2012 年 7 月第 7 期 总第 468 期

水运工程Port & Waterway Engineering

Jul. 2012No. 7 Serial No. 468

收稿日期：2012-01-18

作者简介：秦子君（1957—），男，工程师，从事港口工程管理。

大型油轮缆力约束的统计分析

秦子君（大连港口建设管理有限公司，辽宁 大连 116001）

摘要：建立大型油码头设计船型，明确其各项特征参数，将有助于开展开敞式码头的系泊设计和试验研究。依据Q88油

轮数据，采用覆盖率等方法，对10万吨级及以上油轮的缆力约束参数进行了统计分析，确定了大型油码头设计代表船型的系

泊缆力约束参数。研究结果对于码头设计和系泊安全研究具有参考价值。

关键词：Q88租船数据库；覆盖率；缆绳数量；缆绳直径；缆绳最小破断强度；绞车制动保持力；尾绳

中图分类号：U 656.132 文献标志码：A 文章编号：1002-4972(2012)07-0086-06

Statistical analysis of mooring power’s constraint for large tankerQIN Zi-jun

(Dalian Port Construction Management Co., Ltd., Dalian 116001, China)

Abstract: It is beneficial for the mooring design and experimental study for large jetties in the open sea to set up the characteristic mooring parameters of the typical tanker. Based on the data from intertanko’s standard tanker chartering questionnaire 88, this paper determines the mooring constrained parameters of larger tankers, which may serve as a reference for the design of jetties and study on the mooring safety.

Key words: Q88’s questionnaire; coverage rate; number of mooring line; diameter of mooring line; mooring line’s MBL; mooring winch’s BHC; tail

在制定码头作业环境限制条件、进行系泊约

束验算以及系泊物/数模试验时，都会涉及油轮实

际缆力的问题。相关码头设计规范中尚无缆力约

束方面的具体参数指标。不同的码头设计文件中

所列出的缆绳/缆力参数不但有较大差异，而且往

往与船舶实际情况不符。

OCIMF(石油公司国际海事论坛)建议，在制定

油码头作业环境限制条件时，应保证“船上的全

部系泊缆绳，必须在风速达60 kn（31 m/s）的情

况下仍能将油轮系在泊位上，而且任意一根缆绳

的最大张力不得超过下列限度：55％MBL(钢缆)；50％MBL(其它合成纤维缆)；45％MBL(尼龙缆)” （MBL为缆绳最小破断载荷，下同）。并认为

“风速超过60 kn（31 m/s）后，缆绳张力会超过

60%～65％MBL，绞车的制动器会打滑，开始松

缆，此时船舶将处于危险状态” [1]。那么，实际

运营的大型油轮，采用的是什么样的缆绳？其

破断力是多少？影响缆力约束大小的因素还有

哪些？

本研究试图根据目前国际上营运船舶的相关

数据进行统计分析，得到10万～30万吨级油轮缆

力约束的统计参数。有助于优化大型开敞式油码

头的设计和系靠泊安全评价。

本研究关注的系泊缆力约束参数有：油轮

上缆绳数量及其在甲板上的位置分布，缆绳直

径，缆绳材质，缆绳最小破断强度（Minimum Breaking Load, MBL），绞车制动保持力(Brake Holding Capacity, BHC)，尾绳参数。

• 87 •第 7 期

1 数据来源及分析方法

1.1 统计数据的来源和船舶样本数量

本研究主要采用独立油轮船东协会（INTER-INTER-TANKO）租船数据库（Q88）于2009年12月底前

建档的船舶数据。分析用船舶样本数量见表1。由

于每条船的Q88数据中常有个别项目未做统计或统

计有误，故在个别单项内容的统计过程中，实际

样本数会略少于表1所示。

表1 营运中油船数量统计

设计船型/万吨级Q88数据库船舶数量

样本数 百分比/％

10 139 12.29

12 460 40.67

15 259 22.90

VLCC 273 24.14

合计 1 131 100

注：交船期为1994-01—2009-12。

1.2 船舶类型、船舶吨级划分和船龄年限[2]

统计的船舶类型包括原油轮、成品油轮、穿

梭油轮和原油/成品油两用轮。

在10 万吨以上大型油船的吨级划分方面，我

国的JTJ 211—1999规范主要按照船舶吃水划分为

10 万，12 万，15 万，25 万，30 万和45 万吨级

共6个吨级。由于25 万吨级的油轮（交船期1994—2009年）数量太少，失去单独统计的意义。因此，

将25 万吨级与30 万吨级油船统一归纳为VLCC船型。

鉴于单壳VLCC即将退役，故未将其数据列入

统计范围。45 万吨级油轮，由于只有2艘姊妹船

在航，本项研究中未予考虑。

考虑到老旧船舶（特别是单壳船）即将退役

和15 a以内船龄的样本数足够大的原因，本项研究

采用15 a船龄，即选用自1994年1月1日及以后下水

双壳油船的数据。

由于2009年底Q88数据中还包括了船公司提

交的将于2010年初投产的11条船的数据，将其一

并纳入统计范围。

1.3 分析方法[2]

在确定缆绳最小破断强度（MBL）和绞车制

动保持力（BHC）的代表值时，按平均值法进行

分析，根据覆盖率法和平均值曲线平移原理得出

代表值。

上覆盖率（P）时的简化计算公式为： Y(P) =a0+Kσ （1）下覆盖率（-P）时的简化计算公式可表示为：

Y(-P) =a0-Kσ （2）式中：a0为样本平均值；σ为样本标准偏差；K值

可从标准正态分布函数表查得，其与覆盖率的关

系见表2。

表2 覆盖率P与系数K的关系

P/% 50 75 95

K 0 0.674 1.645

鉴于油轮系泊性能在码头安全方面的重

要性，按95%的覆盖率确定缆绳最小破断强度

（MBL）和绞车制动保持力（BHC）的统计代表

值。其它参数按频率分布进行统计。

2 大型油轮系泊缆力约束参数的统计分析

2.1 油轮缆绳数量及分布

本项研究将油轮甲板分为艏甲板、主甲板艏

部、主甲板艉部和艉甲板4个区域（图1）。各甲

板分区上缆绳的功用见表3。

w252627

24

282930

2322

212019 181716

w

w

ww

w

w wS

P O R T 1 2 3 4 5 6w w w

w

w

ww 12

1110

9131415

87

w

T B D

HO

USE

图1 油轮甲板分区

秦子君：大型油轮缆力约束的统计分析

• 88 • 水 运 工 程 2012 年

大型油轮不同甲板分区上的缆绳数量所占比

例见表4，5。油轮上大都采用双联绞车（出2根

表3 各甲板分区上绞车及缆绳功用

甲板分区名称 艉甲板 主甲板艉部 主甲板艏部 艏甲板

绞车及缆绳功用 艉缆，横缆 横缆，艉倒缆 艏倒缆，横缆 横缆，艏缆

缆）；采用三联绞车（出3根缆）的比例较少。所

以，每组绞车的出缆数量以偶数居多。

表4 大型油轮不同甲板分区缆绳数量所占比例

设计船型/万吨级缆绳比例/%

缆绳数量 艏甲板 主甲板艏部 主甲板艉部 艉甲板

10

2（3） 0 25 97 24 85 62 2 2

（5）6 12 13 1 83（7）或（8） 3 0 0 13

12

2（3） 1 29 96 14 71 71 4 7

（5）6 24 0 0 90（7）或（8） 4 0 0 2

15

2（3） 1 26 91 04 74 67 9 4

（5）6 21 7 0 86（7）或（8） 4 0 0 10

VLCC

2（3） 0 2 4 14 78 19 94 2

（5）6 21 71 2 90（7）或（8） 1 8 0 7

注：括号内的数字表示有三联绞车时的出缆数。

表5 大型油轮缆绳数量及在甲板上的典型分布

设计船型/万吨级 缆绳数量 缆绳数量典型分布（艏甲板-主甲板艏部-主甲板艉部-艉甲板）

1016 4-4-2-612

15VLCC 20 4-6-4-6

2.2 缆绳直径和材质

大型油轮缆绳直径统计，见图2。各吨级油轮

的缆绳直径代表值见表6。统计中发现，绝大多数油轮的全船系泊缆均

采用钢缆；只有极个别油轮在艏艉缆上采用合成

纤维缆，而其横缆和倒缆仍采用钢缆。另有少量

油轮开始采用超高分子量聚乙烯(HMPE)纤维系泊

a) 10万吨级

2

1925

13

3

22

46

0

10

20

30

40

50

30 32 34 35 36 37 38/mm

0102030405060708090100

b) 12万吨级

1 0

6987

59

135

93

020406080

100120140160

28 30 32 34 35 36 38

mm

0102030405060708090100

c) 15万吨级

223

6

58

16

140

020406080

100120140160

32 34 35 36 38 400102030405060708090100

• 89 •第 7 期 秦子君：大型油轮缆力约束的统计分析

图2 不同船型缆绳直径统计

d) VLCC船型

11 4

243

80

50

100

150

200

250

300

38 40 42 44mm

0102030405060708090100

缆，但这类船舶数量不多（10万，12万和15万吨级油轮中，分别只有10,13和15条船，VLCC只

有2条船）。 所以，这里只按钢缆进行统计。

表6 大型油轮钢缆直径代表值

设计船型/万吨级 10 12 15 VLCC

缆绳直径/mm 36 36 38 42

2.3 缆绳最小破断载荷（MBL） 的数值分布及统

计取值

大型油轮的缆绳最小破断载荷（MBL）的分

船型数据统计，见图3。各吨级船型的缆绳最小破

断载荷（MBL）统计代表值见表7。

a) 10万吨级

550600650700750800850900950

1 0001 0501 100

8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0DWT

9595

b) 12万吨级

500550600650700750800800900950

1 0001 0501 100

10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5DWT

9595

c) 15万吨级

650700750800850900950

1 0001 0501 1001 150

13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0DWT

9595

图3 不同船型缆绳最小破断载荷MBL的数值分布

d) VLCC船型

850900950

1 0001 0501 1001 1501 2001 2501 3001 3501 4001 4501 500

26 27 28 29 30 31 32 33DWT

9595

表7 大型油轮缆绳最小破断载荷（MBL）统计值

设计船型/万吨级

MBL/kN

平均值 标准差σ上覆盖率

（95%）

下覆盖率

(- 95%）

10 822 88 967 677

12 804 78 932 677

15 895 83 1 031 759

VLCC 1 164 68 1 276 1 052

2.4 绞车制动保持力（BHC）及其数值分布和统

计取值

2.4.1 制动力设定

在进行码头系泊安全分析时，系泊绞车制动

力（BHC）是常常被忽略的一个重要参数。

劳埃德船级社和挪威船级社的规范以及

ISO3730标准，只是规定在缆绳位于绞车第1层的

情况下，带式制动器的制动保持力必须达到80% MBL。而OCIMF指南规定，在设计船用系泊设备

时，虽然可按照缆绳最小破断载荷的80%来确定

系泊绞车的制动保持力，但应可以在使用中将系

泊绞车的制动保持力降到缆绳MBL的60%。

OCIMF认为，考虑到刹车带在使用中的磨

损、制动器的伺服效应和刹车带打滑效应，使用

中的系泊绞车的制动保持力必须按照缆绳最小破

断载荷的60%进行制动力设定。

在刹车带式制动器的制动力设定操作中，当

打滑超过初滑点，在完全抱死之前，刹车盘会先

旋转1/4 ～1/2圈，略停一下，然后刹车带载荷会

再接着上升到全压。因此，对于弹簧施压的带式

制动器而言，最终的制动力会大于所记录的临界

滑动点。一旦把BHC设为80% MBL，则其最终制

动力有可能将达到90%～100% MBL，这就有断缆

• 90 • 水 运 工 程 2012 年

的危险。所以，将弹簧施压带式制动器的制动力

调整设定为不高于60% MBL是很重要的。这样的

结果是，某个制动器的制动力达到60% MBL时，

制动器开始断续打滑，从而使得整条船的缆力重

新分配；若最终制动力（BHC）超过70%～80% MBL，刹车才有可能连续打滑。系泊绞车制动力

设定的图示参见图4[1]。

70%~80%

60%

1/4 1/2

图4 最终制动保持载荷的打滑效应（弹簧施压制动器）

2.4.2 绞车制动保持力（BHC）的数值分布及统

计取值

大型油轮的绞车制动保持力（BHC）设定值

的数据统计，见图5。各吨级船型的绞车制动保持

力（BHC）统计代表值见表8。

a) 10万吨级

300350400450500550600650700750800850

8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0DWT

9595BHC

b) 12万吨级

250300350400450500550600650700750800

10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5

9595BHC

DWT

图5 不同船型绞车制动保持力BHC的数值分布

c) 15万吨级

400450500550600650700750800850900950

1 000

13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0DWT

9595BHC

d) VLCC船型

500550600650700750800850900950

1 0001 0501 1001 1501 200

26 27 28 29 30 31 32 33DWT

9595BHC

2.5 尾绳的长度、材料、直径及破断强度

钢缆配备合成材料制成的尾绳，目的是在系

泊时受到冲击负荷的情况下，提高钢丝缆绳的弹

性。按OCIMF指南的要求，合成尾绳的长度，一

般为船舷导缆口至岸上系缆桩距离的1/3，但最长

不超过11 m；合成尾绳的最小破断强度为钢系泊

缆绳的125%。但如果尾绳用尼龙制成，则其最小

破断强度为钢缆的137%。

Q88数据显示，目前油轮使用的钢缆和HMPE缆所配尾绳长度均为11 m。

2.5.1 尾绳材料 大型油轮所用尾绳材料分类统计数据见图6。

Q88数据中大多直接注明了尾绳材料性质，如尼

龙（Polyamide，或译为聚酰胺、锦纶）、涤纶

（Polyester，聚酯）、丙纶（Polypropylene，聚丙

烯 ）及几种材料混编，但还有一些仅注明了尾绳

表8 大型油轮绞车制动保持力（BHC）统计值

设计船型

/万吨级平均值

BHC/kN

标准差σ 上覆盖率（95%）下覆盖率(- 95%）

10 533 78 661 405

12 541 85 680 402

15 620 106 794 446

VLCC 817 124 1 021 613

• 91 •第 7 期

的商标或品牌。鉴于尼龙尾绳在强度要求和伸长

率特性上的的特殊性，统计中按尼龙、涤纶/丙纶/混编、其他合计3类进行统计。统计结果表明，尼

龙尾绳用量最大。

图6 尾绳材料分类统计

a)10万吨级

67%

19%

14%

b) 12万吨级

61%

25%

14%

c)15万吨级

63%

19%

18%

d) VLCC船型

48%

23%

29%

2.5.2 尾绳直径及其缆绳最小破断载荷

大型油轮所用尾绳直径数据统计情况见图7。其中按全部样本和尼龙尾绳分别进行统计。按用

量最大者确定其代表值，见表9。VLCC的尾绳直

径数据中，主要有96 mm和100 mm两种规格。但

业界常见的标准规格中是96 mm的尾绳，因此选用

96 mm作为这一船型的尾绳直径代表值。统计数据

表明，绝大多数油轮满足了OCIMF的相关要求，

图7 不同船型尾绳直径的数据统计

a) 10万吨级

05

101520253035404550

≤60

>60

65

>65

70

>70

75 80

>80

85

>85

90

>90

95 >95

b) 12万吨级

0102030405060708090

100110120130140

/mm

≤60

>60

65

>65

70

>70

75 80

>80

85

>85

90 >90

d) VLCC船型

0102030405060708090

100110

c) 15万吨级

01020304050607080

>70

75

>75

80

>80

85

>85

90

>90

95

>95

100

>100

105

>105

110

>110

≤70

秦子君：大型油轮缆力约束的统计分析

（下转第97页）

• 97 •第 7 期 刘 松，等：一种新型系船柱的研究设计

9 结语

根据上述设计思路，二航院已完成从50 kN到

2 000 kN的系船柱系列设计通用图纸，并已获得实

用新型发明专利。350 kN和1 500 kN新型系船柱已

应用于“苏州港张家港港区东沙作业区盛泰通用

码头工程”项目。

本设计主要成果：发现现行规范JTJ 297—2001关于系船柱的简化计算公式所得计算结果与

用三维实体有限元分析所得系船柱的应力场分布

差异较大，不能正确反映结构的真实受力状态；

新型系船柱在安全可靠度、使用与维护性能、感

官效果方面均有较大幅度提高，且造价与同等级

传统系船柱相当。

课题组今后研究方向：球墨铸铁的破坏机

理、用于水工结构的规范指导及相关试验数据

较为匮乏，材料安全系数取值可能偏于保守，合

理取值有待更深入研究；检验基于上述理论假设

的有限元计算结果的模型或现场试验，目前正在

策划中；根据系船柱在实际应用过程中的反馈信

息，进一步完善新型系船柱系列的创新设计。该

项工作宜在两年后进行。

参考文献：

[1] 水运规划设计院技术管理室. 系船柱构件通用设计编

制说明[J]. 水运工程, 1978(12): 3-17.

[2] JB/ZQ 4169—2006 铸件设计规范[S].

[3] 孙训方, 方孝淑, 关来泰. 材料力学[M]. 北京: 高等教育

出版社, 1998.

[4] GB/T 1348—2009 球墨铸铁件[S].

（本文编辑 武亚庆）

（上接第91页）

表9 大型油轮用尾绳直径

船型/万吨级 10 12 15 VLCC

尼龙尾绳直径/mm 80 80 80 96

3 结语

本文通过对Q88船舶数据库中10 万～30 万吨

级油轮资料的统计分析，确定了各代表船型的缆

绳数量及其在甲板上的分布、缆绳直径、缆绳材

质、缆绳最小破断强度、绞车制动保持力和尾绳

情况的统计代表值， 并给出了与系泊约束相关的

其他一些基础性数据的统计结果。其中，按上覆

盖率95%确定的缆绳最小破断强度MBL和绞车制

动保持力BHC的数值，可用于确定码头系泊设备

的技术参数以及系缆墩墩体稳定性核算；而按下

即尼龙尾绳的最小破断强度不小于钢缆最小破断

强度的137%。

码头系泊设计相关的缆力约束参数见表10。

覆盖率-95%覆盖率确定的缆绳最小破断强度MBL

和绞车制动保持力BHC等数值，可用于确定码头

系泊能力、进行系泊模型试验，以及制定油码头

作业标准。

参考文献：[1] OCIMF Mooring Equipment Guidelines [S]: 3rd Edition.

2007.

[2] 秦子君. 大型油码头设计船型的系靠泊尺度研究 [J]. 水

运工程, 2011(11): 82-93.

（本文编辑 武亚庆）

表10 大型油轮码头系泊设计缆力约束代表值

设计船型

/万吨级缆绳数量

缆绳在甲板上

的分布

钢缆直径

/mm

缆绳最小破断载荷

MBL/kN缆绳最小破断载荷

MBL/kN绞车制动保持力

BHC/kN 尾绳

直径/mm尾绳最小

破断强度覆盖率95% 覆盖率-95%

10 16 4-4-2-6 36 970 680 400 80

137% MBL12 16 4-4-2-6 36 930 680 400 80

15 16 4-4-2-6 38 1 030 760 450 80

VLCC 20 4-6-4-6 42 1 280 1 050 610 96

注：尾绳为长度11m的尼龙。