海上风电安装船“福船三峡”跨港区拖航的风险评估与防范措施
屈浩东 李征
摘要：海上风电安装船具有附加值高、造价高、设计建造难度大的特点。福建省第一艘自主建造尚未试航的海上风电船“福船三峡”计划从厦船重工3号码头拖至海翔码头继续安装剩下的25米桩腿。作为引航员，有幸指挥拖轮拖航其至海翔码头，在此介绍一些拖航经验与同行交流、探讨，希望能够提供一些有益的借鉴。
关键词：“福船三峡”海上风电安装船 跨港区拖航 风险评估 防范措施
海上风电安装船作为一种全新的海洋工程船，集大型风机构件运输、起重机安装、生活供给等功能于一体。“福船三峡”海上风电安装船是厦船重工建造的第一个海上风电平台，也是国内拥有自主知识产权的最先进的风电安装船，2017年6月在福建省沿海交付使用，为我省发展清洁能源发挥先行作用。
1 “福船三峡”海上风电安装船
“福船三峡”是中国船舶工业集团第七0八研究所自主研发设计的最新一代海上风电一体化作业移动平台，由中铁福海洋工程有限责任公司委托厦门船舶重工股份有限公司建造。它的起吊能力、甲板工作面积及载荷当属国内最大，总长108.5米，型宽40.8米，型深7.80米，设计吃水4.6米。自带动力定位系统可使该船尽可能地保持在海平面上要求的位置上，其定位成本不会随着水深而增加，并且操作也比较方便，最大作业水深50米，配备一台1 000吨全回转绕桩吊和200吨全回转起重机，可携带3台5兆瓦风机或2台7兆瓦风机，甲板面积大于2 500平方米。该风电安装船4个插入海底支撑并固定驳船的桩腿设计高度为85米，但由于海沧大桥空高限制（净空高度为55米，基准是历史最高水位），它在厦门船厂桩腿只安装了60米，计划把它从厦船重工3#泊位拖带至厦门港另一港区——刘五店的海翔码头安装剩下的25米，并在那进行相关测试。
接到引航任务后，我们把事先经论证的拖航航线设计、风险评估及安全措施作为重要的参考材料，并结合自己对厦门港十几年来的引航经验和与拖轮的配合经验做了进一步的评估检查，制定下列方案，以确保拖航安全。由于“福船三峡”上视野比较开阔，利于瞭望，對船位和船舶偏转趋势也一目了然，故选择在“福船三峡”上指挥拖航船组。
2 跨航区拖航计划
从厦船重工3#泊位拖带至海翔码头，整个拖带航线须经过海沧大桥、东渡航道、厦门主航道、刘五店航道等水域，拖带航线各转向点位置详见表1和图1所示，整个拖带计划航线内容如下：
（1）自厦船重工3#泊位离泊，至1#泊位前沿自然水深-15.0米处采用自身艏艉桨舵动力定位、调整桩腿，根据潮位适时动车，在拖轮的协助下，安全通过海沧大桥，出港。
（2）经过东渡航道猴屿西航道后进入厦门港主航道。
（3）自厦门港主航道E点航行至主航道C点。
（4）拖带至15#浮后，在拖轮协助下，向左转向下线，进入金门水域，在2#锚地北侧开阔水域，风电平台将4根桩腿起升收回，以减少拖航阻力。
（5）正横大担岛灯桩后，转向进入刘五店航道，保持与大担岛、二担岛足够安全的距离通过。
（6）沿刘五店航道航行至L3点、L5点。
（7）通过与金通航道交叉水域后，拖航船组抵达海翔码头前沿，调整拖带速度及拖带角度，控制好速度至1节左右，改变拖轮带缆方式，合理利用自身操纵设备，在拖轮协助下靠泊海翔码头。
3 拖航风险评估
“福船三峡”海上风电安装船自身桩腿高，厦门港流急，安装船自身动力未经充分试航，再加上港内交通流和航道宽度的影响，拖航作业通航安全受到威胁，具体如下：
（1）厦门港内流速较大，从厦船重工3#泊位离泊，到1#泊位前沿自然水深-15.0米处，采用自身艏艉桨舵动力定位调整桩腿下潜作业时，容易受风流影响漂移。在拖带航速较低的情况下，流压差会变得很大，容易造成拖带船组偏离计划航线，同时可能出现因潮流角度导致拖带组偏荡的情况。
（2）东渡航道即厦门港主航道船舶通航密度较大，海上风电安装船拖带作业对沿航道航行的船舶通航影响较大。
（3）海沧大桥净空高度限制对风电安装船拖带作业通航安全有一定的影响。
（4）拖航组操纵性能不佳，在航道内与他船交会时避让较为困难。
（5）刘五店航道过土屿报告线后，沿岸是厦门港游艇帆船活动区域，对海上风电平台拖带作业有一定的影响。
（6）海上风电安装船拖带至海翔码头，在金通航线交叉处对来往金门“五通”的客船有一定的影响。
（7）厦门港水域海底电缆较多，对拖航组在航行过程中出现紧急情况抛锚有一定的影响。
（8）厦门港东渡航道和主航道宽度对拖航船组的操纵有一定的影响。
（9）海翔码头东侧水域的渔排养殖区对拖航组靠泊有一定的影响。
（10）“福船三峡”海上风电安装船重心偏高，靠离泊安全操作要求高。
4 拖航安全防范措施
4.1拖带期间，天气和海况需满足以下条件
（1）风力小于或等于5级风，避免风导致偏转、漂移及偏荡过大，不利于拖航船组按既定航线航行。
（2）有义波高小于或等于1.5米，避免发生较大的横摇。
（3）能见度大于2海里；整个拖带作业均应选择在白天进行。
4.2拖航时机的掌握
（1）海沧大桥及航道的通过时机
从厦船重工码头到海翔码头需经过通航净空高度分别为55米的海沧大桥（以历史最高潮为基准）、68.322米的嵩禾#9-#10架空电缆及65.992米的东钟#6-#7架空电缆，而福船三峡实际吃水4.5米，桩腿原高度60米，所以整个航段只受海沧大桥的净空高度限制。 故需在厦船重工码头离开到旋回水域后把桩腿下沉4.5米，这样实际水面以下高度为9米，下沉后水面以上高度为51米，通过海沧大桥没有问题。
而全程航道最浅点在猴屿西航道，为10.3米且不算潮高，“福船三峡”轮水下深度9米加上1米富裕水深为10米，所以水深方面全程得到保证。
（2）拖航时机的选择
2017年1月24日，厦门港潮水在10：03为最高潮，高潮潮高4.78m，潮高不超过历史最高潮，当天的风为东北风3～4级。就整个拖航航线而言，拖船船组自15#浮从主航道下线，向左转向，并从大担岛南侧、2#锚地北侧水域转向至刘五店航道，均需要大角度转向，且该航段拖带作业易受横流影响，一旦操纵不当，压向大担、二担岛等碍航物，为保障风电安装船拖带安全，故选择在高平潮前后，在缓流时段，从15#浮下线，以保证随后的回收桩腿、横流航段航行、转向至刘五店航道的作业安全。自厦船3#码头至15#浮下线，航程约12.5n mile，按拖航速度5kn，加上离泊和桩腿下放的时间各半小时左右，约3.5～4小时。那么，需要提前3.5～4小时动车，高潮前3小时通过海沧大桥，整个拖航航程包括刘五店航道均顶流航行，便于控制拖带船舶。整个拖航作业的时间节点控制详见表 4-2 所示。
4.3拖带方式的选择
从舾装码头拖往码头对开、东渡主航道外缘、水深-15米以上处下潜桩腿作业，由安排“厦港拖13”号为主拖，“厦港拖14”号协助。
风电船下潜桩腿后开始拖带航行，采用旁拖夹带方式从东渡航道、厦门港主航道拖航出港，拖带方式见图4-2所示。在被拖船的左右舷、船艉各配备一艘全回转式拖轮，拖轮尽可能带在离船艉近一些，以便转向时效果更佳，带缆方式采用头缆、尾缆加倒缆，以便控制航向、制动，同时为拖带提供拖力。转向时，通过一舷的拖轮进车，另一舷的拖轮保持待命状态来达到其效果。拖带出港时安排“厦港拖13”号为主拖，“厦港拖14”号为辅拖。靠泊刘五店海翔码头，“厦港拖13”号为主拖，“厦港拖14”号协助靠泊。
4.4拖带期间申请交通管制
对东渡航道厦门港主航道实施单向封航，并全程申请海事巡逻船在前方护航，及早发布航行警告。在保证拖航作业安全的条件下，拖航船组应尽可能减少占用主航道的时间，开动风电安装船配备的4台主机，提高拖航速度，一旦拖航船组自主航道下线后，便可解除单向通航。
本次拖航作业等拖航船组出了东渡航道，海事巡逻船就返回了，拖航船组在23#浮和28#浮附近，出现两次大角度转向，避让占用航道的渔船的。
实际拖航作业中，“福船三峡”轮离开码头在1#泊位调整完桩腿后开始用车，但未通过海沧大桥，驾驶台主机高温警报响起，机舱报告冷却系统故障需停车检查。停车后，笔者指挥拖轮对“福船三峡”轮进行无动力拖航，大概半小时后拖到42#浮附近，经机舱抢修后，4台主机可以同时使用两台，但操纵性能受到了限制——动力减弱、舵效变差、航向稳定性下降。此后，拖轮13号和拖轮14号都在两边旁拖。
4.5风流压判断
潮汐水流的变化有一定的规律，而风的大小方向往往难以预测，应适时根据风流和船舶受风流面积，准确估计拖带风流压差的大小，使拖轮小角度改变航向，抑制风流影响。
4.6改向操纵
应避免一次转向达20度以上，大角度转向应分几次完成，最好每次转5度至10度，确保拖航组走准计划航线。与拖轮默契合作，准确掌握施舵的提前量。
4.7确保风电安装船与交管中心、拖轮及外部船只的通信畅通无阻
本次拖带船组除守听16公共频道、08厦门交管频道外，内部工作频道为14；在拖航作业前，拖航组应向厦门港口管理局及金门港务报备并获得许可方可进行拖航作业；拖航船组经土屿需向厦门交管中心报告；过主航道15#浮后需向厦门交管中心报告下线，同时在11频道向金门港务电台报告进入金门水域。
4.8调整风电安装船的艏艉吃水，使其成艉倾状态，增加其航向稳定性。
4.9 主拖轮在AIS上详细设定主要航行信息，以便使航经的商船尽早判断本拖航组动态。
4.10拖航船组属于操纵能力受限的船，应按规定显示号灯号型；在整个拖航期间，主拖船船长应采取措施确保被拖物符合拖航安全的各項要求，拖航船组应及时收听、阅看GMDSS播发的海上安全信息并采取有效措施。
4.11当抵达海翔码头前沿时，注意与养殖区保持足够安全距离，避免船速较低被风流压向渔排养殖区。
4.12“福船三峡”海上风电安装船在拖航过程中，需严格执行厦门船舶重工股份有限公司事先制定的应急预案，主、辅拖船拖航过程中应严格执行《拖航计划书》中的相关要求。
4.13由于“福船三峡”重心偏高，靠离泊时一定要很缓慢并且靠泊角度尽量与码头平行。
本次拖航作业中，笔者事先制定周详的应急预案，充分发挥个人对厦门港丰富的引航经验、应急反应能力及与拖轮合作的默契，顺利完成了引航拖带任务。
5 结束语
福建省受季风和台湾海峡“狭管效应”的影响，风能利用小时数位居全国第一，在国家政策支持下，海上风电迎来了绿色新发展的全新机遇。“福船三峡”海上风电安装船现已在兴化湾投入使用，使我省风能的利用率得到了极大的提高，为国家的节能减排计划做出了巨大贡献。“福船三峡”是中铁福海洋工程有限责任公司委托厦门船舶重工股份有限公司批量建造的第一个海上风电平台，本次拖航的成功经验可作为后续建造的海上风电安装船跨航区拖航的重要参考资料。
参考文献：
[1] 洪碧光，杲庆林，汤国杰.船舶操纵.[M].北京：人民交通出版社，2008.5.
[2] 陆志财.船舶操纵.[M].大连：大连海事大学出版社，2000.
[3] 王汉弢，梁帅，皇甫国光.40万吨无动力矿砂船拖航安全.[J].上海：航海技术2016.6：16-17.
摘要：海上风电安装船具有附加值高、造价高、设计建造难度大的特点。福建省第一艘自主建造尚未试航的海上风电船“福船三峡”计划从厦船重工3号码头拖至海翔码头继续安装剩下的25米桩腿。作为引航员，有幸指挥拖轮拖航其至海翔码头，在此介绍一些拖航经验与同行交流、探讨，希望能够提供一些有益的借鉴。
关键词：“福船三峡”海上风电安装船 跨港区拖航 风险评估 防范措施
海上风电安装船作为一种全新的海洋工程船，集大型风机构件运输、起重机安装、生活供给等功能于一体。“福船三峡”海上风电安装船是厦船重工建造的第一个海上风电平台，也是国内拥有自主知识产权的最先进的风电安装船，2017年6月在福建省沿海交付使用，为我省发展清洁能源发挥先行作用。
1 “福船三峡”海上风电安装船
“福船三峡”是中国船舶工业集团第七0八研究所自主研发设计的最新一代海上风电一体化作业移动平台，由中铁福海洋工程有限责任公司委托厦门船舶重工股份有限公司建造。它的起吊能力、甲板工作面积及载荷当属国内最大，总长108.5米，型宽40.8米，型深7.80米，设计吃水4.6米。自带动力定位系统可使该船尽可能地保持在海平面上要求的位置上，其定位成本不会随着水深而增加，并且操作也比较方便，最大作业水深50米，配备一台1 000吨全回转绕桩吊和200吨全回转起重机，可携带3台5兆瓦风机或2台7兆瓦风机，甲板面积大于2 500平方米。该风电安装船4个插入海底支撑并固定驳船的桩腿设计高度为85米，但由于海沧大桥空高限制（净空高度为55米，基准是历史最高水位），它在厦门船厂桩腿只安装了60米，计划把它从厦船重工3#泊位拖带至厦门港另一港区——刘五店的海翔码头安装剩下的25米，并在那进行相关测试。
接到引航任务后，我们把事先经论证的拖航航线设计、风险评估及安全措施作为重要的参考材料，并结合自己对厦门港十几年来的引航经验和与拖轮的配合经验做了进一步的评估检查，制定下列方案，以确保拖航安全。由于“福船三峡”上视野比较开阔，利于瞭望，對船位和船舶偏转趋势也一目了然，故选择在“福船三峡”上指挥拖航船组。
2 跨航区拖航计划
从厦船重工3#泊位拖带至海翔码头，整个拖带航线须经过海沧大桥、东渡航道、厦门主航道、刘五店航道等水域，拖带航线各转向点位置详见表1和图1所示，整个拖带计划航线内容如下：
（1）自厦船重工3#泊位离泊，至1#泊位前沿自然水深-15.0米处采用自身艏艉桨舵动力定位、调整桩腿，根据潮位适时动车，在拖轮的协助下，安全通过海沧大桥，出港。
（2）经过东渡航道猴屿西航道后进入厦门港主航道。
（3）自厦门港主航道E点航行至主航道C点。
（4）拖带至15#浮后，在拖轮协助下，向左转向下线，进入金门水域，在2#锚地北侧开阔水域，风电平台将4根桩腿起升收回，以减少拖航阻力。
（5）正横大担岛灯桩后，转向进入刘五店航道，保持与大担岛、二担岛足够安全的距离通过。
（6）沿刘五店航道航行至L3点、L5点。
（7）通过与金通航道交叉水域后，拖航船组抵达海翔码头前沿，调整拖带速度及拖带角度，控制好速度至1节左右，改变拖轮带缆方式，合理利用自身操纵设备，在拖轮协助下靠泊海翔码头。
3 拖航风险评估
“福船三峡”海上风电安装船自身桩腿高，厦门港流急，安装船自身动力未经充分试航，再加上港内交通流和航道宽度的影响，拖航作业通航安全受到威胁，具体如下：
（1）厦门港内流速较大，从厦船重工3#泊位离泊，到1#泊位前沿自然水深-15.0米处，采用自身艏艉桨舵动力定位调整桩腿下潜作业时，容易受风流影响漂移。在拖带航速较低的情况下，流压差会变得很大，容易造成拖带船组偏离计划航线，同时可能出现因潮流角度导致拖带组偏荡的情况。
（2）东渡航道即厦门港主航道船舶通航密度较大，海上风电安装船拖带作业对沿航道航行的船舶通航影响较大。
（3）海沧大桥净空高度限制对风电安装船拖带作业通航安全有一定的影响。
（4）拖航组操纵性能不佳，在航道内与他船交会时避让较为困难。
（5）刘五店航道过土屿报告线后，沿岸是厦门港游艇帆船活动区域，对海上风电平台拖带作业有一定的影响。
（6）海上风电安装船拖带至海翔码头，在金通航线交叉处对来往金门“五通”的客船有一定的影响。
（7）厦门港水域海底电缆较多，对拖航组在航行过程中出现紧急情况抛锚有一定的影响。
（8）厦门港东渡航道和主航道宽度对拖航船组的操纵有一定的影响。
（9）海翔码头东侧水域的渔排养殖区对拖航组靠泊有一定的影响。
（10）“福船三峡”海上风电安装船重心偏高，靠离泊安全操作要求高。
4 拖航安全防范措施
4.1拖带期间，天气和海况需满足以下条件
（1）风力小于或等于5级风，避免风导致偏转、漂移及偏荡过大，不利于拖航船组按既定航线航行。
（2）有义波高小于或等于1.5米，避免发生较大的横摇。
（3）能见度大于2海里；整个拖带作业均应选择在白天进行。
4.2拖航时机的掌握
（1）海沧大桥及航道的通过时机
从厦船重工码头到海翔码头需经过通航净空高度分别为55米的海沧大桥（以历史最高潮为基准）、68.322米的嵩禾#9-#10架空电缆及65.992米的东钟#6-#7架空电缆，而福船三峡实际吃水4.5米，桩腿原高度60米，所以整个航段只受海沧大桥的净空高度限制。 故需在厦船重工码头离开到旋回水域后把桩腿下沉4.5米，这样实际水面以下高度为9米，下沉后水面以上高度为51米，通过海沧大桥没有问题。
而全程航道最浅点在猴屿西航道，为10.3米且不算潮高，“福船三峡”轮水下深度9米加上1米富裕水深为10米，所以水深方面全程得到保证。
（2）拖航时机的选择
2017年1月24日，厦门港潮水在10：03为最高潮，高潮潮高4.78m，潮高不超过历史最高潮，当天的风为东北风3～4级。就整个拖航航线而言，拖船船组自15#浮从主航道下线，向左转向，并从大担岛南侧、2#锚地北侧水域转向至刘五店航道，均需要大角度转向，且该航段拖带作业易受横流影响，一旦操纵不当，压向大担、二担岛等碍航物，为保障风电安装船拖带安全，故选择在高平潮前后，在缓流时段，从15#浮下线，以保证随后的回收桩腿、横流航段航行、转向至刘五店航道的作业安全。自厦船3#码头至15#浮下线，航程约12.5n mile，按拖航速度5kn，加上离泊和桩腿下放的时间各半小时左右，约3.5～4小时。那么，需要提前3.5～4小时动车，高潮前3小时通过海沧大桥，整个拖航航程包括刘五店航道均顶流航行，便于控制拖带船舶。整个拖航作业的时间节点控制详见表 4-2 所示。
4.3拖带方式的选择
从舾装码头拖往码头对开、东渡主航道外缘、水深-15米以上处下潜桩腿作业，由安排“厦港拖13”号为主拖，“厦港拖14”号协助。
风电船下潜桩腿后开始拖带航行，采用旁拖夹带方式从东渡航道、厦门港主航道拖航出港，拖带方式见图4-2所示。在被拖船的左右舷、船艉各配备一艘全回转式拖轮，拖轮尽可能带在离船艉近一些，以便转向时效果更佳，带缆方式采用头缆、尾缆加倒缆，以便控制航向、制动，同时为拖带提供拖力。转向时，通过一舷的拖轮进车，另一舷的拖轮保持待命状态来达到其效果。拖带出港时安排“厦港拖13”号为主拖，“厦港拖14”号为辅拖。靠泊刘五店海翔码头，“厦港拖13”号为主拖，“厦港拖14”号协助靠泊。
4.4拖带期间申请交通管制
对东渡航道厦门港主航道实施单向封航，并全程申请海事巡逻船在前方护航，及早发布航行警告。在保证拖航作业安全的条件下，拖航船组应尽可能减少占用主航道的时间，开动风电安装船配备的4台主机，提高拖航速度，一旦拖航船组自主航道下线后，便可解除单向通航。
本次拖航作业等拖航船组出了东渡航道，海事巡逻船就返回了，拖航船组在23#浮和28#浮附近，出现两次大角度转向，避让占用航道的渔船的。
实际拖航作业中，“福船三峡”轮离开码头在1#泊位调整完桩腿后开始用车，但未通过海沧大桥，驾驶台主机高温警报响起，机舱报告冷却系统故障需停车检查。停车后，笔者指挥拖轮对“福船三峡”轮进行无动力拖航，大概半小时后拖到42#浮附近，经机舱抢修后，4台主机可以同时使用两台，但操纵性能受到了限制——动力减弱、舵效变差、航向稳定性下降。此后，拖轮13号和拖轮14号都在两边旁拖。
4.5风流压判断
潮汐水流的变化有一定的规律，而风的大小方向往往难以预测，应适时根据风流和船舶受风流面积，准确估计拖带风流压差的大小，使拖轮小角度改变航向，抑制风流影响。
4.6改向操纵
应避免一次转向达20度以上，大角度转向应分几次完成，最好每次转5度至10度，确保拖航组走准计划航线。与拖轮默契合作，准确掌握施舵的提前量。
4.7确保风电安装船与交管中心、拖轮及外部船只的通信畅通无阻
本次拖带船组除守听16公共频道、08厦门交管频道外，内部工作频道为14；在拖航作业前，拖航组应向厦门港口管理局及金门港务报备并获得许可方可进行拖航作业；拖航船组经土屿需向厦门交管中心报告；过主航道15#浮后需向厦门交管中心报告下线，同时在11频道向金门港务电台报告进入金门水域。
4.8调整风电安装船的艏艉吃水，使其成艉倾状态，增加其航向稳定性。
4.9 主拖轮在AIS上详细设定主要航行信息，以便使航经的商船尽早判断本拖航组动态。
4.10拖航船组属于操纵能力受限的船，应按规定显示号灯号型；在整个拖航期间，主拖船船长应采取措施确保被拖物符合拖航安全的各項要求，拖航船组应及时收听、阅看GMDSS播发的海上安全信息并采取有效措施。
4.11当抵达海翔码头前沿时，注意与养殖区保持足够安全距离，避免船速较低被风流压向渔排养殖区。
4.12“福船三峡”海上风电安装船在拖航过程中，需严格执行厦门船舶重工股份有限公司事先制定的应急预案，主、辅拖船拖航过程中应严格执行《拖航计划书》中的相关要求。
4.13由于“福船三峡”重心偏高，靠离泊时一定要很缓慢并且靠泊角度尽量与码头平行。
本次拖航作业中，笔者事先制定周详的应急预案，充分发挥个人对厦门港丰富的引航经验、应急反应能力及与拖轮合作的默契，顺利完成了引航拖带任务。
5 结束语
福建省受季风和台湾海峡“狭管效应”的影响，风能利用小时数位居全国第一，在国家政策支持下，海上风电迎来了绿色新发展的全新机遇。“福船三峡”海上风电安装船现已在兴化湾投入使用，使我省风能的利用率得到了极大的提高，为国家的节能减排计划做出了巨大贡献。“福船三峡”是中铁福海洋工程有限责任公司委托厦门船舶重工股份有限公司批量建造的第一个海上风电平台，本次拖航的成功经验可作为后续建造的海上风电安装船跨航区拖航的重要参考资料。
参考文献：
[1] 洪碧光，杲庆林，汤国杰.船舶操纵.[M].北京：人民交通出版社，2008.5.
[2] 陆志财.船舶操纵.[M].大连：大连海事大学出版社，2000.
[3] 王汉弢，梁帅，皇甫国光.40万吨无动力矿砂船拖航安全.[J].上海：航海技术2016.6：16-17.
