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摘 要：本文分析了IACS UR A2新规的实施对拖带和系泊配置的影响。通过规范解析、典型船舶系泊参数要求对比，澄清了UR A2与IMO MSC. Circ.1175的关系，提出了新规实施在设计过程中遇到的问题及对策。
关键词：IACS UR A2新规;系船力;拖带;系泊
中图分类号：U662.1 文献标识码：A
Influence of IACS UR A2 on Mooring Configuration
JIN Linwu， WU Guangming， QIN Jianyu
（ Nantong COSCO KHI Ship Engineering Co.， Ltd.， Nantong 226005 ）
Abstract： This paper analyzes the influence of the implementation of IACS UR A2 on towing and mooring configuration. The relationship between UR A2 and IMO MSC.circ.1175 is clarified through the interpretation and the comparison of the old and new requirements of typical ship mooring parameters， and the problems encountered in the design process of the new regulations and their countermeasures are put forward.
Key words： IACS UR A2; Mooring force; Towing; Mooring
1 前言
系泊作業危险系数高，每年都会有船员在系泊作业中发生安全事故，重伤甚至死亡的事故也屡见不鲜。英国船舶保赔协会将系泊列入常见的六大风险之一，因此提供安全可靠的系泊配置是船舶设计的重要内容。
目前世界造船工业有着为数众多的有关系泊、拖带设计和设备选取的标准，缺乏统一标准，这给船舶系泊设计、检验带来了困难。URA2此次更新正是为了解决这一问题，使船舶系泊及拖带的设计和设备选取有统一标准，并最大限度覆盖各种类型和尺度范围的船型。
本文从系船力计算发展、UR A2新规范解读、实船配置对比，总结新规范下系泊和拖带设备配置特点，为系泊设计提供参考。
2 系船力计算发展历程
船舶码头系泊时，典型系泊模式如图1所示，主要受到风、水流和潮汐等环境载荷的作用，这些载荷作用于船体产生的外力由缆绳的系船力抵抗，可分解为纵向和横向分力。根据系泊布置，横缆和首尾缆主要产生横向系船力，倒缆主要产生纵向系船力。
系船力计算的发展，主要经历以下几个阶段：
（1）1972年日本造船舾装设计基准JSDS-4 《大型船系船装置计画指针》，对系船力计算进行理论研究，提出计算模型、风和水流因子;
（2）1992年石油公司国际海事论坛《系泊设备指南》MEG2，针对油轮等给出系船力计算模型;
（3）2007年国际海事组织海上安全委员会1175号决议，明确带缆属具及其结构补强安全系数，引入缆绳设计载荷概念，所有带缆属具需要标记安全工作载荷;
（4）2017年国际船级社联合会（IACS）颁布新版UR A2，将带缆分成系泊和拖带两个子系统;缆绳破断力和数量选取，参照IACS Recommendation No.10建议进行计算。
3 新规系泊配置介绍
IACS UR A2新规此次修订，其主要内容是：通过引述Recommendation No.10，对缆绳破断力确定和数量选取提出了计算方法：当舾装数EN≤2 000时，缆绳破断力和数量查船级社规范表格选取;当EN>2 000时，缆绳破断力和数量按Recommendation No.10建议的经验公式计算。
（1）缆绳破断力
缆绳破断力按以下公式计算（EN>2 000）
MBL= 0.1A1+ 350 （kN） （1）
式中：侧投影面积A1和原规范考虑类似，需特别注意以下几点：
① 对于油船、化学品船、散货船和矿砂船，计算侧投影面积考虑最轻载吃水状态;对于其他船型，如果最轻载吃水和满载吃水时的干舷比值≥2，则计算侧投影面积应考虑装载工况中最轻载吃水状态，否则仍考虑满载吃水状态;
② 对于停靠非开敞码头的船舶，在计算投影面积时可以去除受到码头遮蔽的面积，假定码头高出水面3 m，则高于水线3 m范围内的船体面积可以不计算在内;
③ 对于甲板装载货物的船舶，装载货物需计入侧投影面积，同时需比较夏季吃水状态下的侧面积 （含甲板货物侧面积）和最轻载状态下的侧面积（不含甲板货物侧面积），取大者。 （2）缆绳数量
① 对油船、化学品船、散货船和矿砂船，首缆、尾缆和横缆的缆绳总数按下式计算：
N=8.3*104*A1+4 （2）
② 对油船、化学品船、散货船和矿砂船之外的船舶，首缆、尾缆和横缆的缆绳总数按下式计算：
N=8.3*104*A1+6 （3）
若EN<5 000，倒缆的数量不小于2根;EN≥5000，倒缆的数量不小于4根。
③ 对于拖缆，仍按照原规范选取。
（3）缆绳长度的选取
当EN≤2 000时，缆绳长度查船级社规范表格选取;当EN>2 000时，缆绳长度取200 m。
（4）拖带和系泊附件强度与其支撑结构关系
其关系如表1所示。国际标准化组织ISO早在2012年就发布配合UR A2实施的附件新标准，在附件选型上为UR A2的推广奠定了基础。
表1中GF为受力模型几何因子;拖带和系泊附件设计选型时，分别用计算结果TOW/SWL和工业标准中配件TOW/SWL比较，选取符合标准的一档。
3 案例分析
3.1 配置对比
以散货船、滚装船和集装箱船为例，对新规实施前后系泊缆绳配置进行对比，如表2所示。
通过表2可以看出，满足UR A2（2017）的缆绳破断力和数量配置都大于原规范要求，且与系船力计算数据更接近。
3.2 IACS UR A2与IMO MSC. Circ.1175的关系
在船舶接单过程中，就船东关心的UR A2 与MSC . Circ.1175关系问题，明确如下：
（1）互补关系
如上所述，EN≤2 000时，缆绳破断力和数量查船级社规范表格选取，船级社规范表格来源于MSC . Circ.1175;另外，拖带载荷也来源于MSC . Circ.1175;
（2）独立关系
UR A2是国际船级社联合会颁发的规范;而MSC . Circ.1175由国际海事组织下属海安会颁发。
（3）覆盖关系
UR A2基于MSC . Circ.1175，其载荷要求进一步提高;MSC . Circ.1175不会废除，2020年已发布改版文件，将UR A2的要求已纳入;同时，Recommendation No.10中部分内容作为MSC . Circ.1175改版文件的附件形式发行。
4 新规实施中存在的问题
4.1 缆绳破断力和绞车刹车力的关系
每根缆绳从绞车出发，经过甲板换向、舷边换向和码头系绳，形成一个约束，多根缆绳组成系泊系统。图2模拟了典型系泊路径：
对绞车，之前没有统一规范要求，只遵守适用的国家标准或通用法规;在建议缆绳数量及其破断强度时，对系泊绞车拉力和制动能力又无任何要求，这种不协调一直存在。UR A2新规对此没有强制要求， Recommendation No.10给出的建议与OCIMF一致，明确了绞车基于第一层缆绳的刹车力为缆绳MBL的80%。关于这一点，各船级规范中也仅列出，而不作为入级条件。目前各主流绞车厂家的设计还没有跟上，海安会已于2020年12月发布基于MSC Circ.1619号决议，引入缆绳限制工作载荷概念，限制缆绳张紧载荷低于MBL的55%（钢丝绳）或50%（纤维绳），绞车刹车力的设计能力将大于该数值，见表3所列。
这里引用OCIMF MEG4中缆绳操作范围模拟及限制值关系图（图3）供参考，方便设计者对缆绳、绞车的选型，同时对操作者也有指导作用。
4.2 缆绳破断力裕量
实际工作中，有部分船东提出缆绳证书上破断力数值比系泊配件标定数值稍大，进而引起理解不一致的问题。对此 UR A2新规中已有明确解释：缆绳破断力增加部分不需要适用到系泊配件的载荷标记及其支撑结构的强度计算。
考虑到磨损余量，Recommendation No.10中對纤维缆绳给出的裕量为10%。考虑到解决缆绳证书文件操作性问题，OCIMF MEG4给出的裕量是0～5%，可参照图3。实际上，考虑环境突变引起缆绳张紧力加大以及缆绳磨损情况，各系船力计算方法中已考虑了安全系数，见表4。
各系船力计算方法中安全系数的差异，与计算模型、风速条件和缆绳数量有关。以VLCC为例，表5为各系船力计算方法的结果：
根据上述情况，并与缆绳厂家商讨结果：缆绳强度考虑缆绳MBL的10%额外裕量，试验时缆绳拉到105%缆绳MBL不破断即可判定合格。
5 结语
IACS UR A2新规发行，体现了其简约公式在大部分船型适用的合理性，简化了系船力计算;此外，规范还进一步优化了缆绳、附件和支撑结构之间的对应关系。对于新规，船级社关注的是拖带和系泊力选定后，拖带和系泊附件强度及其支撑结构的符合性;船厂关注的是缆绳破断力、缆绳数量以及系泊附件规格，考虑的是安全和成本的协调;船东则更加关注系泊的安全性。
船舶运营过程中，提高带缆安全性的措施还包括：缆绳张紧力的实时监测;缆绳维护和报废程序的规范实施及记录。只有安全、规范，才能达到安全带缆的目的。
新规对大型集装箱船的要求十分严苛，与现有的设计相比，需要配置更多的缆绳及绞车，大大增加了带缆布置的难度及船舶的建造成本。对于新规的理解与对应，后续还需要进一步研究。
参考文献
[1]刘鹏，桑巍. IACS船舶系泊与拖带新要求解析[J]. 船舶工程，2019：34-39.
[2]中国船舶工业集团公司. 船舶设计实用手册舾装分册[M]， 北京，国防工业出版，2013.
[3] The Oil Companies International Marine Forum. Mooring Equipment Guidelines（MEG4）[S]. 2018.
[4] IACS. IACS Recommendation No.10. Anchoring， Mooring and Towing Equipment[S]. 2017.
[5] IACS. IACS UR-A， Requirements Concerning Mooring ， Anchoring and Towing Equipment [S].2017.
[6] IMO MSC. Circular. 1175： Guidance on shipboard towing and mooring equipment[S]. MSC. 2007
关键词：IACS UR A2新规;系船力;拖带;系泊
中图分类号：U662.1 文献标识码：A
Influence of IACS UR A2 on Mooring Configuration
JIN Linwu， WU Guangming， QIN Jianyu
（ Nantong COSCO KHI Ship Engineering Co.， Ltd.， Nantong 226005 ）
Abstract： This paper analyzes the influence of the implementation of IACS UR A2 on towing and mooring configuration. The relationship between UR A2 and IMO MSC.circ.1175 is clarified through the interpretation and the comparison of the old and new requirements of typical ship mooring parameters， and the problems encountered in the design process of the new regulations and their countermeasures are put forward.
Key words： IACS UR A2; Mooring force; Towing; Mooring
1 前言
系泊作業危险系数高，每年都会有船员在系泊作业中发生安全事故，重伤甚至死亡的事故也屡见不鲜。英国船舶保赔协会将系泊列入常见的六大风险之一，因此提供安全可靠的系泊配置是船舶设计的重要内容。
目前世界造船工业有着为数众多的有关系泊、拖带设计和设备选取的标准，缺乏统一标准，这给船舶系泊设计、检验带来了困难。URA2此次更新正是为了解决这一问题，使船舶系泊及拖带的设计和设备选取有统一标准，并最大限度覆盖各种类型和尺度范围的船型。
本文从系船力计算发展、UR A2新规范解读、实船配置对比，总结新规范下系泊和拖带设备配置特点，为系泊设计提供参考。
2 系船力计算发展历程
船舶码头系泊时，典型系泊模式如图1所示，主要受到风、水流和潮汐等环境载荷的作用，这些载荷作用于船体产生的外力由缆绳的系船力抵抗，可分解为纵向和横向分力。根据系泊布置，横缆和首尾缆主要产生横向系船力，倒缆主要产生纵向系船力。
系船力计算的发展，主要经历以下几个阶段：
（1）1972年日本造船舾装设计基准JSDS-4 《大型船系船装置计画指针》，对系船力计算进行理论研究，提出计算模型、风和水流因子;
（2）1992年石油公司国际海事论坛《系泊设备指南》MEG2，针对油轮等给出系船力计算模型;
（3）2007年国际海事组织海上安全委员会1175号决议，明确带缆属具及其结构补强安全系数，引入缆绳设计载荷概念，所有带缆属具需要标记安全工作载荷;
（4）2017年国际船级社联合会（IACS）颁布新版UR A2，将带缆分成系泊和拖带两个子系统;缆绳破断力和数量选取，参照IACS Recommendation No.10建议进行计算。
3 新规系泊配置介绍
IACS UR A2新规此次修订，其主要内容是：通过引述Recommendation No.10，对缆绳破断力确定和数量选取提出了计算方法：当舾装数EN≤2 000时，缆绳破断力和数量查船级社规范表格选取;当EN>2 000时，缆绳破断力和数量按Recommendation No.10建议的经验公式计算。
（1）缆绳破断力
缆绳破断力按以下公式计算（EN>2 000）
MBL= 0.1A1+ 350 （kN） （1）
式中：侧投影面积A1和原规范考虑类似，需特别注意以下几点：
① 对于油船、化学品船、散货船和矿砂船，计算侧投影面积考虑最轻载吃水状态;对于其他船型，如果最轻载吃水和满载吃水时的干舷比值≥2，则计算侧投影面积应考虑装载工况中最轻载吃水状态，否则仍考虑满载吃水状态;
② 对于停靠非开敞码头的船舶，在计算投影面积时可以去除受到码头遮蔽的面积，假定码头高出水面3 m，则高于水线3 m范围内的船体面积可以不计算在内;
③ 对于甲板装载货物的船舶，装载货物需计入侧投影面积，同时需比较夏季吃水状态下的侧面积 （含甲板货物侧面积）和最轻载状态下的侧面积（不含甲板货物侧面积），取大者。 （2）缆绳数量
① 对油船、化学品船、散货船和矿砂船，首缆、尾缆和横缆的缆绳总数按下式计算：
N=8.3*104*A1+4 （2）
② 对油船、化学品船、散货船和矿砂船之外的船舶，首缆、尾缆和横缆的缆绳总数按下式计算：
N=8.3*104*A1+6 （3）
若EN<5 000，倒缆的数量不小于2根;EN≥5000，倒缆的数量不小于4根。
③ 对于拖缆，仍按照原规范选取。
（3）缆绳长度的选取
当EN≤2 000时，缆绳长度查船级社规范表格选取;当EN>2 000时，缆绳长度取200 m。
（4）拖带和系泊附件强度与其支撑结构关系
其关系如表1所示。国际标准化组织ISO早在2012年就发布配合UR A2实施的附件新标准，在附件选型上为UR A2的推广奠定了基础。
表1中GF为受力模型几何因子;拖带和系泊附件设计选型时，分别用计算结果TOW/SWL和工业标准中配件TOW/SWL比较，选取符合标准的一档。
3 案例分析
3.1 配置对比
以散货船、滚装船和集装箱船为例，对新规实施前后系泊缆绳配置进行对比，如表2所示。
通过表2可以看出，满足UR A2（2017）的缆绳破断力和数量配置都大于原规范要求，且与系船力计算数据更接近。
3.2 IACS UR A2与IMO MSC. Circ.1175的关系
在船舶接单过程中，就船东关心的UR A2 与MSC . Circ.1175关系问题，明确如下：
（1）互补关系
如上所述，EN≤2 000时，缆绳破断力和数量查船级社规范表格选取，船级社规范表格来源于MSC . Circ.1175;另外，拖带载荷也来源于MSC . Circ.1175;
（2）独立关系
UR A2是国际船级社联合会颁发的规范;而MSC . Circ.1175由国际海事组织下属海安会颁发。
（3）覆盖关系
UR A2基于MSC . Circ.1175，其载荷要求进一步提高;MSC . Circ.1175不会废除，2020年已发布改版文件，将UR A2的要求已纳入;同时，Recommendation No.10中部分内容作为MSC . Circ.1175改版文件的附件形式发行。
4 新规实施中存在的问题
4.1 缆绳破断力和绞车刹车力的关系
每根缆绳从绞车出发，经过甲板换向、舷边换向和码头系绳，形成一个约束，多根缆绳组成系泊系统。图2模拟了典型系泊路径：
对绞车，之前没有统一规范要求，只遵守适用的国家标准或通用法规;在建议缆绳数量及其破断强度时，对系泊绞车拉力和制动能力又无任何要求，这种不协调一直存在。UR A2新规对此没有强制要求， Recommendation No.10给出的建议与OCIMF一致，明确了绞车基于第一层缆绳的刹车力为缆绳MBL的80%。关于这一点，各船级规范中也仅列出，而不作为入级条件。目前各主流绞车厂家的设计还没有跟上，海安会已于2020年12月发布基于MSC Circ.1619号决议，引入缆绳限制工作载荷概念，限制缆绳张紧载荷低于MBL的55%（钢丝绳）或50%（纤维绳），绞车刹车力的设计能力将大于该数值，见表3所列。
这里引用OCIMF MEG4中缆绳操作范围模拟及限制值关系图（图3）供参考，方便设计者对缆绳、绞车的选型，同时对操作者也有指导作用。
4.2 缆绳破断力裕量
实际工作中，有部分船东提出缆绳证书上破断力数值比系泊配件标定数值稍大，进而引起理解不一致的问题。对此 UR A2新规中已有明确解释：缆绳破断力增加部分不需要适用到系泊配件的载荷标记及其支撑结构的强度计算。
考虑到磨损余量，Recommendation No.10中對纤维缆绳给出的裕量为10%。考虑到解决缆绳证书文件操作性问题，OCIMF MEG4给出的裕量是0～5%，可参照图3。实际上，考虑环境突变引起缆绳张紧力加大以及缆绳磨损情况，各系船力计算方法中已考虑了安全系数，见表4。
各系船力计算方法中安全系数的差异，与计算模型、风速条件和缆绳数量有关。以VLCC为例，表5为各系船力计算方法的结果：
根据上述情况，并与缆绳厂家商讨结果：缆绳强度考虑缆绳MBL的10%额外裕量，试验时缆绳拉到105%缆绳MBL不破断即可判定合格。
5 结语
IACS UR A2新规发行，体现了其简约公式在大部分船型适用的合理性，简化了系船力计算;此外，规范还进一步优化了缆绳、附件和支撑结构之间的对应关系。对于新规，船级社关注的是拖带和系泊力选定后，拖带和系泊附件强度及其支撑结构的符合性;船厂关注的是缆绳破断力、缆绳数量以及系泊附件规格，考虑的是安全和成本的协调;船东则更加关注系泊的安全性。
船舶运营过程中，提高带缆安全性的措施还包括：缆绳张紧力的实时监测;缆绳维护和报废程序的规范实施及记录。只有安全、规范，才能达到安全带缆的目的。
新规对大型集装箱船的要求十分严苛，与现有的设计相比，需要配置更多的缆绳及绞车，大大增加了带缆布置的难度及船舶的建造成本。对于新规的理解与对应，后续还需要进一步研究。
参考文献
[1]刘鹏，桑巍. IACS船舶系泊与拖带新要求解析[J]. 船舶工程，2019：34-39.
[2]中国船舶工业集团公司. 船舶设计实用手册舾装分册[M]， 北京，国防工业出版，2013.
[3] The Oil Companies International Marine Forum. Mooring Equipment Guidelines（MEG4）[S]. 2018.
[4] IACS. IACS Recommendation No.10. Anchoring， Mooring and Towing Equipment[S]. 2017.
[5] IACS. IACS UR-A， Requirements Concerning Mooring ， Anchoring and Towing Equipment [S].2017.
[6] IMO MSC. Circular. 1175： Guidance on shipboard towing and mooring equipment[S]. MSC. 2007