天津港2 354千瓦A SD引航拖轮选型分析

伊 杰 冯志东

一、天津港引航船舶现状

随着港口规模的不断扩大，来港船舶的日益增多，近年来天津港引航员接送作业平均为每年20 000人次。日常负责引航作业的船舶为三艘1 640千瓦（2 200马力）引航快艇、一艘1 942千瓦（2 600马力）全回转（ASD）拖轮和一艘2 058千瓦（2 800马力）常规拖轮。三艘引航快艇由英国MUSTANG MARINE公司分别于2007年5月、2009年11月和12月建造完成，其航速较快，承担着大部分的引航作业任务，但在风浪较大的恶劣海况下无法完成引航员接送作业。现有1 942千瓦ASD引航拖轮为1991年5月由东海船厂建造，2 058千瓦常规拖轮为1996年12月由烟台普泰船厂建造完成，两船由于船龄较大和初始船型设计等因素，其抗风浪能力、安全性和经济性都很难满足当今港口发展的需要。

鉴于上述现状，建造两艘2 354千瓦（3 200马力）ASD引航拖轮是必要的。纵观国内ASD拖轮建造市场，其核心技术和建造工艺均已成熟，即两艘2 354千瓦（3 200马力）ASD引航拖轮的建造是可行的。

二、2 354千瓦ASD引航拖轮作业需求与选型原则

2 354千瓦ASD引航拖轮主要承担大风浪等恶劣海况条件下的引航员接送作业任务，这就要求该船型具有良好的抗风浪能力、耐波性和安全性。其次，还应考虑登船的便利性以及在靠离大船时的操纵性，即设置引航员登乘踏板、提高动力响应、船型便于首离等。

选择具有实船使用经验的成熟船型作为母型船以提高拖轮选型的安全性，并依据使用反馈对母型船进行性能提升和细节改进是2 354千瓦ASD引航拖轮的选型原则。

三、ASD拖轮船型概述

基于前述的2 354千瓦ASD引航拖轮选型原则，天津港目前具有实船使用经验的ASD船型有两种：一种是日本ASD拖轮船型以及在其基础上进行改进的船型，该类船型我们称为常规ASD船型；另外一种是由加拿大罗伯特·艾伦公司（ROBERT ALLAN LTD）设计的ASD拖轮船型，我们称作罗伯特船型。

图1为常规船型与罗伯特船型船体线型的比较，常规船型是在1972年由大连港采购的一艘名为“樱花丸”的二手ASD拖轮，后改名为“连港13号”，此后我国除大量引入日本原型船以外，我国的多个造船厂和船舶设计公司也都具有该船型的设计和建造能力。常规船型在天津港目前的保有量为30余艘，船型成熟且具有40多年的使用经验。其特点为船底平直，长宽比较大船体线型瘦长，同马力拖轮吃水和吨位较小，首部线型为前倾型船首和破冰型船首，尾部线型有明显的抬升，利于对舵桨的保护。

图1 常规船型与罗伯特船型船体线型比较

罗伯特船型为2006年宁波港委托加拿大罗伯特·艾伦公司为其设计、由镇江船厂建造完成的“甬港众联6号”。天津港于2013年11月首次使用该船型，船名为“津港轮26”。目前该船型宁波港6艘、深圳港2艘、天津港5艘、曹妃甸港1艘。尽管国内保有量不大，但该船型世界保有量在600艘以上，仅在国内建造的也有150余艘，即该船型也属于成熟的ASD拖轮船型。罗伯特船型首部、尾部、船底和侧线均为流线型设计，在水线附近的线型设计提高了船舶的耐波性，较长且宽大的分水中设计在提高航行稳定性的同时也起到了减摇作用。

四、ASD引航拖轮选型研究

（一）抗风浪能力

大风浪等恶劣海况对拖轮的影响主要表现为横摇、纵摇、垂荡、船体抨击、甲板上浪和船舶失速。而拖轮抗风浪能力的影响因素主要有方形系数（Cb= V / Lbp）、船舶吨位（满载排水量）、船舶吃水、干舷高度、船体强度和主机功率（拖轮设计功率2 354千瓦）。

我们对天津港使用的相同主机功率不同船型的拖轮进行了抗风浪能力影响因素的参数对比（见表1），两种船型的方形系数与设计吃水相差不大，而在满载排水量和干舷高度两项中罗伯特船型的参数明显大了很多，即罗伯特船型在抗风浪能力方面占有优势，这种优势在实船使用中也得到了船员的印证。

表1 常规船型与罗伯特船型抗风浪能力数据比较

（二）耐波性

图2为加拿大罗伯特·艾伦公司2004年所做的常规船型与罗伯特船型实船模型的耐波性数据比较，其典型传统全回转拖船即为本文的常规拖轮船型。由图2可知：在2米表征波高时常规船型的纵摇随航速的增加而增加，罗伯特船型则没有明显的变化；在船体横浪时常规船型的垂向加速度是罗伯特船型的1倍以上，而横摇角度也大了近40%。天津港多名船长的实船体验也证实了图表中数据的真实性。由此可见，在拖轮耐波性能上罗伯特船型大大优于常规船型。

图2 常规船型与罗伯特船型耐波性数据比较

（三）安全性

拖轮的安全性除了抗风浪能力和耐波性以外，还体现在稳性、浮性和抗沉性（大倾角稳性）等方面，表2对天津港使用的相同主机功率不同船型的拖轮进行了安全影响因素的参数对比。

表2 常规船型与罗伯特船型安全性数据比较

从表2可以看出，罗伯特船型在稳性、浮性和抗沉性等方面相比常规船型均具有一定的优势。

（四）船体对舵桨的防护

为了保证舵桨的安装空间，常规船型往往会设计一个尾部的升高甲板。图3为常规船型与罗伯特船型尾部线型的比较，从中可以看出常规船型的尾部线型存在一个较大的抬升。正是由于尾部船底的抬升使其舵桨下缘位于平直的船底线以上，即船体对舵桨进行了较好的保护。罗伯特船型拖轮在配装大功率舵桨时，其下边缘会在船底基线以下，在驶入浅水水域时会对舵桨产生伤害，造成较大的机损事故。

图3 常规船型与罗伯特船型尾部线型比较

图4为罗伯特船型尾部尺寸示意图。罗伯特船型拖轮满足下述五个条件时会导致舵桨受损：

（1）拖轮因各种原因驶入浅水水域；

（2）测深仪失效或驾驶员对于测深仪报警未及时采取有效措施；

图4 罗伯特船型尾部尺寸示意图

（3）水域深度在拖轮设计吃水（船底基线到满载水线）和实际吃水（拖轮最下缘到满载水线）之间，如果小于设计吃水船底会首先搁浅，如果大于实际吃水则不会对舵桨造成伤害；

（4）该水域底质很软，分水中完全或部分插入底质继续前行且未受阻挡；

（5）上述很软底质对舵桨造成伤害。

同时满足上述条件的可能性是存在的，但概率很低。不论是罗伯特船型还是常规船型在协助大船离泊作业时都往往采用倒拖。在浅水水域倒拖或倒航时，只要水域深度小于拖轮的实际吃水就有可能造成舵桨受损。所以加强拖轮航路设计、考察作业水域、保证测深仪的工作状态、提高拖轮驾驶员的安全意识和业务能力都有助于拖轮的航行与作业安全。

五、天津港2 354千瓦ASD引航拖轮选型结论

通过对常规船型和罗伯特船型在抗风浪能力、耐波性、安全性以及船体对舵桨的防护等方面的分析可以看出，罗伯特船型更能满足天津港2 354千瓦ASD引航拖轮对于大风浪接送引航员的作业需求。

图5为“津港轮35”实船照片，该船为罗伯特RAstar系列船型，2015年1月由上海复兴船务公司三林船厂建造完成，其主尺度为38.0米×12.8米×5.7米，设计吃水4.2米，实际吃水5.1米，设计航速14.5节。该船入围了2015年“International Tug &OSV”杂志的年度评选。该船型在罗伯特RAstar系列船型的基础上进行了多项本土化改进，包括其引航员接送功能，这也是该船入围的亮点之一。

“津港轮35”已在天津港及中国近海海域安全运行超过40个月（主机运行超过10 000小时）。经实船验证，其在港口助泊、海上拖带和接送引航员作业方面均能满足2 354千瓦拖轮的功能需要。

图5 “津港轮35”实船照片

六、母型船改进

天津港2 354千瓦ASD引航拖轮以大风浪接送引航员为主要作业，需要在其母型船“津港轮35”基础上作出如下的改进：

（1）适当增加船体长宽比，降低船舶阻力，提高设计航速。

（2）船体水线附近做变形宽设计，以增大船舶回复力矩，提高船舶抗风浪能力。

（3）上层建筑为两层半设计，驾驶室视窗均为落地窗设计，在保证驾驶员视野的同时降低上层建筑高度利于傍靠大船；同时船舶重心降低提高船舶稳性。

（4）对烟囱外形和桅杆进行改进，以减小船舶傍靠和离靠大船时的碰撞风险。

（5）合理设计两侧护舷尺度、安装位置以及首、尾护舷外缘线型，以提高拖轮首离性能。

（6）合理设计船首高度，在防止船首上浪和便于登乘人员在船首登船之间达到平衡。

（7） 首升高平台平直设计，铺设防滑格栅，提高带、解缆作业人员作业以及引航员首部登船的安全性。

（8）在船舷两侧设计具有结构加强的引航员登乘平台，平台外沿设警示标线及夜光显示，加装防风暴扶手。平台设计充分考虑平台防浪、防滑、泄水以及登乘人员的安全防护和便利性。

（9）采用变距螺旋桨，提高船舶动力响应速度，同时也能适应自航和拖带作业两种工况。