李亞榮

摘要：隨著萬箱船舶日益增多，萬箱船舶的操縱技術(shù)也在不斷摸索中進步和累積經(jīng)驗。本文依據(jù)了航海實踐經(jīng)驗，陳述了5 600箱位大型集裝箱船舶在大風(fēng)浪中航行環(huán)境，并分析在大風(fēng)浪中各種受力影響船體、物體的原始位置和狀態(tài)，特別是甲板上集裝箱受到大風(fēng)浪劇烈沖擊后墜箱的受力分析。同時，為了求證墜箱原因，本文還簡單陳述了大風(fēng)浪形成的過程和船舶在大風(fēng)浪中狀態(tài)。因為存在船尾發(fā)生墜箱的情況，本文簡單論述了手操舵和自動舵在大風(fēng)浪操縱的不同結(jié)果。

關(guān)鍵詞：大風(fēng)浪 順浪航行 綁扎屬具 手操舵 自動舵

1 概況

某輪是5 600箱位的集裝箱船舶，在大西洋比斯開灣北部風(fēng)浪中飄搖航行，再過7～8小時候就會離開比斯開灣是非之地，進入英吉利海峽抵達歐洲第一目的港。

此值北大西洋的冬季，進入比斯開灣之后，一股強冷空氣裹挾了風(fēng)雪飄然而下，海面風(fēng)力8級以，風(fēng)向西南風(fēng)，海面風(fēng)浪洶涌澎湃，烏云籠罩，似乎要將航船吞沒。

大型集裝箱船舶的抗風(fēng)能力足以抵擋大風(fēng)浪的侵襲，在風(fēng)雨飄搖中駛向目的港。船長、駕駛員把操舵的繁重任務(wù)交給了自動駕駛儀（Pilot）。

船舶左舷正橫后受風(fēng)，根據(jù)船舶裝載狀況以及船舶在大風(fēng)浪航行的特征，船舶會在左右15°左右搖擺，極端情況下會產(chǎn)生超過25°的左右橫搖。

餐廳里，服務(wù)員把濕布放在了餐桌上以防碗筷被大幅度搖擺而墜落地上。同樣，甲板上集裝箱在進入大風(fēng)浪區(qū)前已經(jīng)作了加固，船長和甲板部人員都認為高枕無憂了。

正當(dāng)全船毫無畏懼比斯開灣中部地區(qū)大風(fēng)浪時，一個深深的涌浪從左后部沖擊船舶尾部，船舶先微微向左舷傾斜，船首大幅度轉(zhuǎn)向左舷，甲板上的集裝箱綁扎屬具以及扭鎖在傾斜狀態(tài)下受到了額外的拉力和張力，發(fā)出可怕的金屬摩擦聲。

巨大的涌浪將船舶壓向下風(fēng)，偏離了航線。而自動舵依照設(shè)定的程序，頑強挽回偏移航線的“過錯”。它毫不遲疑，大幅度地來了一個右舵20。當(dāng)船舶尾部的涌浪過后，在恢復(fù)力矩作用下，右舷尾部馬上向左邊壓去，同時發(fā)生大幅度的右傾，超過了左傾的幅度，達到了25°以上，前部船首巨浪開花，覆蓋了駕駛臺全部，瞭望玻璃完全浸濕。劇烈搖晃產(chǎn)生了瞬間巨大的縮張力。右后的邊沿集裝箱綁扎桿和扭鎖發(fā)生了超負荷的拉力而發(fā)生了斷裂，在傾斜力矩的作用下墜箱發(fā)生， 30多個自然箱“跳海游泳”了。

船長和駕駛員怎么也弄不明白船尾后會墜箱。在大風(fēng)浪貨損案例中，船長和駕駛員的概念總以為墜箱發(fā)生在易遭風(fēng)浪直擊的船首部位，船體嚴重浪損部位也在防浪板前后。

2 比斯開灣風(fēng)浪產(chǎn)生的原因

每一位船員都會經(jīng)歷大風(fēng)浪和涌浪海況。風(fēng)浪的形成是由空氣流動直接造成的，當(dāng)風(fēng)達到一定強度后，風(fēng)的能量就傳給了海洋引起了軟體的水面波動。

風(fēng)浪離開風(fēng)區(qū)傳至遠處或風(fēng)區(qū)里的風(fēng)停息后所存在的波浪稱為涌浪。海上風(fēng)浪和風(fēng)的關(guān)系是：風(fēng)速越大，產(chǎn)生的風(fēng)浪越大，風(fēng)持續(xù)時間越長，海水獲得的動能越大，風(fēng)浪也就越大。風(fēng)區(qū)越大，浪在風(fēng)區(qū)內(nèi)移動越遠。當(dāng)大洋中海水深度越大，海面的風(fēng)浪、涌浪越大。

無論冬季和夏季，地球上大氣環(huán)流一般發(fā)展和生存期基本上在5～7天之間。由于地球自西向東繞地軸由西向東移動的規(guī)律，大氣環(huán)流也是從西到東位移和發(fā)展。區(qū)別在于季節(jié)性變化。夏季無論高壓和低壓，中低緯度大氣環(huán)流強盛，冬季高緯度因其下墊面溫差梯度懸殊，其能量聚集都讓高壓和低壓猶如咆哮的西伯利亞叢林中的老虎和雪豹，東進南下時脾氣很大。到了北大西洋更是如虎添翼，所向披靡，洋中航行的船舶就可能處于滅頂之災(zāi)了。由于地理位置，冬季，北美高緯度極地高壓凝聚力量后，在前呼后擁的深度低壓前開道后頂推下，開始向東部位移，并向南方擴散。由于下墊面的崎嶇地形，移動中會大風(fēng)呼嘯，一夜之中急劇降溫8℃～10℃。當(dāng)寒潮推進到了北大西洋上后，下墊面發(fā)生了變化，加上海水流體特性，前部的低壓引起的大風(fēng)吹向海水，在延時數(shù)小時后，海（洋）面開始波濤洶涌起來并以輻射的形式綿延數(shù)百海里，甚至數(shù)千海里，低壓圓周外圍都是擴散的深度涌浪。當(dāng)風(fēng)力作用停止后風(fēng)所引起的波浪受到地球重力和和摩擦力的影響才逐漸衰弱。

高強度低壓在移動過程中導(dǎo)致海面驚天駭浪外，初始移動速度比較緩慢，并在下墊面洋面上還將吸收能量發(fā)展，中心氣壓持續(xù)下降。其較深的氣旋內(nèi)部中心氣壓可以到950帕巴以下，近中心風(fēng)力到達10級以上，極端可以到達12級以上，風(fēng)力范圍廣泛，可以覆蓋整個30°N至60°N范圍，在1 000海里之外的外圍風(fēng)力也可能達到8級以上，大風(fēng)浪幾乎覆蓋了中高緯度的北大西洋。

北大西洋的溫帶氣旋在它自西向東移動過程中越過北大西洋的會給北歐地區(qū)各國帶來非常劇烈的大風(fēng)寒冷天氣。多數(shù)情況下在洋面上和北歐沿岸形成波浪形移動，或偏下，或偏上移動，導(dǎo)致北歐、西歐各國的深度寒冷。

因為比斯開灣面向大西洋西部，開敞的特殊地理位置，面對寒潮的行進方向，具備了半永久性的滯留。當(dāng)寒潮擴充到此時，突然受到地理阻擋，能量釋放、舒緩條件受到障礙，所以在冬季比斯開灣的風(fēng)浪更盛于其他海區(qū)，其盛行強大的西風(fēng)、西南風(fēng)。另外，比斯開灣水深，大部分離海岸半海里就是數(shù)百米深水區(qū)，由此，風(fēng)大浪更高，過后的大涌浪如綿延山峰，幾乎終年占據(jù)了比斯開灣地區(qū)，變成了世界著名的風(fēng)浪區(qū)。

西歐班輪航線，從地中海出去到歐洲的航線選擇是唯一的。避開比斯開灣大風(fēng)的機會幾乎沒有。因此，防范大西洋氣旋和寒潮，在風(fēng)浪中謹慎操縱是橫渡比斯開灣船舶船長首要關(guān)心的問題和操控技藝，尤其是在冬季北大西洋比斯開灣北上，船長將面臨非常痛苦的安全操縱抉擇來對抗氣旋。船舶遭遇大風(fēng)浪是很可怕的，船舶發(fā)生前后顛簸不說，船員的情緒都處于非常低迷的狀態(tài)，精神萎靡不振。

3 船舶集裝箱受風(fēng)浪影響時的受力分析

當(dāng)船舶受到風(fēng)浪產(chǎn)生橫搖時，一切物體都隨著橫搖。當(dāng)巨浪和船體相撞時，船舶發(fā)生前后震動，物體也會隨著震動，當(dāng)船舶前后顛簸時，物體也處于顛簸狀態(tài)之中。人員暈船是參與船舶運動的結(jié)果，貨物、物體移動也是參與船舶運動的結(jié)果。復(fù)雜、無規(guī)律的風(fēng)浪中的運動在一定的條件下就會對船舶乃至船上的物體產(chǎn)生破壞作用。endprint

船舶在大風(fēng)浪中航行時是復(fù)雜的三維運動狀態(tài)。船舶運動分為沿三個坐標(biāo)軸的運動和繞三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動。船舶在大風(fēng)浪中的運動直觀表現(xiàn)為“上下運動，前后顛簸，左右搖動”。橫搖，縱搖、垂蕩和艏搖都會影響船舶操縱特性。

船舶橫搖存在物理擺幅和橫搖周期，當(dāng)橫搖與波浪周期一致，會有諧搖。諧搖造成船舶急劇橫搖，船上物體即使固定也會掙脫“枷鎖”而產(chǎn)生物體位移，位移的物體會改變船舶穩(wěn)性。穩(wěn)性失去將最終導(dǎo)致船舶傾覆。

海員可以通過改變船舶操縱方式來預(yù)防諧搖。最常規(guī)的做法是改變船速和航向來減小或消除、破壞諧搖條件。

橫浪會使船舶產(chǎn)生急劇大幅度傾斜；頂浪會使船舶產(chǎn)生縱搖并。

當(dāng)船艏在風(fēng)口浪尖上時被高高抬起發(fā)生垂蕩，發(fā)生嚴重的前后顛簸，船舶形成自由落體，風(fēng)浪就會和船底發(fā)生拍擊，船舶結(jié)構(gòu)就會發(fā)生應(yīng)力變化，進一步會發(fā)生變形、裂開等后果。

風(fēng)浪與船艏正面撞擊，在強大阻尼下就會產(chǎn)生船速突然急劇下降，船艏鋼板受到正面擠壓，鋼板內(nèi)部存在壓力，釋放壓力船舶就發(fā)生像篩子樣的前后運動——震動。

船舶在大風(fēng)浪中發(fā)生船體短時間剛性變形但不會影響結(jié)構(gòu)。船舶上物體參與運動，運動中會與原始狀態(tài)不符合而錯位，錯位發(fā)生就會導(dǎo)致甲板上的物體位移，位移會發(fā)生物體傾斜，嚴重的會發(fā)生倒坍。因此船長必須想盡辦法避免這些在大風(fēng)浪中產(chǎn)生的有害運動。

在實踐觀察中大型集裝箱船舶在大風(fēng)浪中的現(xiàn)象，基本與上述情況相吻合。由于大型集裝箱船舶的結(jié)構(gòu)和長度，船舶在大風(fēng)浪中的這些運動更為明顯。

我們從船舶在大風(fēng)浪運動現(xiàn)狀中了解發(fā)現(xiàn)船舶發(fā)生顛簸、左右扭動時，集裝箱也在扭動，集裝箱和船體連接的綁扎桿、連接花籃螺絲的綁扎材料內(nèi)部應(yīng)力也隨之發(fā)生了左右拉伸和收縮變化；當(dāng)船舶發(fā)生上下劇烈震動時，綁扎桿和連接花籃螺絲內(nèi)部應(yīng)力又受到了上下拉伸和收縮變化，兩種拉伸和收縮變化受力方向不一致。

我們可以將此狀況想象為一根手中的鐵絲，不斷地在一個點受到扭曲，過后不久，發(fā)熱、變軟，隨之?dāng)嗔蚜?。同樣，大風(fēng)浪中扭動和震動交替變化中，綁扎桿和花籃螺絲內(nèi)部應(yīng)力產(chǎn)生了材料疲勞，外部現(xiàn)象就是綁扎桿和花籃螺絲出現(xiàn)了松動而脫落，材料疲勞過度后綁扎桿和花籃螺絲斷裂。綁扎斷裂了，集裝箱的系固平衡破壞了，墜箱在一定的搖擺幅度下發(fā)生了。根據(jù)該輪的系固手冊，一般綁扎屬具在22.5°時是破斷極端數(shù)值。但并不一定在這個狀態(tài)就一定產(chǎn)生綁扎屬具的破壞，而是概率增大了。所以船長在大風(fēng)浪中操縱應(yīng)該盡量避開這個搖擺幅度，船長操縱船舶還得避開甲板前部嚴重上浪。

再議論一下船舶震動，當(dāng)船舶頂浪阻尼后，船體縱向前后會抖動，船速迅速減到10～11節(jié)。因為船體鋼板的彈性造成拍擊力的改向，船艏開始左右扭動，上下顛簸。扭動點大概在第二貨艙后部，船體變成了一根巨大的彈簧了?？梢婏L(fēng)浪對船體作用的力量絕對是未見者不信?？梢韵胂笕绻霸诖箫L(fēng)浪中高速前進，作用力和反作用力的能量將足以損壞堅實的船體鋼板。如果沒有彈性鋼板的特性，扭動會傷害船體。

一般情況下，當(dāng)船舶受到大風(fēng)浪后就會出現(xiàn)自然減速，像5 600箱位集裝箱船舶的主機都有負荷設(shè)定，因此，自然減速保護了主機和船體。如果船體在主機負荷下還能發(fā)出強大的功率對抗大風(fēng)浪，結(jié)果是船體損壞，而海水落入大海后自然愈合了，毫發(fā)無損，我們不能跟大自然強行抗衡，只能借力而發(fā)，避其鋒芒而保安全。

那怎么辦才能減少拍浪頻率？

在船舶質(zhì)量固定不變的情況下，只能改變船速，這樣才能大幅度減少因為作用力和反作用力產(chǎn)生的有害動能對船體的破壞。所以，建議在遇到正面大風(fēng)浪、船舶上下顛簸幅度較大、拍浪嚴重的情況下，以維持把定航向的速度即可，以達到減少風(fēng)浪對船體結(jié)構(gòu)的沖擊。船長們切記減速、改向！是唯一對抗強大風(fēng)浪的良策。其他沒有辦法！減速應(yīng)該掌握能夠維持船舶航向的最低速度，不能停車，否則打橫，更加危險。

某船長大風(fēng)浪操縱極有參考價值：集裝箱和船舶連接件扭鎖在船舶發(fā)生扭動和震動時也會發(fā)生變化，當(dāng)一個巨浪打到甲板沖擊集裝箱外，大量的海水還有浮力，把集裝箱微微提升，最下層的底鎖失去重力后，開鎖手柄又在強大海水力量下變換了方向，自動開鎖，失去了底鎖的作用，將船體和集裝箱固定作用徹底消除了。由此，在大風(fēng)浪中扭動、震動和搖動的共同作用下，綁扎桿和花籃螺絲就被破壞了。這樣，堆裝在甲板上的集裝箱完全自由了。如果此時船舶沒有發(fā)生左右搖擺，這些集裝箱就像堆裝在碼頭堆場上一樣還能維持著平衡，集裝箱絕不可能墜入大海。

而恰恰是綜合因素同時具備了造成集裝箱墜海的墜落條件：

扭動，使得甲板上集裝箱前后變形，致使上下堆裝的集裝箱錯位；

震動，使得正在發(fā)生錯位集裝箱跳出了原來鎖定的位置；

上浪，使得正在發(fā)生位置變化的集裝箱被海水浮力托起；

搖擺，使得正在浮起的集裝箱向舷外傾斜。

當(dāng)?shù)祖i失去了拉力后，又造成了綁扎桿內(nèi)部應(yīng)力變化；集裝箱傾斜的重量使的綁扎桿和花籃螺絲不堪重負，達到了最大破斷應(yīng)力；綁扎桿或者花籃螺絲斷裂，當(dāng)墜箱條件都具備了，集裝箱下海的事故自然發(fā)生了。

4 尾部集裝箱墜海的分析

本文開頭描述的比斯開灣尾部墜箱的案例，不排除比斯開灣惡劣的天氣情況導(dǎo)致船舶三維運動后的物體位置變異的結(jié)果。然而集裝箱最易受大風(fēng)浪侵襲還是艏部位置，而且直接是自然災(zāi)害和船舶操縱引起的后果。

為了避免船艏貨損，船長應(yīng)該立即減速并以維持航向的速度航行已成為大型集裝箱船舶船長的共識，船長都會按照操作規(guī)程操縱船舶。有經(jīng)驗的船長在大風(fēng)浪操作中對船舶發(fā)生偏差后的用舵都十分謹慎。用舵太小，大風(fēng)浪中的水動力作用在舵葉上不夠，其轉(zhuǎn)舵能力十分微弱，不易及時糾正偏差。

風(fēng)浪中船舶側(cè)面積受風(fēng)壓太大，會向下風(fēng)向壓去，由此用舵應(yīng)該有竅門。逆風(fēng)向轉(zhuǎn)舵可以謹慎使用大舵角，以增加轉(zhuǎn)舵水動力克服風(fēng)壓，且轉(zhuǎn)舵可以適可而止到達糾偏的效果。endprint

而順風(fēng)向轉(zhuǎn)舵糾偏就必須根據(jù)現(xiàn)場情況“量力而行”，舵角過大，加上風(fēng)力助推，船舶會產(chǎn)生強大的轉(zhuǎn)船力矩，在短時間“舵效明顯”，迅速向下風(fēng)轉(zhuǎn)過去，以致船舶產(chǎn)生了大幅度橫傾。橫傾符合船舶正常用舵規(guī)律，先向用舵反向傾斜，然后向用舵?zhèn)群愣M傾，直至用舵力矩消失。轉(zhuǎn)向橫傾持續(xù)時間與穩(wěn)性高度有關(guān)，但因為有舵作用力的影響持續(xù)時間較長。

5 600箱位的集裝箱船舶在順風(fēng)順浪航行時感覺稍好，沒有劇烈振動、沒有顛簸的篩沙子的痛苦。但大風(fēng)浪中該船型很容易引起左右橫搖，橫搖幅度與穩(wěn)性高度有關(guān)。穩(wěn)性小搖擺周期長、幅度大，對滿載甲板集裝箱的船舶威脅很大。畢竟22.5°是綁扎屬具的破斷極限。船長一旦覺得大幅度搖擺而擔(dān)驚受怕甲板集裝箱而用大舵角遏制。這種遏制的后果卻導(dǎo)致了駕駛臺尾部的墜箱。作為船長不得不去認識各種大風(fēng)浪環(huán)境下的操縱技藝。

順浪，尤其是艉部四分之一舿部受順涌浪沖擊的情況下，船舶會產(chǎn)生滾動般的橫搖，嚴重的話會產(chǎn)生諧搖。船長應(yīng)該以調(diào)整船速和航向來竭力避免諧搖。

當(dāng)艉部受浪侵襲是，一般船頭在涌浪前部深谷內(nèi)，船艉騎在涌浪頂部波峰上，形成了前低后高的態(tài)勢，船艉向下風(fēng)舷漂移離開既定航線。如此，慢慢用舵歸位航線可以分散涌浪的力量，減少撞擊船體讓其恢復(fù)航向并橫傾另一船舷。這樣當(dāng)船艉在波谷時不至于船艉上浪了，保護駕駛臺后的集裝箱。

如果船舶操縱使用大舵角情況就不一樣了。

同樣狀態(tài)下，當(dāng)船舶偏移航向了，為了急于回到航向，使用大舵角恢復(fù)。

當(dāng)船向回擺動船艏時，船艏又在下一個波谷中艱難回旋，而艉部卻被又一個涌浪前部狠狠拍擊船艉舿部，由于海水涌上甲板，集裝箱被輕輕浮起而產(chǎn)生位移，位移加上大幅度橫傾，綁扎屬具不堪負荷而斷裂了。集裝箱底部的扭鎖也會在外界因素的作用下部分或許會解鎖，集裝箱變得不堪一擊而發(fā)生聯(lián)動，相互擠壓，向傾側(cè)向倒坍，最后墜海。

大風(fēng)浪準(zhǔn)確操縱才能避免墜箱事故的發(fā)生?！澳骘L(fēng)舵角稍大，順風(fēng)舵角亦小。小浪過來及時轉(zhuǎn)，大涌壓來慢慢轉(zhuǎn)，適當(dāng)動舵可以遏制橫搖幅度?！?/p>

所以根據(jù)集裝箱船舶的操縱特性擬定的操作規(guī)程指導(dǎo)船長、駕駛員在大風(fēng)浪的天氣情況下使用手操舵來替代自動舵。

自動舵作為舵工的輔助設(shè)備而設(shè)，可以替代舵工的操舵工作。自動舵上有許多調(diào)節(jié)旋鈕，標(biāo)注了大風(fēng)浪中的靈敏度調(diào)節(jié)和舵角設(shè)定的微分電路。但自動舵不會像人一樣有模糊的工作特性，它只能聽從駕駛員的設(shè)置程序工作。在順浪航行時，船舶使用自動舵情況就不同了。

如果自動舵設(shè)置不準(zhǔn)確，那么大風(fēng)浪的操縱就可能出現(xiàn)程序性失誤導(dǎo)致事故。

本文開端的案例就是因為船長、駕駛員過度信賴自動舵的功能而在大風(fēng)浪中繼續(xù)以自動舵方式航行。而且在使用自動舵時設(shè)置船舶大風(fēng)浪航行的舵角限制的微分旋鈕無論在逆風(fēng)和頂風(fēng)狀態(tài)一直以大舵角糾正偏差，從而導(dǎo)致尾部的涌浪沖擊駕駛臺后的集裝箱，產(chǎn)生了尾部集裝箱倒塌的結(jié)果。而船長、駕駛員在集裝箱倒塌后也沒有追溯到自動舵的原因，未意識到自動舵并沒有具備人腦的模糊思維有見機行事的能力。認為比斯開灣惡劣天氣造成墜箱事故，以人力不可抗力的原因了斷了索賠。

顯然，人力不可抗力的確是主要原因，但船長、駕駛員過度信賴自動舵并不恰當(dāng)?shù)氖褂脜s是航海人員不規(guī)范操縱船舶的根本原因。

5 結(jié)束語

小船時代，船速比較慢，船舶抗風(fēng)能力弱，為了避免船舶在大風(fēng)浪過度的振動、搖擺、諧搖等需要改變一定的航向。而大型船舶，特別是大型集裝箱船船速快，在大風(fēng)浪船舶操縱中應(yīng)該減速慢行，減少海水對船體的沖擊。不要輕易改變航向，維持航向即行。

大型集裝箱船舶在緩速的情況下頂浪航行為宜。順浪航行時，船長、駕駛員應(yīng)該以手操舵為主，即使要用自動舵也得事先調(diào)節(jié)微分電路，設(shè)置大風(fēng)浪操作模式的“最佳”操作。但無論如何，在超過風(fēng)力8級后應(yīng)用海員良好的船藝以及船長、駕駛員的經(jīng)驗來判斷當(dāng)時的環(huán)境是否用手操舵還是自動舵。endprint