海上横向补给安全要点分析

张宇辰，孙国亮，丁 浩

（中国卫星海上测控部，江苏 江阴 214431）

0 引言

海上补给是指船舶由于较长时间远海作业，以致自身所携带的燃油、淡水、食品、备件等物资消耗较大，从而需要利用各型设备在海上对船舶实施物资补给和人员换乘的作业方式。在未来航海领域中，海上补给能力至关重要，因此，海上补给性能的优劣性已然成为衡量海上船舶执行任务及高速机动能力的重要标志。同时，海上补给在现实应用中被广泛使用，已成为针对远洋船舶日渐成熟的补给模式。

1 发展历程

国外海上补给最早出现在19世纪末20世纪初，欧美一些海洋强国首先在远洋船舶上进行海上补给实验，同时进行物料补充及油料补充。19世纪40年代，有的国家组建了自己的海上补给运输船队，随后各国开始研制专门的海上补给装置及海上补给船，海上补给从设备到操作都上升了一个新台阶。国内海上补给发展较晚，1970年前后，我国第一代大型远洋补给船905型应运而生。

补给方式按形式可分为横向补给、纵向补给、航行垂直补给、靠帮补给4种，其优缺点如表1所示。

表1 补给方式及其优缺点

1.1 横向补给

横向补给可以在海况环境较复杂情况下进行补给作业，其补给品类多，补给效率高，因此在所有补给模式中使用率最高，占据主导地位。在现代船舶上均带有现代化补给装置，可在两舷同时开展作业，并通过专用补给站，进行快速高效的补给作业。

1.2 纵向补给

纵向补给是较为普遍使用的一种补给模式，具有可操作性高、技术要求低等特点，但是这种补给方式所补给的货品较为单一，效率不高，在实际应用中较为受限。自1925年起，美国拖带胶管研制成功，成为纵向补给方式的首创者。

1.3 垂直补给

垂直补给是指利用直升机或航空器进行补给的作业模式，被公认为是最迅速且有效的补给方式。在现实作业中应用广泛。1959年，美国首次利用直升机将应急物资快速运转传达，开创了垂直补给的先河。这种补给方式虽然成本较高，但是其可操作性较强，对环境海况的要求较低，因此在实际应用中也占有较大比例。

1.4 靠帮补给

靠帮补给是最古老、历史最悠久的补给模式，是指在漂航或者系泊状态下利用简单的补给工具，进行补给。这种补给方式虽然可靠性高，安全性强，补给货品种类多，但是在复杂海域中难以控制，机动性不强。

2 海上补给过程中的安全注意事项

2.1 进入补给海域

国内针对航行编组的单船运动模式、耐波运动模型、航行间距离测算、两船渐近模型等内容进行研究。

李嘉宁等[1]构建了船舶编组的耐波性运动模型，通过分析编组船舶在规则波中的运动响应，以及多船间水动力干扰效应和不同运动模式下的交叉影响，求解得出船舶编组在12个不同维度下的耦合频率运动方程。同时构建船舶编组的航态决策模型，利用三维频域格林函数法对某一航态下的补给编组的耐波性进行预报，得出在不同参数情况下的优选航向航速。

孙灵远等[2]在对编组船舶航行距离测算时，通过激光测距技术实现对两船相对位置的持续性自动化跟踪测距。利用稳定云台，通过调整云台方位角、俯仰角精度等计算两船舶的实际距离。在海上实船试验进行验证，证明该系统不仅能完成目标的距离测量，还可获得补给状态下两船的水平速度。相对位置的自动化跟踪测距为横向补给作业和船舶的编组航态决策提供数据基础。

何瑶[3]在海上横向补给中船艇接近自动化控制中构建系统结构模型，利用航迹PID控制器，输出方向舵令指示，角度控制器输出速度控制指令，分析得出在不同速度阶段下船艇航速示意图，以及距离PID控制器控制效果示意图。建立了基于PID控制理论的船艇航迹、角度距离自动化控制模块，从而更好地实现海上补给过程中两船的同向同速。

2.2 形成补给条件

在两船逐渐靠近，形成补给条件过程中，要注意船间效应的产生，一旦操作不当，容易产生碰撞的危险，合理规避并采取正确的措施来减少船间效应对两船的影响。

高孝日等[4]曾对船间效应影响的船舶运动数学模型进行仿真分析，提出了船体水动力计算模型、螺旋桨计算模型、舵力计算模型、舵机计算模型以及船间效应力及力矩计算模型。仿真结果表明，船间效应力与力矩足够改变船舶运动状态，并且在一定距离下用舵可控制船舶运动状态，相应地使用控制舵角，可以达到抵消船间作用力的目的。

谷元全等[5]将船舶运动模型与船间效应模型结合起来，将船间效应添加到两船的运动方程中，从而得出在不同船间距下两船轨迹图。该运动方程可根据不同的船间距离，模拟出不同的局面，从而得出某一特定型号船舶在某一特定距离时船间效应最大。由此运动方程在实践中加以应用，输入不同运动状态下的船舶航行参数值，得出安全距离。

泰勒通过对船长相同的两船并航实验，得出两船并航时横向吸力最大，其计算公式为：

式中：Fs为横向吸力，L为船长，f为两船横向间距，R为船舶阻力。

假设有补给船A和接收船B，如表2所示。船长均约为220 m，推进系数0.5～0.7，航速10 kn，有效主机功率为14 MW，船间距为66 m，吨位均约为30000 t。在此假定情景下，依据泰勒所做试验得出公式可得两船横向吸力约为73 t。

表2 补给船与受补船船型参数

2.3 补给作业实施

1）设备使用前检查。设备使用前，应对其进行安全检查，干货主要包括高架索、缆绳、货柜，对补给装置动力配电等进行检查，液货还应包括对液体输送管系密性进行检查，确保作业安全。

2）补给作业的实施。在补给作业实施过程中，要注意两船保持同向同速，并且两船现场调度员与值班驾驶员保持甚高频通话，依据实际情况调整两船的航行姿态。干货补给采用通索法架设高架索，在实际操作中两船间距在不影响船舶保向能力的前提下，应采取较大的保向舵角进行保向，在操舵时，务必做到早用舵，早回舵，并且要注意减小兴波。液体货补给采用软管进行液体货的输送，在实际操作中使用跨索连接软管，使得软管在作业时，全程不接触海面。

3）补给设备注意事项。高架索补给连接是指采用1根高架索将补给船与受补给船相连接，并承载补给物资载荷，并且由牵引索控制物资在补给物资在高架索上的运动轨迹，高架索补给法是目前最为常见的海上补给方式。由于船舶在波浪作用下会产生不同维度的运动，其索道张力也会随之变化。在实际操作中索道张力变化与船舶运动状态、海况等因素有关。任爱娣等[6]基于力学基本原理并借助Mathematic软件，建立静态情况下干货补给高架索受力方程，通过对张力参数的变化进行分析，得到了影响索道张力变化的主要参数。因此可根据得出拖点所能承受的最大张力值，通过计算出的最大张力，加以配载操作及船舶操控，最终达到避免拖曳过程中脐带缆索断裂的目的。何学军等[7]曾建立高架索挠度方程，通过对基本方程的建立及求解，对高架索最大挠度及相关参数和货物运行轨迹及集中载荷点挠度进行分析。从静力学角度对高架索进行分段分析，得到高架索挠度在货物实际运行中的张力及临界点影响，用以计算高架索最大受力，避免断裂。

2.4 两船驶离补给海域

作业结束后，应先停止设备，进行停机检查，包括对装置本身以及高架索等索缆的检查，确认其外观无明显损伤后回收补给装置，在装置回收时要注意导缆索、高架索不要触碰到海面。

3 补给接收装置的操作使用与安全要求

3.1 补给接收装置操作流程

补给接收装置的使用，其操作流程大致有设备开机、架设索缆、接收补给、解脱索缆、设备关机等步骤。

横向干货补给作业中索缆的架设步骤可细分为导缆绳的收放、高架索的架设与张紧、外牵索绳传送与张紧外牵索。索道的解脱应先解除外牵索张力并回收外牵索及导轮架在解除高架索张力并解脱回收高架索。在接收补给的过程中先由接收头上升，在传送过程中传送货物至接收船，接收头下降并卸货完成一次补给传递作业。接收完货物后，将空框上升小车传送回补给船，进行第2次补给，直到补给结束。

横向液货补给过程与横向干货补给过程的区别在于索道架设、接收补给、解脱索道3个过程，索道架设过程基本一致，区别在于由补给船释放加油探头，加油探头与受油头接触并锁住，连接快速接头。在接收补给过程中首先进行输送前扫线，再进行油料与淡水的输送，最后在输送完毕后再进行扫线。解脱索道过程可按快速接头、加油探头的顺序进行解脱，解脱完成后回收油水输送软管与跨索。

3.2 补给接收装置安全要求

1）设备功能性能要求

①高架索具有额定最大张力，并配备合适的安全销。

②横向干货接收装置所具备的整体抗拉强度应在出厂前进行试验验证，并保证大于补给索道最大破断力。

③横向液货补给装置应有较高的密性要求，且设备连接可以实现快速挂脱。

④电气设备应有接地保护、联锁功能、过载保护等，应设置自动触动行程开关。

2）设备操作过程注意事项

①所有位于甲板上的操作人员须佩戴安全帽和救生衣，对于作业禁区设置安全提示。

②在接收撇缆操作时，甲板上作业人员须隐蔽至安全位置，防止被撇缆枪打中后发生危险。

③必须在高架索连接确认好之后，才可以发出通知张紧索道。

④补给索道进行施加张力或者去除张力时，人员须避开，防止索道断裂造成人员误伤。

4 结语

本文分析航行时横向补给的两船沟通、船间位置、设备保护、安全操作等方面的注意事项。结论如下：

1）横向补给要注意船间效应及船位选择。注意在两船实时沟通，根据实时船距、横向、航速、位错角等信息，及时协调船位。

2）补给操作过程中要注意补给接收装置的使用及高架索的架设使用与脱钩。补给作业流程及安全操作应符合相关规范流程要求。