海洋平臺拖帶航道寬度計算

李永燁，鄭書禧，包興先

(1.中交水運規劃設計院有限公司，北京 100007;2.中國石油大學(華東)，山東 青島 266580)

?

海洋平臺拖帶航道寬度計算

李永燁1，鄭書禧1，包興先2

(1.中交水運規劃設計院有限公司，北京 100007;2.中國石油大學(華東)，山東 青島 266580)

針對海洋平臺一般不具備航行動力，在安裝期間出港需拖帶通航，而國內針對此類拖帶船隊的通航航道寬度計算并無明確規定，無法指導海洋平臺拖航專用航道設計及拖帶通航的安全評估的問題，選取典型海洋平臺，分別采用國內通航安全評估常用的《海港總體設計規范》、經驗算法、美國和加拿大的航道設計指南進行拖航航道寬度的計算分析，結果表明，國內經驗算法與美國和加拿大算法的結果較為接近，而《海港總體設計規范》計算結果明顯偏于保守。建議在工程中參照美國和加拿大航道設計指南，或按國內經驗算法進行航道寬度的設計和評估。

海洋平臺；拖帶；航道寬度

海洋平臺本身一般無動力，其在船廠建好后出海安裝需拖帶通航。在工程中發現，國內規范并無明確規定此類拖帶通航船隊的航道寬度該如何計算，當需開挖專用拖帶航道或進行拖帶通航安全評估時，研究標準往往不統一。過高的標準會造成工程投資的增加，過低的標準又使航行存在一定安全隱患。因此，有必要對相關標準進行梳理，為同類工程設計和評估提供依據。

1 海洋平臺拖帶方式

無動力海上設施的拖帶方式一般有前方吊拖、后方頂推，側邊傍拖，由于海洋平臺尺度巨大，其拖帶時一般是多種方式的組合，典型的拖帶方式見圖1。

圖1 海洋平臺拖帶船隊典型準確狀態

前方由一條大功率拖船(一般均大于9 400 kN(10 000 HP))通過龍須纜吊拖，提供船隊前行的動力，當動力不足時，可在前方加設副拖1和副拖2提供輔助動力，平臺尾部設副拖3和副拖4，主要起制動作用，各副拖的數量及布置可根據實際需要進行調整，包括增設傍拖等。具體如何配置，可根據海事引航部門意見及當地自然條件確定，但主拖通過龍須纜吊拖是最常見配置[1-2]。

2 國內海洋平臺拖帶航道寬度計算

由于沒有明確規定，國內不同單位在計算海洋平臺拖帶航道寬度時采用了不同的方法，結論往往差距較大，比較認為，計算方法主要包括以下2種。

1)參照《海港總體設計規范》進行計算。由于海洋平臺拖帶時航道需進行封航，參照《海港總體設計規范》對常規單一商船單向通航進行航道寬度的計算[3]。這也是國內現有的海洋平臺拖帶通航安全評估報告中測算航道寬度采用最多的方法。

W=A+2C

(1)

(2)

式中：W——單向航道通航寬度，m；

A——航跡帶寬度，m；

C——船舶與航道底邊線之間的富裕寬度，m；

n——船舶漂移倍數，海洋平臺拖航時，橫流一般要求小于0.5 m/s；

L——設計船長，m；

γ——風流壓偏角，(°)；

B——設計船寬，取海洋平臺寬度，m。

采用上述公式進行計算時，主拖、吊拖主纜及海洋平臺三者按剛性連接考慮，即計算船長L=L1+L2+L3。根據引航部門操作經驗，其中L2在外海拖帶時一般取300～500 m，在風浪條件較好的水域拖帶時，纜繩長度可適當縮短，但一般也不小于150 m。由于需開挖航道的區域一般在內海水淺、波浪條件較好水域，拖纜長度可縮短，計算時L2一般取150 m。

2)按國內經驗算法進行計算。國內還有一個經驗算法，平臺拖航所需通航寬度計算按下式計算。

W=B+L+2C

(3)

式中：W——通航寬度，m；

B——海洋平臺寬度，m；

L——幫靠拖輪長度，m；

C——船舶與航道底邊間的富裕寬度，m，考慮有拖船協助，取0.5B。

針對上述2種計算方法，選取了國內幾個典型海洋平臺，對其拖航航道寬度進行計算，結果見表1。

表1 國內常用算法計算海洋平臺拖帶航道寬度結果一覽表

由表1可見，就選取的實例而言，海洋平臺拖帶通航安全評估通常參照采用的《海港總體設計規范》法，其航道計算寬度平均較國內經驗算法大35.91%。

3 國外指南對拖帶航道寬度的計算

由于國內算法在計算結果上差距較大，參照美國和加拿大航道設計指南，并與國內算法進行比較。

1)參照美國航道寬度計算方法。美國陸軍工程兵團《Hydraulic Design of Deep-Draft Navigation Project》關于航道寬度的確定方法清晰明了，剔除了船隊形式等影響因素，僅根據航槽形成方式和船舶航行受到的流速大小，按船寬倍數來確定航道寬度[4]，見表2。

表2 航道設計寬度相對于船寬的倍數

海洋平臺拖帶時一般要求流速小于1 kn，因此其航道開挖寬度取3.25倍平臺型寬。

2)根據加拿大漁業和海洋部主持編訂的《National Maneuvering Guidelines》，航道寬度主要由航道設計寬度與富裕寬度2部分組成。其中單向航道設計寬度主要影響因素有船舶操縱性能、風和流、岸壁效應、導助航設施情況[5]。

① 不同船型的船舶操縱性系數和所需航跡帶寬度見表3。

表3 各種船型的船舶操縱性系數和所需航跡帶寬度

注：海洋平臺拖帶，由于缺乏動力，可按已損壞船只考慮取1.8B。

② 橫風引起的航道寬度增量參考值見表4。

橫流引起的航道寬度增量參考值見表5。

③ 岸壁效應影響船舶的操縱性能，其對航道寬度的影響見表6。

④ 不同助航條件對航道寬度的影響見表7。

⑤ 富裕寬度參照我國《海港總體設計規范》取0.5B。

表4 橫風引起的航道寬度增量參考值

注：平臺拖帶時一般要求風力小于5級(15.3 kN)，橫風一般小于15 kN，可取0.0B。

表5 橫流引起的航道寬度增量參考值

注：平臺拖帶時一般要求橫流小于0.5 kN，取0.3B。

綜上分析，加拿大航道設計指南關于海洋平臺拖帶航道寬度約為3.6倍平臺型寬。

4 不同算法的計算結果對比

按照我國《海港總體設計規范》、經驗算法、美國《航道設計指南》及加拿大《航道設計指南》等不同算法計算得海洋平臺拖帶航道寬度見表8。海洋平臺拖帶航道寬度與平臺型寬的倍數關系見表9。

表6 岸壁效應下所需航道寬度的增量參考值

注：海洋平臺拖帶速度很小，對水體影響很小，岸壁效應可看作弱，取1.0B。

表7 不同助航條件下所需航道寬度的增量參考值

注：海洋平臺拖帶受海事、引航部門重視，一般都具有良好的助航設施，取0.0B。

從表8可見，國內經驗算法與美國和加拿大算法的結果較為接近，相差幅度在10%以內，而國內通航安全評估常用的《海港總體設計規范》法計算結果明顯偏于保守。同時，征詢了引航部門意見，根據其引航經驗，拖帶航道寬度一般不會超過船寬的4倍，而根據國內《海港總體設計規范》法計算的航道寬度已接近平臺型寬的4.7倍。

表8 國內外不同算法下海洋平臺拖帶航道寬度對比表

表9 國內外不同算法下海洋平臺拖帶航道寬度與平臺型寬倍數關系表

《海港總體設計規范》法計算結果偏保守的主要原因是《海港總體設計規范》法把船隊看作一剛性體來確定船隊長度，存在較大的安全富余；而美國和加拿大算法從航槽形式、船舶操縱性的角度出發，避免了船隊是否為剛性的爭議。

5 結束語

目前，國內尚無明確地針對海洋平臺拖帶通航航道寬度的計算標準。通航安全評估常用的《海港總體設計規范》法計算結果明顯偏于保守，會造成較大的工程投資浪費，而經驗算法雖與美國和加拿大航道設計指南的算法相接近，但缺少規范約束和實際指導意義。建議相關部門盡快研究制定海洋平臺拖帶通航航道寬度的計算標準或指南，以指導海洋平臺拖航專用航道開挖及拖帶通航安全評估。在此之前，可以參照美國和加拿大航道設計指南，或按國內經驗算法進行航道寬度的設計和評估。

[1] 楊權.中船龍穴造船基地大型無動力船舶拖帶的探討[J].珠江水運,2014(12):91-94.

[2] 周端標.海上大型鉆井平臺拖帶航行與靠離泊方法[J].中國航海,2013,36(3):147-150.

[3] 交通運輸部.海港總體設計規范：JTS 165—2013 [S].北京：人民交通出版社,2013.

[4] USACE. Hydraulic design of deep draft navigation project[S]. Washington：US army corps of engineers，2006.

[5] DFO. Canadian waterways national maneuvering guidelines：Channel design parameter[S].Vancouver：Waterways Development，Canadian Coast Guard，Fisheries and Oceans，1999.

Research on the Width of Offshore Platform Towing Waterway

LI Yong-ye1, ZHENG Shu-xi1, BAO Xing-xian2

(1.CCCC Water Transportation Consultants Co. Ltd, Beijing 100007, China;2.China University of Petroleum (East China), Qingdao Shandong 266580, China)

The offshore platforms have no power to move forward, they need to be towed during their getting out of the harbor for installation. There are no criteria on calculating the width of the waterway used for towing the offshore platforms, and there are no guidelines on design of waterway and safety assessment of towing. Several typical offshore platforms were selected for analysis and different methods of calculating the width of waterway are introduced, including overall design code for seaport, experiential algorithm, hydraulic design of deep draft navigation project of US and Canadian waterways national maneuvering guidelines. It is showed that the results of experiential algorithm are close to that of US and Canada guidelines. It is suggested that hydraulic design of deep draft navigation project of US and Canadian waterways national maneuvering guidelines can serve as

in engineering cases, and the experiential algorithm can alternatively be used.

offshore platform; towing; width of the waterway

10.3963/j.issn.1671-7953.2016.05.036

2016-04-06

國家自然科學基金(51309239)

李永燁(1982—)，男，學士，工程師

U674.38;U675.5

A

1671-7953(2016)05-0142-04

修回日期：2016-04-18

研究方向:港口工程規劃與設計、技術管理工作

E-mail:16196744@qq.com