宁波大榭实华码头1#泊位位于大榭岛东侧岸线，南临穿山北口，东接核心港区主航道，泊位正东0.45 n mile方位存在一处深度为18.8 m的暗礁。受周边岛礁岬角突兀地貌挑流和复杂水下地形的影响，在泊位前沿水域形成了外落里涨的复杂切变流。在操纵满载超大型油船 (Very Large Crude Carrier,VLCC)靠泊该泊位时，既要避让主航道上密集的船舶交通流和泊位对开暗礁，又要应对特殊地理位置和非均匀切变复杂潮流带来的挑战，对操纵安全构成了极大的威胁。本文通过对码头结构、船舶特性、靠泊方案、护舷配置和吸能响应特性进行分析，结合VLCC靠泊能量分析结果、偏心距离对靠泊能量的影响、惯性偏转动能计算结果和靠泊力对船舶侧板构件安全的影响，提出满载VLCC安全靠泊操纵要素的设定建议。通过合理控制操纵要素，避免过大的载荷造成码头护舷及船壳侧板损坏。同时，强调定期对护舷的性能进行评估的重要性，确保VLCC靠泊该泊位时操作的安全性，
1码头概况及代表船型的靠泊方案
1.1码头概况
实华码头1#泊位采用高桩墩式结构，由1座工作平台、4个靠船墩台、6个系缆墩和各墩台间的联系桥及接岸引桥组成，呈蝴蝶形布置。泊位线总长485.0 m，前沿设计底标高为-23.1m，顶面标高为5.5 m(1985国家高程基准)。码头走向为133°/313°，泊位平面布置见图1。
图1 实华码头1#泊位平面布置
1.2代表船型及靠泊方案
1.2.1代表船型
代表船型主要参数见表1。
1.2.2靠泊方案
目前VLCC大多选择在镇海高潮后约1.5 h左舷靠泊实华码头1#泊位，靠泊方案为在镇海高潮后45 min抵达大猫山嘴正南距离码头1.7n mile处，航速小于6 kn，由5艘拖船带缆向西穿越宁波舟山港核心港区第四通航分道，在穿皇岛测速后导标正北离码头1.0n mie处，控制航速小于4 kn。吃水大于18 m的船舶要注意避开距离穿皇岛北面岸线0.3 n mile、深度为18.8 m的暗礁，与穿鼻岛北岸的横距不小于0.35nmile。让清暗礁之后要及时调整横距和船首向，若余速较快，入泊角较大，应及时倒车并利用倒车的侧推效应协助船首外甩和减速，也可利用拖船倒拖减速并将船首向右转动。当船首抵达泊位前端时，控制航速小于等于2 kn，横距为0.2~0.3n mie。船舶抵达泊位外挡时，纵向前进速度控制在1kn以内，然后利用拖船顶推进入横向靠泊运动，一般经历加速、匀谏和减速等3个阶段，最后在多艘拖船顶推和拖拉作用下配合车舵，以合理的速度和角度贴靠护舷结构，直至安全泊。
1.3左舷靠泊面临的主要困难和风险分析
1)地理位置特殊导致码头前沿流态复杂，直线控速淌航困难。实华码头1#泊位地处螺头水道和穿山北口2个狭水道分流与合流交汇处，受周边岛礁岬角突兀地貌挑流和复杂水下地形的影响，在泊位前沿水域形成了螺头水道落潮流和穿山北口涨潮流，呈现出复杂的外落里张切变流态，切变线位置会随着潮汐的变化而改变，导致流速和流向多变。重载VLCC靠泊淌航时舵效丧失较早，水下侧面积较大，受流的影响明显，在向西航行穿越第四通航分道时，螺头水道主航道落流明显，致使在落流的作用下易压向左边穿鼻岛受限水域，同时为了避开泊位正东方位0.45 n mile处深度为18.8 m的暗礁，经常需要进车向右改变航向抵消流压差。当船位过了切变线进入穿山北口涨流水域时，会进入顺流状态，导致船舶航速难以下降，容易“冲过头”
2)泊位与核心港区第四通航分道边界相距0.8n mile，该水域进出口船舶交通流密度大，通航环境复杂，靠泊船由东向西穿越第四通航分道时，为了不长时间占用出口航道，需要尽可能地快速大角度穿越分隔带。泊位轴向方位为313°，船舶沿270°航向穿越主航道之后为了克服流压，避开深度为18.8 m的暗礁，形成与码头轴向约43°的大角度靠泊态势(见图2)，避开暗礁之后与码头之间的距离小于0.5nmile，此时若不及时使用倒车减速和右舷拖船协助减速和转向，会导致船舶以较快的速度大来鱼接近码头
3)泊位对开回旋水域水深较深，且水流通畅，压拢流明显，船舶一旦有较快的横移速度，动能衰减较慢。同时，在切变流引起的转船力矩的影响下，船舶产生船首向码头偏转的效应，操纵船舶时应引起重视并提前运用拖船控制好船位、余速和靠泊角度。
2码头橡胶护舷配置情况及吸能响应特性
2.1橡胶护舷配置情况
实华码头1#泊位前沿靠船墩台共配置4组TD-A2000H鼓型橡胶护舷结构(由鼓型橡胶本体和防冲板组合面成)，其中:1#和4#为主靠船墩台，配置高反力P1鼓型橡胶护舷(二鼓一板);2#和3#为次靠船墩台，配置低反力P0鼓型橡胶护舷(一鼓一板)。P1型护舷设计吸能为1 931 k」，设计反力为2 152kN(设计压缩变形54%);P0型橡胶护舷设计吸能为1 595 k」，设计反力为1780 kN.护舷前部设计防冲板和PE(聚乙烯)增滑贴面板，能有效低船侧面压力并减小防冲板与船体之间的摩擦因数，降低大型船舶靠泊侧向剪切力，避免船舶前冲造成护舷结构变形损坏。
2.2橡胶护舷吸能及撞击力响应特性
橡胶护舷是用橡胶材料制成的具有一定变形空间，可吸收船舶靠泊能量的缓冲装置，在船舶靠泊过程中依靠结构的弹性变形吸收船舶靠泊能量，缓冲和抵消船舶撞击荷载，达到保护码头和船体结构的目的。不同类型的橡胶护舷因在材料、构造和弹性系数等方面存在差异，吸能和撞击力响应有很大差异。TD-A型橡胶护舷与其他类型护舷相比，其压缩变形之后在反力不增加的情况下，鼓型变形增加13%，吸能量增加18%。船舶在靠泊过程中以法向速度撞击护舷结构时，根据能量守恒定律，其具有的动能会转变为橡胶护舷压缩变形内能(工作变形范围内)、码头结构弹性变形内能、船舶反向运动能、船舶与岸间水体挤升及振动能量等，其中大部分能量被橡胶护舷通过压缩弯曲存储为内能(占总能量的70%~80%)，小部分转化为其他能量。护舷结构与船体发生接触和挤压均在一瞬间，吸能和撞击力的变化过程复杂。图3为TD-A2000H型橡胶护舷的力学性能曲线。由图3可知，护舷结构吸能和撞击力响应过程大致可分为4个阶段[1]
1)第一阶段是线弹性增大期，当护舷开始受到侧向挤压时，发生弹性变形，随着船体法向位移的增加，护舷结构变形增加，在护舷变形小于等于20%的曲线上升段，船舶靠泊动能不断转化为橡胶护舷变形内能。橡胶护舷因变形产生作用于船体和墩台上的反力也随着变形的增加呈指数级增长。
2)第二阶段是反力稳定期，护舷变形在20%~54%(设计变形)，随着橡胶护舷压缩量和吸能量的增大，反力的增长速率变缓,出现吸能增加而反力基本不变，甚至随着变形的增加而略微减少的现象，由于橡胶护舷的作用力基本不变，墩台桩基没有变形，甚至略有回弹，船舶的靠泊能量基本上由橡胶护舷吸收。
3)第三阶段是压缩变形在54%~58%的阶段，随着压缩进一步增大，橡胶护舷超过设计压缩变形。由于护舷吸能量不足，护舷反力随着变形的增加急剧增加，直至达到最大的弹性压缩变形(58%压缩变形)。该阶段随着反力的增加，橡胶护舷与墩台桩基同时发生变形，能量由二者共同吸收。
4)第四阶段是护舷变形失效阶段，当船舶荷载过大，超过橡胶护舷的极限时，橡胶护舷变形超过最大设计值，直至中空部分完全压实，橡胶刚度(弹性系数)突然变大，靠泊力急剧增大，造成护舷结构出现不可恢复的塑性变形，码头墩台和船舶结构等被破坏。
3 VLCC靠泊能量分析计算
3.1 VLCC法向靠泊速度规范
VLCC靠泊时垂直码头的速度(即法向速度)是影响靠泊能量和靠泊力大小的重要因素。法向速度的大小对船舶靠泊的安全性、橡胶护舷及码头结构设计的合理性和经济性都有很大影响。国内外相关机构针对VLCC靠泊法向速度的取值制定了相应规范，我国《港口工程荷载规范》(JTS144-1-2010)对不同吨位船舶靠泊法向速度提出的建议范围见表2.
3.2影响靠泊能量的主要因素
船舶靠泊时挤压护舷能量的大小直接与船舶靠泊质量、靠拢时的法向速度和偏转角速度、靠泊偏心距、吃水、富余水深和码头构造等因素相关。
1)船舶在水中运动时，由于伴流的作用，在船体上形成附加水质量，靠泊质量为船舶自身质量与附加水质量之和。附加水质量的大小在特定船型和水域条件下与船舶的富余水深和吃水船宽比相关。在满载情况下，当泊位水深接近船舶吃水时，附加水质量最大船舶的靠泊质量也最大。满载VLCC靠泊时的附加水质量根据富余水深和码头构造(重力式结构大于墩台栈桥式)一般取船舶质量的05~0.8倍。
2)靠泊速度是影响靠泊能量的重要因素。船舶靠泊能量随法向速度的增加而增大，二者近似呈线性关系。VLCC因吨位大，靠泊时的法向速度需要控制得很小，其靠泊能量的大小与船舶质量和靠泊法向速度的平方成正比。
3)超大型船舶在靠泊过程中与码头护舷结构接触时做到平行靠泊比较困难，一般使其纵轴线与码头轴线呈微小的夹角斜向接触式贴靠泊位。船体最先与护舷结构接触的部位称为靠泊点(见图4)。靠泊点与船舶重心之间在艏艉线方向的距离称为偏心距离。对于特定的船型和装载情况，偏心距离支配着靠泊能量的大小，偏心距离越小，靠泊能量越大，当船舶以重心位置接触靠泊点时称为重心靠泊，重心靠泊时的靠泊能量最大。
3.3有效靠泊能量计算
根据JTS 144-1-2010可得船舶有效靠泊能量的计算公式为
式(1)中:Ec为有效靠泊能量，k」;p为有效能量系数，取0.7~0.8;v为船舶的法向靠泊速度，m/s;mz为船舶靠泊质量，me=m+mw，其中，m为船舶质量，mw为附加水质量。附加水质量主要与靠泊操纵时富余水深与吃水的比直有关，当码头前沿水深与船舶吃水接近时，船舶横向移动时其附加水质量系数一般取0.5~0.8,VLCC满载靠泊实华码头1#泊位时的富余水深与吃水的比值约为0.3，因此取附加水质量mw≈0.5m。根据式(1)可得出VLCC满载时在不同法向速度下的有效靠泊能量(见表3)
3.4偏心距离对靠泊能量的影响
靠泊偏心距离的大小直接影响船舶靠泊能量。在对码头进行平面布置设计时，根据代表船型和码头的结构形式确定船舶实际的靠泊点位置，采用相关规范确定靠泊台橡胶护舷的型式和规格。实华码头1#泊位为高桩墩式泊位，平面布置采用三分点靠泊方式，靠泊点1#墩台护舷设计为距船首约1/3船长。船舶按设计平面布置正常靠泊时，管汇中心线与装卸平台输油臂对齐，1#墩台与船中重心点的偏心距离约为65 m(如图1所示)。根据偏心距离与靠泊能量的关系式可得出不同偏心距下的靠泊能量，即
式(2)中:E,为靠泊接触点靠泊能量，k」;Ec为船舶有效靠泊能量;!为靠泊接触点到船舶重心的偏心距离，m;r为围绕水平面船舶重心垂直轴的艏摇惯性矩半径，油船取0.25倍船长。根据《油轮和化学品船管汇布置新指南》，油船管汇中心线距离船中心线应不超过3 m，假如VLCC法向靠泊速度分别为0.05 m/s、0.06 m/s、0.07 m/s和0.08 m/s，可得出管汇中心线与装卸平台输油臂位置对齐时的靠泊能量和管汇中心线靠近或远离靠泊点20 m、30 m和40 m时的能量差异值(见表4)。
图5为偏心距离与靠泊能量关系曲线。由表4和图5可知，VLCC靠泊时应尽量接近平行贴靠，若偏心靠泊，则船舶管汇中心线越靠近1#墩台护舷，靠泊触碰的能量越大，靠泊时要谨慎校核靠泊点与管汇中心线的相对位置，尽量减小船舶前冲距离，否则会因贴靠位置前移导致靠泊能量大幅增大。
3.5惯性偏转动能计算
在满载VLCC靠泊过程中，受切变流、拖船顶拖不协调和操纵熟练程度不够等因素影响，船舶会产生平移运动，可能还存在惯性偏转运动。偏转运动除了会增加靠泊角度，从而折减橡胶护舷的吸能效果以外，还会增大靠泊时的撞击能量!41，惯性偏转时船体各质点的偏转动能是不同的，距离重心越远，偏转动能越大。根据偏转动能公式和转动惯性矩公式可得到船体不同质点相应角速度的偏转动能(见表5)。
式(3)和式(4)中:E:为偏转动能，k」z为艏摇惯性矩，t.m;m为船舶质量，t;r为围绕水平面船舶重心垂直轴的艏摇惯性矩半径，油船取0.25船长，m;w为偏转角速度，(°)/min;l为质点到船舶重心的距离，m。
上述偏转动能以船舶重心作为转动中心，采用偏转惯性半径的经验公式计算，由于没有考虑转动附加质量和重心与转心差异产生的附加转动惯性矩，因此计算结果存在一定的误差。
3.6靠泊力对船舶侧板构件安全的影响
船舶靠泊时不仅要求有效靠泊能量小于护舷设计变形时的总吸能量，而且要求护舷因挤压吸收动能产生的反力面压值小于船壳侧板的容许面压值。大型油船侧板受橡胶护舷反力的作用不发生塑性变形的面压值一般不能大于0.25 MPa，实华码头1#泊位2#墩台护舷为一鼓一板结构，护舷防冲板的面积约为4 m?。因此，护舷产生的反力不能超过1 000kN。由护舷结构的力学性能曲线可得出靠泊能量不能超过896k」，否则会因超过船壳侧板构件强度的承载力而发生屈服变形。
3.7满载VLCC安全靠泊操纵要素设定
综上，通过开展靠泊能量计算，并对法向靠泊速度、惯性偏转动能和偏心距离等操纵要素对靠泊能量的影响进行分析可知，靠泊时为了避免载荷过大给护舷及船壳侧板造成损坏，应合理控制操纵要素。由靠泊综合能量估算值(见表6)可知，当法向靠泊速度为006 m/s，偏转角速度为4(°)/min时，靠泊综合能量估算值为892k」，基本接近油船船体侧板构件最大面压承载值对应的靠泊能量896 k」。若综合考虑靠泊角度导致的船体与护舷防冲板接触面积变小而面压值增大等因素，建议满载VLCC靠泊实华码头1#泊时的法向靠泊速度不超过0.05 m/s，惯性偏转速度不超过3(°)/min。
4 VLCC安全靠泊建议
1)实华码头1#泊位采用高桩墩台结构，其刚性比重力式结构差，更易受到破坏，其地理位置临近核心港区航道，通航环境复杂，前沿水域切变流明显，操纵环境暴露于波浪和复杂水流中。由于超大型船舶操纵的特殊性，靠泊过程中容易出现非正常纵横向增速和艏艉偏转等情况，会对护舷及船体结构造成威胁。建议进一步研究码头前沿的潮流变化规律，合理确定最佳靠泊窗口期。船舶操纵人员要控制好靠泊速度、靠泊角度和横距等靠泊要素，合理配置助泊拖船，必要时增加拖船数量以策安全。
2)橡胶护舷及防冲板作为靠船构件虽然没有明确的使用期限要求，但其压缩变形率、撕裂强度等物化性能均会随着使用时间及靠泊频次的增加而下降，从而增加靠泊风险。靠泊时需根据使用情况对护舷及其附件的性能进行适当优化。建议码头业主方定期对护舷结构进行安全性能评估，充分考虑护舷的靠泊频次、使用年份和环境对其性能的影响，及时保养、维修和更换，以期达到设计时的吸能要求。
5结束语
实华码头1#泊位地理位置特殊，VLC泊时要选择合理的窗口期，尽量减少切变回流、流速流向不稳定和风浪对操纵的影响，必要时增加助泊拖船数量或艏艉拖船马力，避免出现余速过快导致船舶前冲和法向靠泊速度过大等危险情况。法向和惯性角速度、偏心距离等撰纵要素影响靠泊能量，建议靠泊时法向靠泊速度不超过0.05 m/，偏转角速度不超过3(°)/min，油船管汇中心线偏离装卸平台输油管位置不超过30 m。驾引人员要综合考虑复杂流态对操纵的影响，以最谨慎合理的操纵方式确保护舷结构、码头设施和船能的安全。
参考文献：
[1]钱之光.宁波大榭实华码头1#泊位护舷特性及靠泊安全分析[J].航海技术,2024,(05):23-27.
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