114 專技高考高等考試 甲種引水人(臺中港) 船舶操縱（包括離靠碼頭、錨泊法以及輪機知識及技術） 考古題詳解

核心觀念

本題考查船舶受風面積與風壓、狹水道操縱、船速對舵效與船舶慣性的影響，以及淺水效應與岸壁效應。事故不能只用「強風吹偏」解釋；應把風、船速、航道限制、船舶操縱反應及駕駛台決策合併分析。

船舶受風力可概略表示為：

其中 $\rho_A$ 為空氣密度、$C_W$ 為風力係數、$A_W$ 為水面以上的側向受風投影面積、$V_W$ 為相對風速。風力大致與風速平方成正比；風速由 $26$ 節增至 $40$ 節時，風力比約為：

這表示陣風的瞬間風力可遠高於持續風。船舶水下部分的側向水阻與水面以上的受風力共同作用，會造成橫移、艏向改變及偏航。

題示船長約 $400\,\mathrm{m}$、船寬 $58.8\,\mathrm{m}$，且裝載貨櫃，水面上受風面積大。船寬與夏季吃水之比為：

船寬、吃水與型深資料可顯示船體尺度龐大；但型深 $32.9\,\mathrm{m}$ 不是水面以上高度，不能直接當作受風高度計算。題目未提供實際裝載狀態、貨櫃堆疊高度、當時吃水、航道水深及船舶受風面積，因此無法精算風力、下沉量或岸壁效應大小。

解題方法

依序從「環境外力 → 船舶反應 → 航道效應 → 操縱與決策」分析，並以題示尺度、風速及擱淺船速說明各因素如何相互加乘。

事故原因分析

一、強風與大面積受風造成偏航、橫移

報告記載風速約 $25$ 至 $27$ 節，陣風可達 $40$ 節。貨櫃船貨櫃堆高，水面以上的側向投影面積大，因此容易受到強風及陣風影響。風力作用點通常高於水下阻力中心，風壓可能使船舶產生橫移及偏航力矩。

船舶當時在運河內航行，能供修正的水域很窄；即使偏移幅度有限，也可能很快接近岸壁。報告並記載風勢增強及沙塵使能見度一度大幅降低，船長與引水人難以維持船舶在航道中央。

二、狹水道內船速過高，增加慣性並放大淺水、岸壁效應

擱淺時船速約 $12$ 節；事故過程中船速曾增至約 $13$ 節。報告指出，當時的船速高於蘇伊士運河規定的容許速度，並認為船速、淺水效應及岸壁效應均直接影響操縱能力。

船舶在淺水或受限水道航行時，船底與水底間隙縮小，船體周圍流場及壓力分布改變，會產生淺水效應（squat），使船舶下沉及縱傾增加，並可能降低操縱裕度。其大小受船速、船型、水深與航道斷面影響；題目未提供水深及航道斷面，不能定量計算。

船舶靠近岸壁時，船艏、船艉周圍流速及壓力分布不對稱，可能產生岸壁吸引、艏向偏轉等岸壁效應（bank effect）。

核心觀念

本題比較兩種常見的高操縱性拖船推進系統：

• SCHOTTEL Rudder Propeller（SRP）：可迴轉式導管推進器，屬於方位推進器（azimuthing thruster）。螺槳裝在可水平迴轉的推進器單元內，藉由轉動推進器方向改變推力方向。
• Voith Schneider Propeller（VSP）：垂直軸循環式推進器。數枚垂直葉片繞圓盤中心旋轉，並在旋轉過程中連續改變葉片角度，以控制推力的方向與大小。

兩者都能在低速、狹窄水域提供良好的操縱性；主要差異是：SRP 以迴轉整個推進器單元來改變推力方向，VSP 則以控制葉片角度來改變推力方向。

解題方法

採「構造與作用原理 → 操縱表現 → 優缺點與適用情境」比較，避免只列「機動性佳」等籠統描述。作答時須指出推力方向如何改變，並將操縱性與航行效率、機械複雜度、維修及拖帶安全等面向一併比較。

SRP 型拖船

特性與作用原理

SRP 的螺槳安裝於船底的可迴轉推進器單元，通常以齒輪將主機輸出傳至螺槳。推進器單元可水平迴轉，讓螺槳推力指向所需方向；若配置兩具推進器，還可藉由分別控制左右推進器的推力方向與大小，使船舶前進、後退、橫移或原地迴轉。

SRP 常見於 ASD（Azimuth Stern Drive，艉置方位推進器）拖船，也可配置在船艏附近，作為 tractor tug 的推進器。拖船的作業能力還受推進器配置位置、拖鉤位置、船體設計與操船方式影響，不能只由 SRP 名稱判定。

優點

1. 推力方向控制靈活：推進器能轉向，船舶低速操縱性佳，適合港內協助大型船舶靠離碼頭及移泊。
2. 兼具推進與轉向功能：不需依賴傳統舵在螺槳後方偏轉水流來轉向，低速時仍能有效控制船舶。
3. 配置彈性較大：可配合不同船型和推進器位置設計成艉置或艏置配置，常見的艉置 ASD 拖船吃水通常較淺，且操作方式容易為拖船船員熟悉。
4. 適合多種拖帶作業：可藉由調整推力方向及左右推進器的配合，執行推頂、拖帶及港內操船。

缺點

1. 推力方向改變須迴轉推進器單元：與 VSP 直接改變葉片角度相比，推進器本身需要轉向；實際反應與操控便利性會受設備及控制系統影響。
2. 傳動與轉向機構需維護：齒輪、軸系、迴轉機構及密封等部件增加維護需求；水下推進器受損時，檢修也可能影響船舶作業。
3. 艉置配置須留意拖帶風險：ASD 拖船在拖帶時須注意拖纜受力方向、拖鉤位置及船體相對拖力的姿態；不當操作可能使拖船產生危險傾覆力矩（girting）。

VSP 型拖船

特性與作用原理

VSP 通常設置於船底，推進器圓盤繞垂直軸旋轉，圓盤周圍配置數枚垂直葉片。葉片在旋轉過程中連續改變角度，使各葉片產生的水動力合成所需方向的推力。操作者可連續調整推力的方向與大小；因此，即使推進器圓盤維持旋轉，也能迅速改變合成推力方向。

核心觀念

艉座（squat）是船舶航行時，因船體周圍水流與壓力分布改變，造成船舶相對於靜水狀態下沉並改變縱傾的現象。狹水道、淺水域或船舶吃水較深時，船底與水道底部間的流通空間較小，艉座通常更明顯。

船舶前進時，船體排開的水必須沿船側及船底流過。若水深或水道寬度受限，船底下方的水流會加速，壓力因而降低。依伯努力原理，流速增加伴隨靜壓下降；船體上下壓力差使船舶下沉，並因船首、船尾的壓力分布不同而產生縱傾。這種下沉與縱傾合稱艉座。

解題方法

本題分成兩部分作答：先交代艉座形成的水流與壓力機制，再說明艉座量與船速的定性、定量關係。

艉座量會隨船速增加而迅速增大。在其他條件相同時，常以近似平方關係說明：

核心觀念

本題考查迴旋支點（pivot point）的位置變化，如何影響艏推器產生的迴轉力矩。

迴旋支點是船舶操縱時船體迴轉的瞬時中心。船舶停止或接近靜止時，支點約在船中附近；船舶前進時，支點向前移；船舶後退時，支點向後移。實際位置會隨船速、船型、水深、風流及操舵狀態改變。

艏推器提供橫向推力，使船首側移，並對迴旋支點形成力矩。其迴轉效果可概念化表示為：

其中 $F$ 為艏推器的橫向推力，$d$ 為推力作用線至迴旋支點的縱向力臂。力臂越長，艏推器產生的迴轉力矩越大。

解題方法

判斷操作效益時，抓住「艏推器要離迴旋支點遠，力臂才長」這項原則：

• 船舶近乎靜止時：迴旋支點約在船中附近，艏推器位於船首，力臂較長，適合用來使船首向左或向右轉動。
• 船舶有前進速度時：迴旋支點前移，接近艏推器，兩者距離縮短，艏推器造成的迴轉力矩減小，操作效益降低。
• 船舶有後退速度時：迴旋支點後移，遠離艏推器，力臂增長，艏推器的轉首效果較佳。

因此，操作上應配合船速控制迴旋支點：欲提高艏推器效能，應讓船舶保持低速或適度後退，使支點遠離船首；若船舶正以明顯前進速度航行，艏推器效能會較差，不宜期待它單獨克服船體慣性及水流作用。

操作配合

核心觀念

本題考大型船舶進出港時，如何把受風面積、船體水下側向阻力、駕駛臺位置與視界、推進及側推設備合併考量。貨櫃船、汽車船、郵輪的水上部分都高大，低速操縱時風力相對突出；但各船型的水下船體與上層建築配置不同，所以受風後的偏移、轉向反應與視線限制也不同。

風對船舶的橫向力可概略表示為：

其中 $\rho_a$ 為空氣密度、$C$ 為風力係數、$A$ 為迎風投影面積、$V$ 為相對風速。風力約與風速平方及受風面積成正比。風力作用點若偏離船舶轉動中心，還會產生轉艏力矩。

駕駛臺靠近船艏，有助於觀察前方及控制船艏與碼頭的距離；相對地，船艉距駕駛臺較遠，判斷船艉掃掠、船艉與碼頭間隙及全船位置較不直觀。須搭配雷達、電子海圖、船艏艉瞭望及拖船回報掌握全船動態。

解題方法

先以「共同特性」作總述，再分別比較三種船型的水上外形、水下側向阻力、視界及常見操縱設備。答題時不可只寫「船大、受風大」；應進一步說明風如何造成偏移與轉艏，以及駕駛臺前置後對船艏、船艉操控判斷的影響。

各船型操縱差異

一、貨櫃船

甲板貨櫃層數高，船側及貨櫃迎風面積大，橫風下容易產生風壓偏移與轉艏力矩。裝載狀態改變時，甲板貨櫃高度及受風分布也會改變，因此應依當時裝載與風向評估風力影響。

駕駛臺常設於船艏附近，以取得貨櫃堆疊上方的前方視界。這有利於掌握船艏接近碼頭的情況，但全船長度大，船艉離駕駛臺遠，轉向時須特別注意船艉掃掠及船艉側向移動。大型船慣性大、停船及改變運動狀態所需時間長，進港應及早控制速度，並依港池、風流及船舶操縱特性運用拖船。

二、汽車船

核心觀念

本題考查大型船舶在港口狹窄航道會遇時的航道空間管理、船舶操縱特性、引水與船長協作，以及 VTS 船舶交通管理。通運輪事故的直接情境，是出港船與進港船於高雄港第二港口雙向航道交會後，通運輪為避讓而向右轉，右舷船艉遂擦撞外側離岸堤。

事故發生於民國 113 年，題目是民國 114 年考題；事故調查報告於 114 年 6 月發布，屬命題後資料。以下依題示事故情境說明操船與改善方向；若提及港口規定，以命題當年（民國 114 年）法規與公告為準。

操船時須掌握「船首轉向、船艉掃掠」的幾何關係：船舶向右轉時，船首向右偏轉，船艉會向左側掃掠；若在轉向過程中再受風流、船舶慣性及航道限制影響，船舶實際軌跡不會與船首向完全一致。右舷距離離岸堤不足時，持續右轉可能使船體側移或艉部掃掠至堤岸。

大型船舶有較長的停止距離與較大的迴轉圈；在低速時，舵效會降低，而主機、舵角及船速改變後的船位反應也有延遲。因此，狹窄航道內應以預先規劃航跡、控制速度及保留安全水域為主，不能等到近距離才以大角度轉舵補救。

解題方法

回答分兩層：先說明通運輪當下如何操作，才能降低碰撞風險；再提出航道、交通管制與作業制度上的改善。操船核心是先爭取時間與空間，再採取小幅、可控的避讓，避免在離岸堤旁急轉造成船艉掃掠。

一、事故發生前的操船準備

1. 航前簡報與航跡規劃 船長、引水人及駕駛臺團隊應完成船長與引水人資訊交換（MPX），明確確認出港航線、船速、舵效、主機性能、預定轉向點、預留的離岸堤安全距離，以及進港船的預計航跡。應將離岸堤納入主要危險物標，訂出不得逾越的安全邊界。

2. 確認交通與通航條件 以雷達、電子海圖、目視、AIS 及 VTS 資訊持續掌握進港船動態，確認對方是否已在航道內、是否漂航、預計交會位置及雙方可用水域。若會遇空間不足，應及早與對方及 VTS 協調，請進港船在指定等候區穩定船位，或調整進出港順序。

3. 管制船速、保留操縱餘度 以足以維持舵效、又能在可用水域內減速或停船的最低安全速度航行。若速度過高，緊急停船所需距離增加；若速度過低，舵效及轉向控制能力又會下降。應依船舶載況、風流、吃水與實際水域決定適當速度，並準備主機及舵機應變。

二、會遇時的操船與避讓

若進港船已漂入雙向航道、占用出港船的操船空間，通運輪應立即向 VTS 報告並與對方確認意圖，不可只依賴對方口頭表示。保持航向與船位可控，先採取減速、暫停前進或在安全水域等待等方式，避免在離岸堤附近突然大幅右轉。

如經風險判斷確須轉向避讓，應：

• 及早小角度轉向，並監控船首、船艉及船體側向位移，而非只看船首是否已避開對方。