船舶氣囊下水與相鄰建筑物安全影響研究

林學軍

（臺州市港航事業發展中心,浙江 臺州 318000）

據統計，浙江乃至全國 60%以上的中小船廠都是采用氣囊方式下水，且 2 萬噸級左右的船舶較多。《船舶生產企業生產條件基本要求》（CB/T3000-2019)對船臺或船塢項目評分作出了要求，其中，應建有永久性船臺或船塢作為生產設施要素評價是否合格的條件，而對是否采用船塢、船臺滑道式、船臺軌道式下水設施，作為扣分項。

在實際船舶建造和船舶采用氣囊下水時，船舶在下水過程中，觸碰相鄰水工建筑物現象時有發生，造成船體本身和水工建筑物損傷。《船廠水工工程設計規范》（JTS190-2018）僅對干船塢和軌道下水的相鄰安全距離作出的規定。氣囊下水和軌道下水存在較大差別，其與相鄰水工建筑物的安全距離，較軌道下水方式具有不確定性。本文就船舶氣囊下水與相鄰建筑物安全影響，從氣囊、氣囊下水船臺結構的特點、下水工藝、存在安全風險進行分析，結合相關規范、下水船舶實船軌跡、船舶下水數值模型研究，提出氣囊下水船舶中心線與相鄰水工建筑物的安全距離，供氣囊下水船臺滑道平面設計和船舶下水方案制定參考，具有重要的實際意義。

1 氣囊下水船臺的基本情況

1.1 船舶下水的氣囊

船用氣囊的特征為：囊體材料為多層覆蓋的復合橡膠織物，使用時充入空氣，在一定的內部氣壓下可提供很強的承載能力；未充氣時氣囊并不完全呈柔性狀態，具有一定的形狀和硬度，氣囊的爆破壓力可達1.11 MPa。[1]

國際標準 ISO 14409 ∶ 2011 Ships and marine technology— Ship launching airbags (船舶與海洋技術 船舶下水用氣囊)已正式公布實施，標志著船用氣囊的生產發展正在走向國際化。

1.2 氣囊下水的定義

氣囊下水已有7 萬噸級的船舶利用氣囊下水的成功案例，為我國獨創的新型下水技術，過程簡單，無需固定滑道。

氣囊下水氣時，從起墩到船舶下水過程中對船舶的承載通過多只氣囊組成陣列實現，下水船舶的質量在氣囊間傳遞至特定位置，過程中承載氣囊的數量和承載位置均發生動態變化。[1]

1.3 船舶氣囊下水工藝

準備工作→船臺坡道清整→系固牽引鋼絲繩→氣囊擺放船底充氣→氣囊受力抬起船體、撤移船墩→船上人員就位→待大潮汛高平潮時脫開牽引鋼繩→鏟車頂推船首、船舶移動后依靠自重慣性加速滑向水面→船尾起浮時，滑行速度最大可達 5m/s 左右，隨著水阻力增加，滑速開始減慢，繼續慣性呈直線滑行→約1.5 倍船長滑距后，船體若受橫向漲潮流+東風影響，滑行路徑偏向西側上游；若受橫向落潮流+西風影響，滑行路徑偏向東側下游→通常滑行約 2～3 倍船長距離后，拋錨將船停住，下水完成，由拖輪拖往碼頭或錨地舾裝。

1.4 優缺點

船用氣囊下水技術普遍應用于沿海地區灘涂區域，能解決船舶下水在地理上的限制，船臺形式簡單、制造方便，經濟性能突出，并且氣囊可重復使用，有利于環保。[2]

但是也有缺點，由于下水過程中氣囊變形情況不可控，下水過程仍然存在相當的風險。特別是船舶下水過程，船舶整體不平衡，容易造成對相鄰水工建筑的碰撞。

對相鄰水工建筑的碰撞，除了跟船舶下水時氣囊變形情況不可控因素有關外，還與下水時風、浪、流及水深等多種因素有關，特別與下水工藝中的牽引方式及下水速度相關。

2 相鄰建筑物安全影響分析

2.1 現行行業規范規定

2.1.1 《船廠水工工程設計規范》（JTS190-2018）

（1）原規范規定“長度一般不小于進出船塢船舶總長的二倍，寬度一般不小于船舶部長的1.5 倍。”操作水域尺度與水、浪、流條件、船舶長度、干舷高度及拖輪數量和能力等因素有關。據調查，當有大馬力、全回轉拖輪時，1.5 倍船長回旋水域操船是可行的。

（2）干船塢平面布置。塢口前應有足夠的船舶操作水域，滿足拖輪作業和操作安全需要。塢口前沿船塢軸線方向水域長度應當根據當地風、浪、流條件及拖輪配備等因素確定，且不小于2 倍船長。當塢前水域掩護條件較好且拖輪配備等操作條件優良時，塢口前沿船塢軸線方向水域長度可適當減小，且不應少于1.5 倍船長。垂直于船塢軸線方向的水域寬度不小于1.5 倍船長。當有充分論證時，水域寬度不受上述限制。

（3）船臺滑道平面設計。①船臺滑道水域布置應滿足船舶上墩下水、掉頭、進出航道等安全要求，并考慮滑道建成后對防洪、水流、航道安全、岸線沖淤和相鄰建筑物安全影響。②滑道船臺設置防水閘時，防水閘門不應超出駁岸規劃線，滑道未端與航道邊線應有安全距離。安全距離可根據航道等級、水域流態等參照現行國家標準《內河通航標準》（GB50139）綜合確定。③水域布置除應符合現行行業標準《海港總體設計規范》（JTS165)或《河港總體設計規范》（JTS212）中關于水域布置的規定外，尚應滿足船舶下水作業的要求。④斜船臺滑道船舶下水作業在順滑道方向的水域長度，自滑道未端起不宜小于2 倍船長。滑道未端處水域寬度不宜小于2 倍船寬。船舶尾浮時船尾水域寬度不宜小于3倍船寬，水域條件受限時，應經過充分論證，并設置必要的安全防護設施。

2.1.2 《干船塢設計規范》（JTJ251、252、253——87)

塢門前應有足夠的操作水域面積，其長度（沿塢軸線方向）一般不小于進塢船舶總長的二倍，寬度一般不小于船舶總長1.5 倍，并應盡量避免過往船舶對進出塢船舶的干擾。

2.1.3 《海港總體設計規范》（JTS165-2013）

航道通航寬度按航跡帶寬度、船舶間富裕寬度和船舶與航道底邊間富裕寬度組成，自然條件復雜或船舶定位困難時，可適當放寬。碼頭前沿水域布置規定，也將回旋水域直徑調整為1.5～2.0 倍直徑。

2.2 某船廠下水實船軌跡分析

浙江某船業有限公司在三門開展了5000 噸級船舶氣囊下水動態軌跡測量。根據測繪單位提供的船舶下水軌跡（見圖1），在船舶與船臺軸線2 倍船長處，在漲潮流的作用下，出現向上游轉彎，離軸線偏移達100 米以上，大于0.5 倍船長。

圖1 三門船舶船舶氣囊下水航跡實測

2.3 某船廠3.5 萬噸級船舶下水數值模型分析

《九洲船廠3.5 萬噸級船臺下水作業對臺州通達港務有限公司碼頭一期工程的影響研究》表明：

（1）在漲流1kn，當地吹攏風常風向NE、E、NNW下，九洲船廠西側3.5 萬噸級船臺以極慢速度下水時舶軌跡距離通達碼頭最近離分別為145m、145m、181m。

（2）隨著船舶下水速度的提高，其軌跡距離通達碼頭最近距離將顯著增加。

（3）根據業主提供的資料，3.5 萬噸級船臺下水時的入水速度約8～10kn，極不可能在3kn 以下，據此推斷，九洲船廠西側3.5 萬噸級船臺下水時與通達碼頭的最近距離在175m 以上，正常情況下對通達碼頭停泊船舶的影響可控。

圖2 3.5 萬噸級船臺各速度下水時船舶軌跡

3 船舶氣囊下水存在的主要問題和風險

（1）船臺與碼頭間距不足存在碰撞風險。成州船廠1 號5 萬噸級船臺，與東側北部灣區碼頭平臺和西端防撞警示墩橫向間距分別為 56m、52m，僅滿足船舶下水橫向最小安全距離的規范要求；但因碼頭平臺突出船臺前沿330m 構成妨礙，而船舶氣囊下水時受風、流等因素影響大，船舶下滑漂移路徑可控性相對較差，若下水船舶稍微向東側偏轉，存在碰撞碼頭的較大風險。

（2）船臺前沿水深條件極差存在擱淺風險。船廠沿距岸約350m 范圍內泥面85 高程介于0m～3.24m 之間（相當于海圖零米線干出灘～高出3.24m，低潮時大面積露灘），水深條件極差。船臺前沿離岸約1 倍船長全浮處泥面標高約-1.24m（相當于海圖零米線上2m左右），在下水高水位3.27m 時（換算當地潮位為6.51m）， 減去富裕水深1.5m 后，僅滿足下水船舶最大尾吃水3.01m的水深要求。如果下水時的潮位不足6.51m，或者尾吃水超過3.01m，則因船臺前沿富裕水深不足，存在下水船舶擱淺的風險。

（3）船舶在船臺氣囊充氣撤墩階段存在的問題和風險。船臺氣囊充氣撤墩階段的風險，主要來自氣囊充分撤移船墩操作時，氣囊承載力不足，或牽引卷揚機鋼絲繩拉力不夠，發生氣囊爆裂、鋼絲繩斷裂、船舶下滑等風險。

（4）船舶在船臺下滑階段存在的問題和風險。船舶在船臺下滑階段的風險，主要來自船舶依靠重力自行下滑時，新船氣囊下水氣囊布置不當、承壓能力不足，或船臺坡道、水位、水深不符合要求，發生氣囊扭曲疊合不能滾動、爆裂，或發生艉跌落、艏觸底等風險。

（5）船舶在水中滑行階段存在的問題和風險。船舶在水中滑行階段的風險，主要來自無動力新船整體入水全浮后，下滑速度從最高約5m/s 降到船停住，船舶在水中滑行過程約需3 倍船長操作水域，易受風和流等影響，導致下滑漂移路徑發生偏轉、可控性較差，存在碰撞東側碼頭的風險。

4 研究結論

（1）氣囊下水船應嚴格執行滑道布置要求：船臺水域布置應滿足船舶下水、掉頭、進出航道等安全要求，并考慮滑道建成后對防洪、水流、航道安全、岸線沖淤和相鄰建筑物安全影響。

（2）相鄰建筑物安全影響：船臺軸線方向水域長度應當根據當地風、浪、流條件及拖輪配備等因素確定，且不小于2 倍船長。當前水域掩護條件較好且拖輪配備等操作條件優良時，軸線方向水域長度可適當減小，且不應少于1.5 倍船長。垂直于船臺軸線方向的水域寬度且小于1.5 倍船長。當有充分論證時，水域寬度不受上述限制。

（3）相鄰建筑物安全影響論證應考慮的因素：船舶船臺下水時，在重量作用下依靠慣性入水，無主機提供動力，亦無舵控制方向，其入水后的狀態取決于風、流的綜合作用。