的抗風(fēng)級別。以舟山遮蔽水域?yàn)槔摰貐^(qū)的經(jīng)濟(jì)異常繁榮，加之有佛教圣地普陀山和金庸筆下桃花島等景區(qū)的魅力，商人、游客紛至沓來，使島嶼之間的交通異常繁忙，航班需求的數(shù)量迅速增多。該地區(qū)的另一個(gè)特點(diǎn)是刮風(fēng)天很多，六級風(fēng)幾乎是海上氣象的常態(tài)。由于以前各類船舶沒有人給出具體的抗風(fēng)能力，致使港航責(zé)令停航的風(fēng)力偏于保守，給人們的出行帶來若干不便。2011年出臺了“舟山水域客船抗風(fēng)等級核定的原則和方法”（以下簡稱“原則和方法”），雖然禁航條件略有放寬，但依法規(guī)要求與所對應(yīng)氣象預(yù)報(bào)的實(shí)況進(jìn)行分析，該“原則和方法”中某些規(guī)定還是值得探討。

氣象預(yù)報(bào)風(fēng)級風(fēng)速與法規(guī)限定風(fēng)級風(fēng)速的關(guān)系

我國是按世界氣象組織（WMO）推薦的蒲福風(fēng)標(biāo)進(jìn)行風(fēng)級預(yù)報(bào)的，風(fēng)力以海平面以上10m高處的風(fēng)力為準(zhǔn)。風(fēng)速V（平均風(fēng)速）與風(fēng)級N的關(guān)系是：V=0.836N1.5（m/s）；N=10(logV+0.0778)/1.5。 海 上風(fēng)級、風(fēng)速與波高的關(guān)系見表1.1。

在《國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（以下簡稱法規(guī)）規(guī)定的完整穩(wěn)性中，各航區(qū)的基準(zhǔn)風(fēng)壓是以距離海平面6m高處的風(fēng)壓P6為準(zhǔn)。考慮到空氣為粘性流體，在同一時(shí)間內(nèi)，不同高度h處的風(fēng)速Vh沿垂向呈現(xiàn)梯度性分布。風(fēng)速梯度系數(shù)Kh用Vh與6m高度處的基準(zhǔn)風(fēng)速V6之比來表達(dá)，即Kh=Vh/V6。

法規(guī)規(guī)定的各航區(qū)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)見表1.2，其中個(gè)別風(fēng)壓值已按曲線光順的原則進(jìn)行了修正。不同高度h處的風(fēng)壓Ph與基準(zhǔn)風(fēng)壓P6及風(fēng)速Vh的關(guān)系為：

表1.1 氣象預(yù)報(bào)海上的風(fēng)級對應(yīng)的風(fēng)速及波高

表1.2 各航區(qū)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓與風(fēng)速匯總表

若將各航區(qū)的基準(zhǔn)風(fēng)壓換算成氣象預(yù)報(bào)的風(fēng)級，可以用表1.2中各航區(qū)對應(yīng)的平均風(fēng)速V10在表1.1中進(jìn)行插值，其結(jié)果分別為13.8級、11.3級和8.9級。但抗風(fēng)需要覆蓋風(fēng)級的全部風(fēng)速，故最終預(yù)報(bào)應(yīng)按表1.1各級風(fēng)的最大風(fēng)速進(jìn)行插值，最大風(fēng)速的插值結(jié)果分別為13.3級、10.8級和8.4級。另根據(jù)氣象預(yù)報(bào)的風(fēng)級全是整數(shù)，故K=1時(shí)可抗氣象預(yù)報(bào)陣風(fēng)的級別分別是：遠(yuǎn)海航區(qū)13級，近海航區(qū)10級，沿海航區(qū)8級。當(dāng)K＞1時(shí)，抗風(fēng)級別有可能會(huì)提高，但具體要按下述3.2進(jìn)行計(jì)算后才能預(yù)報(bào)。

“原則和方法”存在的問題

在“原則和方法”中，有如下的規(guī)定：

1) 對國內(nèi)法規(guī)已經(jīng)明確的舟山地區(qū)的遮蔽航區(qū)內(nèi)，如結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足近海航區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，則可核定船舶的抗風(fēng)等級為9級，但限制航行浪高不超過2.5m。

2) 對國內(nèi)法規(guī)已經(jīng)明確的舟山地區(qū)的沿海航區(qū)內(nèi)，如結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足遠(yuǎn)海航區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，則可核定載客不載車時(shí)的抗風(fēng)等級為9級，但限制航行浪高不超過2.5m。如果客滾船同時(shí)也載運(yùn)車輛，開航時(shí)的風(fēng)級不得超過蒲氏8級。

顯然，“規(guī)定”存在一些問題。

一是再行校核的基準(zhǔn)點(diǎn)有錯(cuò)。對于“完整穩(wěn)性符合遠(yuǎn)海航區(qū)標(biāo)準(zhǔn)”的船舶，其抵抗的極限風(fēng)壓的能力至少也為P=1302Pa。而9級平均風(fēng)速是22.6m/s（見表1.1），其1.5倍風(fēng)速是33.9m/s，換算風(fēng)壓為P=845Pa，小于遠(yuǎn)海航區(qū)1302Pa的基準(zhǔn)風(fēng)壓。隨著風(fēng)壓的降低，其風(fēng)壓傾側(cè)力臂lf也會(huì)減小，按照氣象衡準(zhǔn)數(shù)K=lq/lf的公式，在lq不變而 lf減小時(shí)，其K值將會(huì)增大。也就是說，滿足遠(yuǎn)海航區(qū)氣象衡準(zhǔn)數(shù)的船舶，肯定會(huì)滿足“9級對應(yīng)的平均風(fēng)速上限的1.5倍計(jì)算”的氣象衡準(zhǔn)，故該項(xiàng)核算是毫無意義的。

二是沒有明確K值的大小與抗風(fēng)等級的關(guān)系。法規(guī)規(guī)定的氣象衡準(zhǔn) 數(shù) 是K≥1。 K=1與K＞1的船舶都滿足了法規(guī)要求，但它們的極限抗風(fēng)能力是不同的。如此一刀切地限定9級風(fēng)，肯定要制約某些船舶運(yùn)力的發(fā)揮，往往會(huì)造成資源的浪費(fèi)和旅客出行的不便。例如：滿足遠(yuǎn)海航區(qū)完整穩(wěn)性時(shí)，即使K=1，按最大風(fēng)速換算其極限抗風(fēng)能力也不低于13.3級，現(xiàn)限令其營運(yùn)的風(fēng)力僅僅是9級，降低抗風(fēng)能力超過4級，未免過于保守。對于K＞1的船舶，該限令會(huì)顯得更加保守。

三是將結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高一個(gè)航區(qū)標(biāo)準(zhǔn)來限制浪高是難以操作的。因船舶建造規(guī)范并沒有明確其結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)所對應(yīng)的浪高。對于營運(yùn)船舶，在大修之前還允許有結(jié)構(gòu)腐蝕極限，新船用到腐蝕極限前夕的各個(gè)時(shí)間段，幾乎無法找出其結(jié)構(gòu)狀態(tài)與浪高的對應(yīng)關(guān)系。如果結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高一個(gè)航區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的船舶才允許按文件限定浪高出航，那么，符合原航區(qū)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的船舶，又應(yīng)怎樣去限定其營運(yùn)的浪高呢？結(jié)構(gòu)規(guī)范對航區(qū)的修正，貫徹著綠色節(jié)能的精神。現(xiàn)人為地再去提高標(biāo)準(zhǔn)，既否定了規(guī)范原規(guī)定的條款，也扼殺了規(guī)范的綠色精神，實(shí)不相宜。

滿足氣象衡準(zhǔn)數(shù)K可以預(yù)報(bào)的抗風(fēng)能力

按K=1進(jìn)行大致的預(yù)報(bào)。抗風(fēng)級別的預(yù)報(bào)，要針對氣象預(yù)報(bào)陣風(fēng)級別的最大風(fēng)速來插值，因氣象預(yù)報(bào)風(fēng)級都是整數(shù)，故插值出的風(fēng)級只能取整，舍去小數(shù)。所謂大致的預(yù)報(bào)，就是不考慮K＞1時(shí)抗風(fēng)能力的提高，而只是按K=1預(yù)報(bào)航區(qū)船舶的可抗風(fēng)級（具體方法見前述1.2.3）。

按K＞1進(jìn)行實(shí)況預(yù)報(bào)。當(dāng)K＞1時(shí)，表明船舶可抗的風(fēng)級可能會(huì)高于法規(guī)所設(shè)定的風(fēng)級。但因各航區(qū)設(shè)定的基準(zhǔn)風(fēng)級不同、計(jì)算參數(shù)不同，若想預(yù)報(bào)超出原航區(qū)設(shè)定的風(fēng)級限制，則必須按法規(guī)規(guī)定的計(jì)算程序進(jìn)行插值校核之后才能決定。該項(xiàng)校核可以分為詳細(xì)計(jì)算和簡單計(jì)算兩種形式 ：

UEA無縫防水技術(shù)是施工人員把膨脹應(yīng)力加入到混凝土結(jié)構(gòu)收縮應(yīng)力中，達(dá)到排水的效果。進(jìn)行接縫處理過程中要將裂縫進(jìn)行減小，同時(shí)要把混凝土和鐵絲網(wǎng)采取隔開的處理。要讓混凝土和膨脹應(yīng)力出現(xiàn)互相作用，進(jìn)行澆筑的過程要放入U(xiǎn)EA膨脹混凝土。UEA膨脹混凝土是目前專門針對混凝土抗裂防滲的一種添加劑。

水域航區(qū)船舶航行

1）詳細(xì)計(jì)算

①在上表1.1中插值出想要抵抗陣風(fēng)風(fēng)級的最大風(fēng)速Vm；

②在法規(guī)“完整穩(wěn)性”的系數(shù)C1圖2.1.8上，查出現(xiàn)有航區(qū)和高一檔航區(qū)的橫搖角計(jì)算系數(shù)C11和C12；

③在上表1.2中找出船舶現(xiàn)有航區(qū)和高一檔航區(qū)設(shè)定基準(zhǔn)風(fēng)速V61和V62；

④將③找出的2個(gè)風(fēng)速V61和V62與②查出的C11和C12相對應(yīng)，再用Vm從中插值出新的橫搖角計(jì)算系數(shù)C1m；

⑤用此C1m按規(guī)定的后續(xù)步驟求出最小傾覆力臂lq；

⑥將該級最大風(fēng)速Vm換算成法規(guī)6m高處的基準(zhǔn)風(fēng)速V6=Vm/1.017；

⑦按表1.2插值出船舶風(fēng)壓中心處的風(fēng)速梯度系數(shù)Kh，求出該中心處的風(fēng)速Vh=KhV6；

⑧求出該船重新校核的計(jì)算風(fēng)壓Ph=0.7356（KhV6）2；

⑨按此新的風(fēng)壓Ph計(jì)算風(fēng)壓傾側(cè)力臂lf；

⑩計(jì)算K=lq/lf，只要K值不小于1，就滿足了想要抵抗陣風(fēng)的風(fēng)級要求。

2）簡單計(jì)算

①如需要將航區(qū)可抗陣風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)提高2級校核，可以簡單地直接按高一級航區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校核，只要K≥1，就滿足了可抗陣風(fēng)提高2級的預(yù)報(bào)要求。

②如需要將船舶航區(qū)的可抗陣風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)提高1級校核，可按法規(guī)的圖2.1.8及表2.1.5插出兩航區(qū)的中間值CX及PX，再進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算，最終只要K≥1，就滿足了可抗陣風(fēng)提高1級的預(yù)報(bào)要求。

由于在相臨航區(qū)之間所設(shè)定的基準(zhǔn)風(fēng)級相差均不小于2級，故按上述的簡單計(jì)算，其結(jié)論都是偏于安全的。

3）簡易判斷

作為提高抗風(fēng)級別的簡易判斷，只有各種裝載工況的氣象衡準(zhǔn)數(shù)均滿足K＞1.4時(shí)，才有提高一級抗風(fēng)能力的可能性；只有當(dāng)所有工況都滿足K＞2.0時(shí)，才有提高兩級抗風(fēng)能力的可能性。

進(jìn)行極限風(fēng)級預(yù)報(bào)的可行性

按3.2進(jìn)行K＞1的預(yù)報(bào)， 實(shí)質(zhì)是按新的風(fēng)級再行逼近K=1的預(yù)報(bào)，K=1的抗風(fēng)級別系理論上的極限風(fēng)級。因氣象衡準(zhǔn)數(shù)計(jì)算的本身就是應(yīng)用“確定性力學(xué)分析法”，既然法規(guī)規(guī)定允許K=1，按此值解析出的確定性答案進(jìn)行預(yù)報(bào)應(yīng)是無可非議的。況且，安全本身就沒有底限，過多保守的考慮缺乏可信的依據(jù)。那些純屬人為因素的隱患，即使限令再行保守，也是不可能杜絕的。

眾所周知，氣象衡準(zhǔn)數(shù)只與風(fēng)力有關(guān)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度只與波浪力有關(guān)。對于船舶的抗風(fēng)能力，應(yīng)依據(jù)氣象衡準(zhǔn)數(shù)的大小去判定，不宜隨意地追加限令。對于遮蔽航區(qū)，其風(fēng)浪的威力要比外海減弱很多，過度保守的限令，相當(dāng)于強(qiáng)制取消航班，既浪費(fèi)了社會(huì)資源，也給交通帶來某種程度的不便。實(shí)際上，很多漁船8、9級風(fēng)時(shí)還在外海堅(jiān)持作業(yè)呢。

SOLAS公約Ⅱ-1章有“主管機(jī)關(guān)如考慮到航程的遮蔽性及其條件，認(rèn)為實(shí)施本章的某些要求為不合理或不必要時(shí)，對懸掛該國國旗，并在其航程中距最近陸地不超過20n mile的個(gè)別船舶或某些類型的船舶，可免除這些要求”的規(guī)定，舟山地區(qū)航行的船舶，完全符合公約指出的該項(xiàng)特點(diǎn)，應(yīng)認(rèn)真地給予考慮放寬，至少不應(yīng)再額外地提高門檻。另《2008年國際完整穩(wěn)性規(guī)則》沒有航區(qū)的限制，滿足該衡準(zhǔn)時(shí)，最低也可抗無限航區(qū)的10級風(fēng)。對于遠(yuǎn)海航區(qū)的船舶，《國內(nèi)法規(guī)》規(guī)定可以直接引用《2008年國際完整穩(wěn)性規(guī)則》，若是在遮蔽航區(qū)引用，當(dāng)然更有安全裕度，且不會(huì)有什么擔(dān)當(dāng)責(zé)任的風(fēng)險(xiǎn)。