遮蔽水域船舶的抗风级别

冯振玉 浙江欣海船舶设计研究院 总工程师

上期谈了“国际国内气象衡准的抗风等级”，本期谈谈国内遮蔽水域船舶满足气象衡准的抗风级别。以舟山遮蔽水域为例，该地区的经济异常繁荣，加之有佛教圣地普陀山和金庸笔下桃花岛等景区的魅力，商人、游客纷至沓来，使岛屿之间的交通异常繁忙，航班需求的数量迅速增多。该地区的另一个特点是刮风天很多，六级风几乎是海上气象的常态。由于以前各类船舶没有人给出具体的抗风能力，致使港航责令停航的风力偏于保守，给人们的出行带来若干不便。2011年出台了“舟山水域客船抗风等级核定的原则和方法”（以下简称“原则和方法”），虽然禁航条件略有放宽，但依法规要求与所对应气象预报的实况进行分析，该“原则和方法”中某些规定还是值得探讨。

气象预报风级风速与法规限定风级风速的关系

我国是按世界气象组织（WMO）推荐的蒲福风标进行风级预报的，风力以海平面以上10m高处的风力为准。风速V（平均风速）与风级N的关系是：V=0.836N1.5（m/s）；N=10(logV+0.0778)/1.5。 海 上风级、风速与波高的关系见表1.1。

在《国内航行海船法定检验技术规则》（以下简称法规）规定的完整稳性中，各航区的基准风压是以距离海平面6m高处的风压P6为准。考虑到空气为粘性流体，在同一时间内，不同高度h处的风速Vh沿垂向呈现梯度性分布。风速梯度系数Kh用Vh与6m高度处的基准风速V6之比来表达，即Kh=Vh/V6。

法规规定的各航区风压标准见表1.2，其中个别风压值已按曲线光顺的原则进行了修正。不同高度h处的风压Ph与基准风压P6及风速Vh的关系为：

表1.1 气象预报海上的风级对应的风速及波高

表1.2 各航区规定的标准风压与风速汇总表

若将各航区的基准风压换算成气象预报的风级，可以用表1.2中各航区对应的平均风速V10在表1.1中进行插值，其结果分别为13.8级、11.3级和8.9级。但抗风需要覆盖风级的全部风速，故最终预报应按表1.1各级风的最大风速进行插值，最大风速的插值结果分别为13.3级、10.8级和8.4级。另根据气象预报的风级全是整数，故K=1时可抗气象预报阵风的级别分别是：远海航区13级，近海航区10级，沿海航区8级。当K＞1时，抗风级别有可能会提高，但具体要按下述3.2进行计算后才能预报。

“原则和方法”存在的问题

在“原则和方法”中，有如下的规定：

1) 对国内法规已经明确的舟山地区的遮蔽航区内，如结构强度满足近海航区标准，则可核定船舶的抗风等级为9级，但限制航行浪高不超过2.5m。

2) 对国内法规已经明确的舟山地区的沿海航区内，如结构强度满足远海航区标准，则可核定载客不载车时的抗风等级为9级，但限制航行浪高不超过2.5m。如果客滚船同时也载运车辆，开航时的风级不得超过蒲氏8级。

显然，“规定”存在一些问题。

一是再行校核的基准点有错。对于“完整稳性符合远海航区标准”的船舶，其抵抗的极限风压的能力至少也为P=1302Pa。而9级平均风速是22.6m/s（见表1.1），其1.5倍风速是33.9m/s，换算风压为P=845Pa，小于远海航区1302Pa的基准风压。随着风压的降低，其风压倾侧力臂lf也会减小，按照气象衡准数K=lq/lf的公式，在lq不变而 lf减小时，其K值将会增大。也就是说，满足远海航区气象衡准数的船舶，肯定会满足“9级对应的平均风速上限的1.5倍计算”的气象衡准，故该项核算是毫无意义的。

二是没有明确K值的大小与抗风等级的关系。法规规定的气象衡准 数 是K≥1。 K=1与K＞1的船舶都满足了法规要求，但它们的极限抗风能力是不同的。如此一刀切地限定9级风，肯定要制约某些船舶运力的发挥，往往会造成资源的浪费和旅客出行的不便。例如：满足远海航区完整稳性时，即使K=1，按最大风速换算其极限抗风能力也不低于13.3级，现限令其营运的风力仅仅是9级，降低抗风能力超过4级，未免过于保守。对于K＞1的船舶，该限令会显得更加保守。

三是将结构强度提高一个航区标准来限制浪高是难以操作的。因船舶建造规范并没有明确其结构标准所对应的浪高。对于营运船舶，在大修之前还允许有结构腐蚀极限，新船用到腐蚀极限前夕的各个时间段，几乎无法找出其结构状态与浪高的对应关系。如果结构强度提高一个航区标准的船舶才允许按文件限定浪高出航，那么，符合原航区结构标准的船舶，又应怎样去限定其营运的浪高呢？结构规范对航区的修正，贯彻着绿色节能的精神。现人为地再去提高标准，既否定了规范原规定的条款，也扼杀了规范的绿色精神，实不相宜。

满足气象衡准数K可以预报的抗风能力

按K=1进行大致的预报。抗风级别的预报，要针对气象预报阵风级别的最大风速来插值，因气象预报风级都是整数，故插值出的风级只能取整，舍去小数。所谓大致的预报，就是不考虑K＞1时抗风能力的提高，而只是按K=1预报航区船舶的可抗风级（具体方法见前述1.2.3）。

按K＞1进行实况预报。当K＞1时，表明船舶可抗的风级可能会高于法规所设定的风级。但因各航区设定的基准风级不同、计算参数不同，若想预报超出原航区设定的风级限制，则必须按法规规定的计算程序进行插值校核之后才能决定。该项校核可以分为详细计算和简单计算两种形式 ：

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水域航区船舶航行

1）详细计算

①在上表1.1中插值出想要抵抗阵风风级的最大风速Vm；

②在法规“完整稳性”的系数C1图2.1.8上，查出现有航区和高一档航区的横摇角计算系数C11和C12；

③在上表1.2中找出船舶现有航区和高一档航区设定基准风速V61和V62；

④将③找出的2个风速V61和V62与②查出的C11和C12相对应，再用Vm从中插值出新的横摇角计算系数C1m；

⑤用此C1m按规定的后续步骤求出最小倾覆力臂lq；

⑥将该级最大风速Vm换算成法规6m高处的基准风速V6=Vm/1.017；

⑦按表1.2插值出船舶风压中心处的风速梯度系数Kh，求出该中心处的风速Vh=KhV6；

⑧求出该船重新校核的计算风压Ph=0.7356（KhV6）2；

⑨按此新的风压Ph计算风压倾侧力臂lf；

⑩计算K=lq/lf，只要K值不小于1，就满足了想要抵抗阵风的风级要求。

2）简单计算

①如需要将航区可抗阵风的标准提高2级校核，可以简单地直接按高一级航区的标准进行校核，只要K≥1，就满足了可抗阵风提高2级的预报要求。

②如需要将船舶航区的可抗阵风的标准提高1级校核，可按法规的图2.1.8及表2.1.5插出两航区的中间值CX及PX，再进行后续的计算，最终只要K≥1，就满足了可抗阵风提高1级的预报要求。

由于在相临航区之间所设定的基准风级相差均不小于2级，故按上述的简单计算，其结论都是偏于安全的。

3）简易判断

作为提高抗风级别的简易判断，只有各种装载工况的气象衡准数均满足K＞1.4时，才有提高一级抗风能力的可能性；只有当所有工况都满足K＞2.0时，才有提高两级抗风能力的可能性。

进行极限风级预报的可行性

按3.2进行K＞1的预报， 实质是按新的风级再行逼近K=1的预报，K=1的抗风级别系理论上的极限风级。因气象衡准数计算的本身就是应用“确定性力学分析法”，既然法规规定允许K=1，按此值解析出的确定性答案进行预报应是无可非议的。况且，安全本身就没有底限，过多保守的考虑缺乏可信的依据。那些纯属人为因素的隐患，即使限令再行保守，也是不可能杜绝的。

众所周知，气象衡准数只与风力有关，结构强度只与波浪力有关。对于船舶的抗风能力，应依据气象衡准数的大小去判定，不宜随意地追加限令。对于遮蔽航区，其风浪的威力要比外海减弱很多，过度保守的限令，相当于强制取消航班，既浪费了社会资源，也给交通带来某种程度的不便。实际上，很多渔船8、9级风时还在外海坚持作业呢。

SOLAS公约Ⅱ-1章有“主管机关如考虑到航程的遮蔽性及其条件，认为实施本章的某些要求为不合理或不必要时，对悬挂该国国旗，并在其航程中距最近陆地不超过20n mile的个别船舶或某些类型的船舶，可免除这些要求”的规定，舟山地区航行的船舶，完全符合公约指出的该项特点，应认真地给予考虑放宽，至少不应再额外地提高门槛。另《2008年国际完整稳性规则》没有航区的限制，满足该衡准时，最低也可抗无限航区的10级风。对于远海航区的船舶，《国内法规》规定可以直接引用《2008年国际完整稳性规则》，若是在遮蔽航区引用，当然更有安全裕度，且不会有什么担当责任的风险。