海洋平台拖带航道宽度计算

李永烨，郑书禧，包兴先

(1.中交水运规划设计院有限公司，北京 100007;2.中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580)



海洋平台拖带航道宽度计算

李永烨1，郑书禧1，包兴先2

(1.中交水运规划设计院有限公司，北京 100007;2.中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580)

针对海洋平台一般不具备航行动力，在安装期间出港需拖带通航，而国内针对此类拖带船队的通航航道宽度计算并无明确规定，无法指导海洋平台拖航专用航道设计及拖带通航的安全评估的问题，选取典型海洋平台，分别采用国内通航安全评估常用的《海港总体设计规范》、经验算法、美国和加拿大的航道设计指南进行拖航航道宽度的计算分析，结果表明，国内经验算法与美国和加拿大算法的结果较为接近，而《海港总体设计规范》计算结果明显偏于保守。建议在工程中参照美国和加拿大航道设计指南，或按国内经验算法进行航道宽度的设计和评估。

海洋平台；拖带；航道宽度

海洋平台本身一般无动力，其在船厂建好后出海安装需拖带通航。在工程中发现，国内规范并无明确规定此类拖带通航船队的航道宽度该如何计算，当需开挖专用拖带航道或进行拖带通航安全评估时，研究标准往往不统一。过高的标准会造成工程投资的增加，过低的标准又使航行存在一定安全隐患。因此，有必要对相关标准进行梳理，为同类工程设计和评估提供依据。

1 海洋平台拖带方式

无动力海上设施的拖带方式一般有前方吊拖、后方顶推，侧边傍拖，由于海洋平台尺度巨大，其拖带时一般是多种方式的组合，典型的拖带方式见图1。

图1 海洋平台拖带船队典型准确状态

前方由一条大功率拖船(一般均大于9 400 kN(10 000 HP))通过龙须缆吊拖，提供船队前行的动力，当动力不足时，可在前方加设副拖1和副拖2提供辅助动力，平台尾部设副拖3和副拖4，主要起制动作用，各副拖的数量及布置可根据实际需要进行调整，包括增设傍拖等。具体如何配置，可根据海事引航部门意见及当地自然条件确定，但主拖通过龙须缆吊拖是最常见配置[1-2]。

2 国内海洋平台拖带航道宽度计算

由于没有明确规定，国内不同单位在计算海洋平台拖带航道宽度时采用了不同的方法，结论往往差距较大，比较认为，计算方法主要包括以下2种。

1)参照《海港总体设计规范》进行计算。由于海洋平台拖带时航道需进行封航，参照《海港总体设计规范》对常规单一商船单向通航进行航道宽度的计算[3]。这也是国内现有的海洋平台拖带通航安全评估报告中测算航道宽度采用最多的方法。

W=A+2C

(1)

(2)

式中：W——单向航道通航宽度，m；

A——航迹带宽度，m；

C——船舶与航道底边线之间的富裕宽度，m；

n——船舶漂移倍数，海洋平台拖航时，横流一般要求小于0.5 m/s；

L——设计船长，m；

γ——风流压偏角，(°)；

B——设计船宽，取海洋平台宽度，m。

采用上述公式进行计算时，主拖、吊拖主缆及海洋平台三者按刚性连接考虑，即计算船长L=L1+L2+L3。根据引航部门操作经验，其中L2在外海拖带时一般取300～500 m，在风浪条件较好的水域拖带时，缆绳长度可适当缩短，但一般也不小于150 m。由于需开挖航道的区域一般在内海水浅、波浪条件较好水域，拖缆长度可缩短，计算时L2一般取150 m。

2)按国内经验算法进行计算。国内还有一个经验算法，平台拖航所需通航宽度计算按下式计算。

W=B+L+2C

(3)

式中：W——通航宽度，m；

B——海洋平台宽度，m；

L——帮靠拖轮长度，m；

C——船舶与航道底边间的富裕宽度，m，考虑有拖船协助，取0.5B。

针对上述2种计算方法，选取了国内几个典型海洋平台，对其拖航航道宽度进行计算，结果见表1。

表1 国内常用算法计算海洋平台拖带航道宽度结果一览表

由表1可见，就选取的实例而言，海洋平台拖带通航安全评估通常参照采用的《海港总体设计规范》法，其航道计算宽度平均较国内经验算法大35.91%。

3 国外指南对拖带航道宽度的计算

由于国内算法在计算结果上差距较大，参照美国和加拿大航道设计指南，并与国内算法进行比较。

1)参照美国航道宽度计算方法。美国陆军工程兵团《Hydraulic Design of Deep-Draft Navigation Project》关于航道宽度的确定方法清晰明了，剔除了船队形式等影响因素，仅根据航槽形成方式和船舶航行受到的流速大小，按船宽倍数来确定航道宽度[4]，见表2。

表2 航道设计宽度相对于船宽的倍数

海洋平台拖带时一般要求流速小于1 kn，因此其航道开挖宽度取3.25倍平台型宽。

2)根据加拿大渔业和海洋部主持编订的《National Maneuvering Guidelines》，航道宽度主要由航道设计宽度与富裕宽度2部分组成。其中单向航道设计宽度主要影响因素有船舶操纵性能、风和流、岸壁效应、导助航设施情况[5]。

① 不同船型的船舶操纵性系数和所需航迹带宽度见表3。

表3 各种船型的船舶操纵性系数和所需航迹带宽度

注：海洋平台拖带，由于缺乏动力，可按已损坏船只考虑取1.8B。

② 横风引起的航道宽度增量参考值见表4。

横流引起的航道宽度增量参考值见表5。

③ 岸壁效应影响船舶的操纵性能，其对航道宽度的影响见表6。

④ 不同助航条件对航道宽度的影响见表7。

⑤ 富裕宽度参照我国《海港总体设计规范》取0.5B。

表4 横风引起的航道宽度增量参考值

注：平台拖带时一般要求风力小于5级(15.3 kN)，横风一般小于15 kN，可取0.0B。

表5 横流引起的航道宽度增量参考值

注：平台拖带时一般要求横流小于0.5 kN，取0.3B。

综上分析，加拿大航道设计指南关于海洋平台拖带航道宽度约为3.6倍平台型宽。

4 不同算法的计算结果对比

按照我国《海港总体设计规范》、经验算法、美国《航道设计指南》及加拿大《航道设计指南》等不同算法计算得海洋平台拖带航道宽度见表8。海洋平台拖带航道宽度与平台型宽的倍数关系见表9。

表6 岸壁效应下所需航道宽度的增量参考值

注：海洋平台拖带速度很小，对水体影响很小，岸壁效应可看作弱，取1.0B。

表7 不同助航条件下所需航道宽度的增量参考值

注：海洋平台拖带受海事、引航部门重视，一般都具有良好的助航设施，取0.0B。

从表8可见，国内经验算法与美国和加拿大算法的结果较为接近，相差幅度在10%以内，而国内通航安全评估常用的《海港总体设计规范》法计算结果明显偏于保守。同时，征询了引航部门意见，根据其引航经验，拖带航道宽度一般不会超过船宽的4倍，而根据国内《海港总体设计规范》法计算的航道宽度已接近平台型宽的4.7倍。

表8 国内外不同算法下海洋平台拖带航道宽度对比表

表9 国内外不同算法下海洋平台拖带航道宽度与平台型宽倍数关系表

《海港总体设计规范》法计算结果偏保守的主要原因是《海港总体设计规范》法把船队看作一刚性体来确定船队长度，存在较大的安全富余；而美国和加拿大算法从航槽形式、船舶操纵性的角度出发，避免了船队是否为刚性的争议。

5 结束语

目前，国内尚无明确地针对海洋平台拖带通航航道宽度的计算标准。通航安全评估常用的《海港总体设计规范》法计算结果明显偏于保守，会造成较大的工程投资浪费，而经验算法虽与美国和加拿大航道设计指南的算法相接近，但缺少规范约束和实际指导意义。建议相关部门尽快研究制定海洋平台拖带通航航道宽度的计算标准或指南，以指导海洋平台拖航专用航道开挖及拖带通航安全评估。在此之前，可以参照美国和加拿大航道设计指南，或按国内经验算法进行航道宽度的设计和评估。

[1] 杨权.中船龙穴造船基地大型无动力船舶拖带的探讨[J].珠江水运,2014(12):91-94.

[2] 周端标.海上大型钻井平台拖带航行与靠离泊方法[J].中国航海,2013,36(3):147-150.

[3] 交通运输部.海港总体设计规范：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

国家自然科学基金(51309239)

李永烨(1982—)，男，学士，工程师

U674.38;U675.5

A

1671-7953(2016)05-0142-04

修回日期：2016-04-18

研究方向:港口工程规划与设计、技术管理工作

E-mail:16196744@qq.com