李云蕓，程 鑫，閆 健

(1.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.交通運(yùn)輸部東海航海保障中心連云港航標(biāo)處，江蘇 連云港 222042)

300噸級沿海小型航標(biāo)船的研發(fā)與應(yīng)用

李云蕓1，程 鑫2，閆 健2

(1.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.交通運(yùn)輸部東海航海保障中心連云港航標(biāo)處，江蘇 連云港 222042)

在分析國內(nèi)現(xiàn)有小型航標(biāo)船的基礎(chǔ)上,結(jié)合連云港航標(biāo)處轄區(qū)水域特點(diǎn)，研發(fā)了具有淺吃水、單標(biāo)作業(yè)能力,且滿足Φ2.4 m燈浮設(shè)置和5 t錨石起拋?zhàn)鳂I(yè)的300噸級沿海小型航標(biāo)船。通過與定型小型航標(biāo)船的主要參數(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比發(fā)現(xiàn),該船型尺度小，吃水淺,作業(yè)時(shí)穩(wěn)定性好,且建造費(fèi)用、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低。

沿海小型航標(biāo)船；淺吃水；單標(biāo)作業(yè)；側(cè)面作業(yè)

0 引言

航標(biāo)是指標(biāo)示航道方向、界限與礙航物的標(biāo)志，是幫助引導(dǎo)船舶航行、定位和標(biāo)示礙航物或者用于其他專用目的的人工標(biāo)志、助航設(shè)施。航標(biāo)船是用于航標(biāo)布設(shè)、撤除和日常巡檢維護(hù)作業(yè)的船舶。航標(biāo)船作為航標(biāo)維護(hù)管理的基礎(chǔ)設(shè)施，對保障航標(biāo)的助航效能起著至關(guān)重要的作用。

交通運(yùn)輸部東海航海保障中心連云港航標(biāo)處下設(shè)連云航標(biāo)站、大豐航標(biāo)站、洋口航標(biāo)站、啟東航標(biāo)站4個航標(biāo)站點(diǎn)。其轄區(qū)海岸線北自贛榆縣繡針河界，南至長江北口啟東市，總長將近1 000 km，海域面積3.75萬km2，水深在-15 m以內(nèi)的淺海面積2.64萬km2，灘涂面積約5 100 km2。截止2013年7月底，連云港航標(biāo)處配置中型航標(biāo)船1艘，玻璃鋼航標(biāo)快速巡檢艇2艘，轄區(qū)助航標(biāo)志共547座。

為加快推進(jìn)江蘇沿海港口及航道建設(shè)，連云港港口管理部門于2011年開工建設(shè)連云港30萬噸級航道。該航道建設(shè)工程中，共涉及調(diào)整燈浮標(biāo)33座，新設(shè)燈浮標(biāo)41座，新設(shè)燈樁1座，導(dǎo)標(biāo)2座，AIS航標(biāo)5座，且施工作業(yè)期間需要多次移動航標(biāo)位置，給航標(biāo)維護(hù)帶來很大壓力。為提高航海保障、應(yīng)急反應(yīng)能力，由交通部航測專項(xiàng)資金和連云港30萬噸級航道建設(shè)指揮部聯(lián)合出資940萬元，為連云港航標(biāo)處配套建造1艘小型航標(biāo)工作船。

本文首先通過對國內(nèi)現(xiàn)有定型小型航標(biāo)船和連云港航標(biāo)處轄區(qū)水域特點(diǎn)分析，提出新開發(fā)船型的要求為：淺吃水、具備單標(biāo)作業(yè)能力、滿足Φ2.4 m燈浮設(shè)置和5 t錨石起拋?zhàn)鳂I(yè)；其次分析了新開發(fā)船型作業(yè)方式、船舶外形，確定了主尺度和主要作業(yè)設(shè)備；最后新開發(fā)船型與現(xiàn)有定型小型航標(biāo)船主要參數(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作對比。通過實(shí)船應(yīng)用情況證明，該船研發(fā)達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期的效果。

1 國內(nèi)現(xiàn)有小型航標(biāo)船定型船型分析

國內(nèi)現(xiàn)有小型航標(biāo)船定型船型比較典型的有：150 t航標(biāo)夾持船、帶拋石器的小型航標(biāo)船、150 t航標(biāo)登陸艇、400噸級小型航標(biāo)船。

1.1 150 t航標(biāo)夾持船

150 t航標(biāo)夾持船艏部設(shè)有夾持裝置，預(yù)先在碼頭上利用碼頭吊車將燈浮標(biāo)等吊裝到位，夾持裝置翻轉(zhuǎn)過來抱夾住浮標(biāo)，船舶航行到預(yù)定位置后將浮標(biāo)拋下或?qū)⑿枰獧z修的浮標(biāo)抱夾住以便人員上去檢修。該船無法獨(dú)立在海上撤除、更換燈浮標(biāo)，不能滿足連云港轄區(qū)南部航標(biāo)經(jīng)常移位、漂失等應(yīng)急工作需要。

1.2 帶拋石器的小型航標(biāo)船

帶拋石器的小型航標(biāo)船是在150 t航標(biāo)夾持船基礎(chǔ)上改造的。該船在尾甲板加裝沉石拋投裝置，具體作業(yè)時(shí)也是預(yù)先利用碼頭的吊車將沉石等材料吊裝到位，船舶航行到預(yù)定位置后將沉石拋下，同樣無法獨(dú)立在海上拋、起沉石。

1.3 150 t航標(biāo)登陸艇

150 t航標(biāo)登陸艇帶有起吊裝置，主要用于航標(biāo)巡檢、維護(hù)保養(yǎng)、應(yīng)急搶修以及物資運(yùn)輸、油水補(bǔ)給等工作，具備起、拋Φ1.8 m以下浮標(biāo)的能力，不能起吊連云港轄區(qū)普遍使用的Φ2.4 m燈浮標(biāo)。該船適用于島礁登陸對燈樁和浮標(biāo)作業(yè)。

1.4 400噸級小型航標(biāo)船

400噸級小型航標(biāo)船配備起吊裝置和立式絞盤，可以獨(dú)立在海上拋、起浮標(biāo)和沉石，作業(yè)時(shí)可隨船攜帶Φ1.8 m燈浮標(biāo)2具、Φ2.4 m燈浮標(biāo)1具、沉石和錨鏈3套。該船采用常規(guī)設(shè)計(jì)和配置，設(shè)有橫傾調(diào)節(jié)水艙，但作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性較差。實(shí)船在船底設(shè)置約140 t的固定壓載以改善作業(yè)時(shí)的穩(wěn)性。該船2006年建造費(fèi)用為1 462.5萬元。

其他專用航標(biāo)作業(yè)船均為大中型航標(biāo)船。由于大中型航標(biāo)船自身尺度大、排水量大，且設(shè)置較多的壓載和調(diào)節(jié)水艙，所以各種作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性好。該類船一般均配置有吊機(jī)、立式或臥式絞盤，船中甲板設(shè)有大艙口蓋，隨船可攜帶多套沉石和燈浮標(biāo)及相應(yīng)錨鏈裝備。在海上作業(yè)點(diǎn)，人員可以直接登上浮標(biāo)進(jìn)行檢修維護(hù)，也可以進(jìn)行更換浮標(biāo)和拋起沉石作業(yè)。大中型航標(biāo)船作業(yè)時(shí)安全、穩(wěn)定，但船舶配員多，建造、維護(hù)成本大，機(jī)動靈活性不強(qiáng)。初期建造成本一般約2 000萬～3 000萬元。

2 轄區(qū)航標(biāo)船現(xiàn)狀和水域特點(diǎn)

連云港航標(biāo)處現(xiàn)配置中型航標(biāo)船1艘、小型玻璃鋼高速巡邏艇2艘。2艘巡邏艇執(zhí)行日常巡視任務(wù)。中型航標(biāo)船主要負(fù)責(zé)全處轄區(qū)燈浮標(biāo)的拋設(shè)、起吊、更換及應(yīng)急反應(yīng)等工作，常年在江蘇沿海及外海沉船地區(qū)來回航行。

連云港航標(biāo)處轄區(qū)范圍內(nèi)漁船較多，沿海水域多為灘涂，水深較淺，現(xiàn)有航標(biāo)定型船均不太適合其沿海水域使用要求。日?？孔饨?艘漁船進(jìn)行燈浮標(biāo)的搶修和維護(hù)工作，這些租賃船舶不具備拋設(shè)、撤除海上航標(biāo)的能力。

結(jié)合連云港航標(biāo)處多年來航標(biāo)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)和轄區(qū)水域的特殊情況，迫切需要增加1艘淺吃水、具備單標(biāo)作業(yè)能力、滿足Φ2.4 m燈浮標(biāo)設(shè)置和5 t錨石起拋?zhàn)鳂I(yè)的300噸級沿海小型航標(biāo)船，以提高對航標(biāo)應(yīng)急反應(yīng)能力和工作效率，并減輕現(xiàn)有中型航標(biāo)船的工作負(fù)荷。

3 船型方案的分析

3.1 作業(yè)方式

現(xiàn)有小型航標(biāo)船作業(yè)方式有艏部作業(yè)、艉部作業(yè)和側(cè)面作業(yè)。

3.1.1 側(cè)面作業(yè)和艏部作業(yè)的對比

側(cè)面作業(yè)和艏部作業(yè)對船舶尺度和作業(yè)區(qū)甲板面積要求基本一致。艏部作業(yè)由于作業(yè)物在船舶中心線上，作業(yè)時(shí)船舶的穩(wěn)性比較容易滿足，缺點(diǎn)是船艏作業(yè)面小，艏部線形尖瘦，且船艏高度較高，風(fēng)浪中起伏大，作業(yè)人員工作時(shí)的安全性難以保證，海上作業(yè)時(shí)浮鼓和吊起的沉石也容易與船體發(fā)生碰撞。另外，作業(yè)設(shè)備(主要是吊機(jī))布置在艏部，海上航行時(shí)振動幅度較大，對設(shè)備的安全不利。

側(cè)面作業(yè)時(shí)作業(yè)區(qū)在船舶舷側(cè)中部，舷側(cè)線形可以做成平面，且中部作業(yè)區(qū)兩舷設(shè)雙舷結(jié)構(gòu)鋼護(hù)舷，可以有效地避免浮鼓、沉石與船體的碰撞損壞。吊機(jī)也布置在船中附近，對設(shè)備的安全有利。側(cè)面作業(yè)的缺點(diǎn)是船舶尺度小，相對吊重和絞車負(fù)荷較大，船舶作業(yè)時(shí)穩(wěn)性難以滿足要求。

3.1.2 側(cè)面作業(yè)和艉部作業(yè)的對比

艉部作業(yè)方式的作業(yè)區(qū)在中后部甲板，生活和駕駛區(qū)均在艏部，布置上要求機(jī)艙向中部移動。與側(cè)面作業(yè)時(shí)相比，同樣甲板作業(yè)面積時(shí)艉部作業(yè)要求船長加長，中機(jī)型機(jī)艙艉軸加長，且作業(yè)區(qū)與駕駛方向相反與目前的習(xí)慣作業(yè)方式有較大的區(qū)別。而側(cè)面作業(yè)駕駛室在船艉，作業(yè)方向與駕駛方向相同便于控制。

按照3種作業(yè)方式分別制訂方案。通過對船舶布置和尺度的要求、性能計(jì)算結(jié)果對比，并分析各種作業(yè)方式的利弊和使用習(xí)慣，最終確定300噸級沿海小型航標(biāo)船采用側(cè)面作業(yè)方式。

3.2 船舶外形和主尺度

(1)船舶外形：船舶外形參考400噸級定型小型航標(biāo)船，便于形成一個系列。艉部甲板室采用兩層，盡可能降低船舶自身的重心高度，以提高船舶作業(yè)的安全性。

(2)船長：由于本船定位于應(yīng)急航標(biāo)作業(yè)，因此在滿足艙室布置、性能和作業(yè)區(qū)面積的情況下，船舶的長度盡可能小，以保證該船的靈活性、機(jī)動性和相對較低的造價(jià)及運(yùn)行維護(hù)成本。根據(jù)主甲板面的布置要求：艉部甲板室區(qū)13 m、中部作業(yè)區(qū)14.5 m、艉系泊區(qū)3.5 m、艏部錨泊區(qū)4.5 m，實(shí)際需要船舶總長35.5 m。

(3)船寬：由于尺度小，考慮到作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性，本船宜取較小的長寬比，適當(dāng)增加船寬，以改善作業(yè)時(shí)的穩(wěn)性。在其他條件相同情況下，通過對不同船寬時(shí)船舶快速性和作業(yè)穩(wěn)性的初步計(jì)算比較，實(shí)際船舶型寬為9.2 m。

(4)型深：本船在綜合考慮機(jī)艙高度、浮鼓插孔高度和吃水、干舷、船艏高度的條件下，按盡量減小船舶尺度的原則，實(shí)際船舶型深為3.0 m。

(5)吃水和排水量：按隨船配帶1只浮鼓、1套沉石和錨鏈，在滿足500 n mile續(xù)航力條件下，船舶滿載時(shí)排水量約330 t，吃水約1.8 m。

3.3 主要作業(yè)設(shè)備

本船擬作業(yè)的Φ2.4 m浮鼓的起吊負(fù)荷約50 kN，沉石負(fù)荷約50 kN(水底破土負(fù)荷約100 kN)，配置的主要作業(yè)設(shè)備如下：

(1)配1臺帶聯(lián)動移動配載裝置的液壓回轉(zhuǎn)起重機(jī)，主要用于Φ2.4m浮鼓起吊作業(yè)。起重機(jī)安全工作負(fù)荷為70 kN，跨距9.5 m。移動配載最大載荷90 kN，其中配重載荷60 kN，配載中心最大移動距離6.6 m。

由于船型尺度較小，相對吊重和絞車負(fù)荷大，按常規(guī)設(shè)計(jì)和配置的沿海航標(biāo)船其作業(yè)穩(wěn)性難以滿足,因而為改善船舶的作業(yè)性能，300噸級沿海小型航標(biāo)船設(shè)置了移動配載裝置。該裝置由移動配載機(jī)構(gòu)和自動控制系統(tǒng)組成。移動配載機(jī)構(gòu)設(shè)置在船體中部艙內(nèi)，由配重小車、運(yùn)行軌道和小車驅(qū)動裝置組成。自動控制設(shè)備通過接收到的起重機(jī)工作參數(shù)，實(shí)時(shí)控制移動配載小車的運(yùn)動方向、距離，以平衡船舶作業(yè)時(shí)的橫傾，使作業(yè)穩(wěn)性滿足要求。移動配載裝置是一種新型產(chǎn)品，目前在長江中下游航道航標(biāo)工作船中有應(yīng)用，其控制與操作均位于主甲板上。由于海上航標(biāo)作業(yè)風(fēng)浪大，不確定因素多，該技術(shù)在海船上一直未有應(yīng)用。

(2)配1臺120 kN臥式液壓(鉸鏈)絞車用于拋起沉石作業(yè)。早期的大中型航標(biāo)作業(yè)船均配置立式絞盤用于起絞沉塊作業(yè)，其作業(yè)方式有2種：一是將錨鏈直接纏在立式絞盤機(jī)上卷起，這種方式容易造成錨鏈疊壓不易脫落；二是通過纏在絞盤上的鋼纜系住錨鏈分段絞起，絞起一節(jié)錨鏈需要同樣的動作反復(fù)操作數(shù)次。其他如拖鏈、排鏈、棄鏈等輔助工作全部依靠人力完成，勞動強(qiáng)度大，作業(yè)效率低。

臥式液壓絞車的最大特點(diǎn)是有導(dǎo)向裝置，能將長度近60 m的鏈條直接絞在滾筒上，不需要預(yù)先在甲板上排鏈和分段作業(yè)，減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度，減少了因鋼絲繩斷裂造成人員傷害的風(fēng)險(xiǎn)。這種臥式液壓絞車在國內(nèi)新建的大型航標(biāo)船上已經(jīng)采用，但由于費(fèi)用較高，且側(cè)面起絞沉塊船舶的橫傾力矩較大，常規(guī)設(shè)計(jì)的沿海小船的穩(wěn)性難以滿足，所以沿海小型航標(biāo)船上一直沒有配置臥式液壓絞車。本船利用起重機(jī)配置的移動配載裝置，在絞車作業(yè)時(shí)預(yù)先通過手動控制配載向起絞沉塊相反方向移動，抵消船舶作業(yè)時(shí)的橫傾力矩，使作業(yè)穩(wěn)性滿足要求。

3.4 推進(jìn)方式

設(shè)計(jì)初期對用常規(guī)的柴油機(jī)、齒輪箱、推進(jìn)軸系螺旋槳的推進(jìn)方式和Z型軸系全回轉(zhuǎn)推進(jìn)方式均作了方案。Z型軸系全回轉(zhuǎn)推進(jìn)方式船舶的操縱性能好，船舶可以在原地360°旋轉(zhuǎn)，但相比常規(guī)軸系推進(jìn)系統(tǒng)，以本船擬定的功率,Z型軸系全回轉(zhuǎn)推進(jìn)方式的費(fèi)用約增加130萬元，而且由于Z型軸系角度的限制，機(jī)艙高度需增加，船舶的型深需加大較多?？紤]到實(shí)際使用效果和作業(yè)工況以及造價(jià)的限制，本船最終采用常規(guī)雙機(jī)雙槳推進(jìn)方式。

3.5 其他機(jī)電設(shè)備

(1)主機(jī)：選用2臺KTA19-M3型船用柴油機(jī)，持續(xù)功率為447 kW，轉(zhuǎn)速為1 800 r/min。

(2)發(fā)電機(jī)：配2臺75 kW船用柴油發(fā)電機(jī)組。航行狀態(tài)下使用1臺發(fā)電機(jī)組，2臺發(fā)電機(jī)組并車用于工作作業(yè)用，且2臺發(fā)電機(jī)組互為備用。

(3)空調(diào)系統(tǒng)：駕駛室設(shè)1套直接蒸發(fā)式空調(diào)機(jī)組。船員室、餐廳采用小型模塊化水冷機(jī)組空調(diào)。

4 實(shí)船應(yīng)用

300噸級沿海小型航標(biāo)船于2015年11月建成交付使用，實(shí)船圖片如圖1所示。

其主要作業(yè)如下：

(1)首次作業(yè)任務(wù)是在距離連云港70 n mile外拋設(shè)“云沉”16、17兩座應(yīng)急沉船示位標(biāo)。

(2)2016年2月，連云港口門燈浮標(biāo)因?yàn)閻毫犹鞖馄?。該船接到拋設(shè)臨時(shí)口門標(biāo)(3 m浮)的任務(wù)，在各部門的積極配合下出色地完成了應(yīng)急設(shè)標(biāo)任務(wù)。

(3)對連云港5號浮標(biāo)進(jìn)行應(yīng)急搶修換新。

(4)對連云港Q3號浮標(biāo)進(jìn)行起吊檢查復(fù)位。

(5)連云港36號浮標(biāo)被撞，該船對其進(jìn)行起吊換新。

(6)徐圩117號浮標(biāo)附近水流湍急，該船對其更換錨爪式沉石。

(7)對田核1號、2號浮標(biāo)進(jìn)行換新保養(yǎng)。由于作業(yè)區(qū)域狹小、水深淺，任務(wù)的順利完成凸顯了該船噸位小、吃水淺、反應(yīng)快的特色，達(dá)到了該船項(xiàng)目預(yù)期的效果。

300噸級沿海小型航標(biāo)船自2015年11月至2016年5月在連云港進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練，于2016年12月在連云港轄區(qū)南部的啟東航標(biāo)站、呂泗漁港碼頭長期駐扎，主要負(fù)責(zé)洋口港、呂泗港、北支諸港等水域的燈浮標(biāo)周期性起吊維護(hù)保養(yǎng)、應(yīng)急反應(yīng)等工作。與連云航標(biāo)站的中型航標(biāo)船南北對應(yīng)部署，提高了工作效率，為轄區(qū)船舶的安全航行提供了保障。

5 主要參數(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對比

表1、表2分別為300噸級航標(biāo)船與400噸級小型航標(biāo)船主要參數(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對比。從表中可以看出，兩船具備相近的作業(yè)能力，但300噸級航標(biāo)船尺度小、吃水小、作業(yè)穩(wěn)性好，且建造費(fèi)用、年運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用均較400噸級小型航標(biāo)船低。

表1 主要參數(shù)對比

表2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

6 結(jié)語

目前，300噸級沿海小型航標(biāo)船已安全航行1 200多n mile，航行作業(yè)時(shí)間達(dá)270 h，在此期間進(jìn)行了航標(biāo)新設(shè)、起吊保養(yǎng)及日常巡檢40余座次。

其特點(diǎn)如下：

(1)與大中型航標(biāo)作業(yè)船相比，大大降低了能耗和作業(yè)成本，卻具備同樣的作業(yè)功能。

(2)應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備，有效保障了船舶作業(yè)安全和應(yīng)急時(shí)限要求。

(3)空間布局合理緊湊，基礎(chǔ)生活設(shè)施和各項(xiàng)功能一應(yīng)俱全，能夠滿足船舶作業(yè)和船員生活需要。

淺吃水、具備單標(biāo)作業(yè)能力的沿海小型航標(biāo)船在定型航標(biāo)船中一直是空缺的。300噸級沿海小型航標(biāo)船開發(fā)和應(yīng)用，緩解了連云港航標(biāo)處當(dāng)前在上千公里海岸線上僅有一艘能拋設(shè)、撤除海上浮標(biāo)的航標(biāo)船的困境，提升了對航標(biāo)應(yīng)急反應(yīng)能力和日常維護(hù)管理質(zhì)量。

[1] 中華人民共和國海事局.國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則[M].北京：人民交通出版社，2011.

2017-01-15

李云蕓(1963—)，女，高級工程師，主要從事船舶設(shè)計(jì)工作；程鑫(1969—)，男，高級工程師，從事航海保障領(lǐng)域和船舶應(yīng)用工作；閆健(1982—)，男，高級工程師，從事航海保障領(lǐng)域船舶應(yīng)用工作。

U662.2

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