船舶进港回旋和靠泊所需拖轮总拖力计算方法研究

力的计算方法进行了系统对比、分析和总结，对采用不同规范得到的拖轮总拖力结果进行对比分析，得出最具应用
价值的拖轮配置方法。
关键词：船舶操纵；拖轮总拖力；风力；水流力；波浪力
中图分类号：U675
文献标识码：A
文章编号：1006-7973（2019）06-0013-03
一、引言 拖轮主要用于辅助其他船只或浮动建筑物航行与靠、系 泊。在国内外的港口船舶作业中，大多数货运船舶需要在拖 轮的协助下进行安全、高效的靠、离泊以及进、出港作业。 因此拖轮在港口作业中扮演着安全卫士以及船舶辅助动力的 角色，是港口营运不可或缺的组成部分。港作拖轮的配置设
由于实际可用的总拖轮力 TC（包含所有的船艏助推器） 与克服自然条件所需有效总拖力 BP 之间的区别，推荐增加一 个安全系数 SO：
SO ≥ TC ≥1.1~1.25 BP
计对水域平面设计有着重要的影响。 笔者根据对国内外规范和国际标准进行研究后，针对船
舶进港回旋和靠泊所需拖轮总拖力计算方法进行了系统研， 供参港口工程项目的广大技术人员参考。
[ ] BP= Sf × ( ) CG× Fwind + Fcurrent + F wave
式中：Bp 为服务作业船舶所需的总拖力； Sf 为因气候条件而考虑的安全系数，一般取 1.2~1.5； CG 阵风系数；
Fwind 为作业船舶所受到的风力； Fcurrent 为作业船舶所受到的水流力； Fwave 为作业船舶所受到的波浪力； TC 为实际使用的拖轮的总拖力； So 为作业安全系数，取 1.1~1.25。
1．英国规范中作用在船舶上的环境荷载计算方法 BS 6349-1-2：2016 《General – Code of Practice for Assessment of Actions》[5]中对于作用在船舶上的风力 和水流力给出了计算方法。 （1）英国规范中作用在船舶上的风力计算方法 风的总作用力可以分解成两个作用在船头及船艉的横向 分力和一个作用在船舶中心的纵向分力。船头或者船艉的横 向分力 FTiW（单位：kN）可通过下式计算：
收稿日期：2019-02-08 作者简介：罗天一（1986-），女，中交四航局港湾工程设计院有限公司工程师（港口与航道工程运
第 19 卷
轮总拖力计算方法是引用了《Tug Use in Port》[3]中的相关 计算图表。而《Tug Use in Port》[3]中给出的船舶所受的风 力和水流力计算公式引用自石油公司国际海事论坛（简称 OCIMF）的规范《Mooring Equipment Guidelines》[4]， 并补充了短周期波浪对船舶作用力的计算方法，但指出该计 算公式在有涌浪的水域不能使用。OCIMF 规范《Mooring Equipment Guidelines》[4]和英国规范 BS 6349-1-2： 2016 《General – Code of Practice for Assessment of Actions》[5]中仅给出了作用在船舶上的风力和水流力计算公 式，没有波浪力计算方法。西班牙规范给出了作用在船舶上 的的风力、水流力和波浪力计算方法，并且该波浪力计算公 式适用于风浪和涌浪。因此本节将对 OCIMF 规范、英国规 范和西班牙规范中作用在船舶上的环境荷载计算方法进行详 细介绍。
二、拖轮总拖力计算影响因素 理论上码头项目的拖轮总拖力应等于风、浪和流作用在 操纵船舶上的作用力总和，但是考虑到某些重要的影响因素， 需要额外考虑安全系数，这些影响因素包括： （1）拖轮必须有足够的拖力使移动中的船舶快速地停止。 （2）拖轮并不总是在正确的方向上拖拽或推动船舶，例 如当船舶有一定前进速度时，拖轮需要耗费一定的功率用于 跟随操纵船舶前进。 （3）拖轮由于磨损和污秽等原因不再拥有原额定的 100%拖力。 （4）操纵船舶船艏和船艉的拖轮常常不能同时进行推拉 操作。 （5）拖轮的螺旋桨带动的水流冲击到操纵船舶船体上会 降低拖轮拖拽效率。 （6）波浪也会对拖轮效率有较大影响。 三、拖轮总拖力计算方法 《Safety Aspects Affecting the Berthing Operations of Tankers to Oil and Gas Terminals》[1]对于拖轮配置进行 了系统的介绍，给出所需的总拖轮拖力计算公式如下：
拖轮协助船舶进港或离港一般分为如下三个阶段： （1）起始阶段，船舶仍然具有一定的速度，具有足够自 控的主机动力和舵效。这个阶段的拖轮不需要提供过多的拖 力，只需要为通航船舶提供一定的协助。 （2）中间阶段，船舶开始制动，进入操纵水域或港池。 在这个阶段通航船舶逐渐减少到零，渐渐失去动力和舵效， 需要靠拖轮协助抵消外力（风、浪和流等）的影响。 （3）最后阶段，回旋和靠泊，或者离泊和回旋。船舶在 这个阶段一般速度为零，因此需要更多的拖轮协助抵抗外力 的影响。 一般拖轮配置都是根据最后阶段的风、浪和流的作用力 确定的，因此当计算拖轮总拖力时，一般只需计算作用在船 舶上的横向环境荷载。 当船舶配置了侧推进器并在操纵中使用，则拖轮的总拖 力要求可以相应减少。 四、各国规范中作用在船舶上的环境荷载计算方法 《海港总体设计规范》JTS 165-2013 [2]中船舶所需拖
第 19 卷 第 6 期 2019 年 6 月
中国水运 China Water Transport
Vol.19 June
No.6 2019
船舶进港回旋和靠泊所需拖轮总拖力计算方法研究
罗天一 1，舒开连 2
（1.中交四航局港湾工程设计院有限公司，广东 广州 510290；2.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）
摘 要：本文旨在得出船舶进港回旋和靠泊所需拖轮总拖力的国际化通用计算方法。本文分析了拖轮总拖力计算的
影响因素，给出了拖轮总拖力的计算公式，通过对船舶操纵各个阶段的分析，得出在船舶靠离泊和调头阶段所受到
的横向环境荷载是拖轮总拖力的关键影响因素，并进一步对国内外规范中作用在船舶上的横向风力、水流力和波浪