海洋工程多功能船發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢研究

彭小佳，羅 勇， 朱為全 ，高 巍， 張益公 ，冀 昊

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451; 2.北京高泰深海技術有限公司，北京 100011)

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海洋工程多功能船發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢研究

彭小佳1，羅 勇2， 朱為全2，高 巍2， 張益公2，冀 昊2

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451; 2.北京高泰深海技術有限公司，北京 100011)

海洋工程多功能船是為了滿足海洋工程的發(fā)展需要所產(chǎn)生的特種工程船舶。通過多年的發(fā)展，海洋工程多功能船實現(xiàn)了工程經(jīng)濟性與工程實用性結(jié)合程度的提高，以出色的設計指標和性能備受船東青睞。我國水下工程的發(fā)展時間較短，由于國內(nèi)不具備此類船型的開發(fā)與設計能力，因此受制于船舶租賃商，往往付出較高昂的代價；更多的時候通過改裝或利用常規(guī)三用工作船作為水下工程作業(yè)載體，又受制于船舶的性能與作業(yè)環(huán)境的不匹配，大大減少了作業(yè)能力。該文針對全球現(xiàn)有海洋工程多功能船在應用、性能、建造等方面進行充分調(diào)研，為了解現(xiàn)今海洋工程多功能船的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢及研制具有我國自主知識產(chǎn)權的先進海洋工程船提供參考。

海洋工程多功能船；發(fā)展趨勢；調(diào)研

0 引言

海洋工程多功能船(Multi-Purpose Vessel，以下簡稱MPV)是為了滿足海洋工程的發(fā)展需要所產(chǎn)生的特種工程船舶。通過多年的發(fā)展，MPV實現(xiàn)了工程經(jīng)濟性與工程實用性的密切結(jié)合，以出色的設計指標和性能備受船東青睞。目前在該類船型最發(fā)達的歐美國家，尤其是美國、挪威等國，正逐步將在該領域的技術領先優(yōu)勢進一步擴大，其趨勢為：總體規(guī)模在不斷壯大；種類齊全，針對性更加具體和專業(yè)，順應了水下工程的不斷發(fā)展；技術指標不斷提高；服務市場趨于高端。

我國水下工程的發(fā)展時間較短，目前通過租賃和購買可以解決一部分的水下工程作業(yè)需要，但由于國內(nèi)不具備此類船型的開發(fā)與設計能力，因此受制于船舶租賃商，往往付出較高昂的代價。通過改裝或利用常規(guī)三用工作船作為水下工程作業(yè)載體，又受制于船舶的性能與作業(yè)環(huán)境的不匹配，大大減少了作業(yè)能力。因而充分了解現(xiàn)今此類船舶發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，對于扭轉(zhuǎn)這一被動落后的局面，研制具有我國自主知識產(chǎn)權的、能夠趕超國際先進水平的MPV有著重要的現(xiàn)實意義。

1 MPV發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 MPV的應用現(xiàn)狀

MPV主要的功能包括：水下起重(配備升沉補償功能的吊機)；鋪管、鋪纜、潛水支持；ROV支持、平臺支持；修井、勘探、海上車間及對外消防等。

MPV的應用范圍包括：浮式系統(tǒng)錨系安裝；水下生產(chǎn)系統(tǒng)安裝；立管、海管、臍帶管、軟管的安裝；水下設施；水下修井、勘探；FPSO聯(lián)接與調(diào)試；平臺看護與補給等。

世界上主要的MPV公司包括Subsea7，Technip，Emas等，圖1為MPV分布情況(截止到2014年)。

圖1 MPV公司及所擁有船舶數(shù)量分布

目前國內(nèi)MPV較少，處于起步階段，國內(nèi)主要的MPV公司及主要船舶見表1。

表1 國內(nèi)主要MPV公司及主要船舶

1.2 MPV設計建造現(xiàn)狀

歐美發(fā)達國家在開發(fā)、設計及核心部件供應上處于壟斷地位，在建造領域占主導地位，但是地位逐漸下降；亞洲、南美等國家基本不具備開發(fā)設計能力，初步進入市場，建造市場地位逐漸提高。

世界著名的MPV設計企業(yè)包括：挪威的Ulstein, Skipteknisk, Havyard, Multi Maritime AS；荷蘭的Wartsila；英國的Rolls-Royce等。

世界著名的MPV制造企業(yè)有：挪威的STX Europe， Bergen Group，Kleven Maritime；西班牙的Balenciaga；荷蘭的Merwede B.V.；馬來西亞的Nam Cheong；印度的ABG Shipyard；新加坡的ASL Marine Holdings Ltd；印尼的Pan-United Shipyard。

國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀為：不具備開發(fā)能力和概念設計能力，具備一定的詳細設計能力；船體建造能力較強，總裝和調(diào)試能力不足，主要承攬技術定性MPV的建造；沒有一體化的配套機制，核心設備配套不足。

1.3 MPV性能現(xiàn)狀

針對截止到2014年全球已建的典型MPV所具有的功能、航速、起重能力、DP系統(tǒng)、主尺度、航速及住艙人數(shù)等進行了數(shù)據(jù)匯總，以2000年為時間點，分析2000年以前及之后MPV在性能上的發(fā)展特點和趨勢。表2為不同時間段內(nèi)MPV性能的變化情況。

表2 MPV性能變化趨勢

隨著近年來深海石油的開發(fā)，MPV的數(shù)量在近十年有了顯著的增長，其發(fā)展趨勢是：尺度越來越大，航速越來越高，船上住艙人數(shù)、起吊能力都有顯著的增加。圖2、圖3為不同時間段MPV主要功能的分布情況比較。

圖2 2000年以前MPV功能分布情況 圖3 2000年～2014年MPV功能分布

比較2000年以前建造和近十年新建造MPV的功能分布可以發(fā)現(xiàn)：建造服務、ROV支持、潛水作業(yè)支持和鋪管鋪纜為大部分海洋工程船的主要功能，新建MPV在保留原有基本功能的基礎上，在ROV的支持功能和建造功能上有所發(fā)展，這也順應了近年來深海油氣開發(fā)的需要。

MPV具備的功能數(shù)關系到船舶作業(yè)的經(jīng)濟性、適應性。整體看來，具備2個～4個功能是現(xiàn)今MPV的主流情況，近年來新建的MPV功能數(shù)目多為3個～4個。

1.4 起重能力發(fā)展趨勢

近年來深水油氣開發(fā)使得業(yè)界對MPV船起重能力的需求有增大的趨勢。2000年以后，配備250 t以上吊重能力吊機的新建MPV越來越多，目前配備升沉補償功能的大噸位吊機MPV已經(jīng)成為發(fā)展的主流，同時，配備噸位大的吊機也對船的主尺度、定位能力有了進一步要求。不同時間段起重起吊能力發(fā)展情況如圖4所示。

圖4 不同時間段起重起吊能力發(fā)展情況

目前美國海軍和國外許多公司正在致力于先進海洋平臺吊機系統(tǒng)的研究和制造，例如德國Hatlapa系列的船用吊機、日本IHI公司、法國BLM公司和瑞典赫格隆公司。在國外民用方面，日本三菱公司也有專門從事高性能海洋平臺吊機的設計和制造工作，他們在1990年制造出了三菱30.5 t海洋平臺吊機，它的工作半徑可以達到22 m，是由電液系統(tǒng)驅(qū)動，目前該吊機裝配在名為“Coral Bulker ”的艦船上，主要從事木材和海鹽等貨物的運載，當然還有其他一些公司，如Smartcrane公司、 Iebherr公司等也在生產(chǎn)和研制高性能海洋平臺吊機。

在國內(nèi)，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，海洋平臺吊機的研究也在發(fā)展。自從20世紀50年代以來已分別建造了15 t～180 t的各式中小型起重船，它們在海港建設以及其它的工作中發(fā)揮了重要作用。自從20世紀60年代以來，我國開始對海洋開發(fā)事業(yè)給予重視，相繼建成了200 t全回轉(zhuǎn)起重船和500 t固定式起重船，到了20世紀末，我國已經(jīng)能夠建造起吊能力在1 000 t以上的起重船。

1.5 MPV主尺度分布發(fā)展趨勢

隨著作業(yè)水深的增加，大型吊機的配備，功能支持的需求和船上工作人員的增加，大型化的MPV是當今乃至以后MPV的發(fā)展的主流趨勢。MPV主尺度分布如圖5所示，MPV船長發(fā)展如圖6所示，MPV船寬發(fā)展如圖7所示，MPV型深發(fā)展如圖8所示。

圖5 MPV主尺度分布

圖6 MPV船長發(fā)展情況

圖7 MPV船寬發(fā)展情況

圖8 MPV型深發(fā)展情況

1.6 MPV動力定位系統(tǒng)發(fā)展趨勢

現(xiàn)今的MPV動力定位系統(tǒng)多為DP2，占配備DP系統(tǒng)的MPV總數(shù)的2/3；其次為DP3，占總數(shù)的1/4。最近十年來配備DP3系統(tǒng)的新建MPV有了一定的增加?？梢灶A見，配備DP3系統(tǒng)，增強MPV的定位能力將是今后MPV動力定位系統(tǒng)發(fā)展的主流趨勢，不同時間段動力定位發(fā)展情況如圖9所示。

圖9 MPV不同時間段動力定位發(fā)展情況

1.7 MPV航速發(fā)展趨勢

近十年新建MPV的航速有了較大的提高，高航速的MPV能夠滿足更苛刻的作業(yè)要求，提高作業(yè)能力，同時，高航速對動力系統(tǒng)也提出了新的挑戰(zhàn)，不同時間段航速發(fā)展情況如圖10所示。

圖10 MPV不同時間段航速發(fā)展情況

1.8 MPV的總體需求及建造發(fā)展趨勢

專業(yè)DP船在油氣設施密集海區(qū)的淺水應用已非常普遍，未來MPV船必然在深淺水工程領域都具有競爭優(yōu)勢。一方面，由于成本控制的需要，能源企業(yè)和海洋工程企業(yè)都要求MPV具有更高的有效作業(yè)時間；另一方面，北極地區(qū)油氣開發(fā)的升溫，對能在冰區(qū)作業(yè)的MPV提出了新的需求，未來的MPV將具有較強的環(huán)境適應性。

對低能耗MPV的追求不僅是海洋工程企業(yè)自身降低成本的需要，也是各國政府對海洋工程企業(yè)節(jié)能減排的要求，同時各國政府對船舶排放的要求越來越嚴格，也促使海洋工程企業(yè)對MPV排污性能更加關注，綠色MPV將引領未來。

海洋工程企業(yè)普遍秉持可持續(xù)發(fā)展理念，越來越注重員工的發(fā)展和工作環(huán)境的改善，對MPV的住艙及配套設施的標準要求越來越高，生活設施完備、設計充滿人文關懷的MPV將廣受歡迎。

MPV的船體設計必須滿足多功能的要求，比如起重作業(yè)時要求很高的穩(wěn)性，鋪管作業(yè)時需要良好的自控性，水下作業(yè)時需要良好的操縱性，動員時則需要良好的運動特性等，MPV性能的持續(xù)改進和功能的變化對船體設計不斷提出新的需求。目前許多新的船體設計概念應用于MPV，如穿浪型船艏、X-BOW、Multi-hull、Cross-section等，未來將有更多創(chuàng)新性船體設計概念出現(xiàn)。

傳統(tǒng)船舶所采用的輪機系統(tǒng)應用于MPV存在多方面的劣勢，目前新建MPV大多采取柴-電推進系統(tǒng)，性能更優(yōu)的氣-電推進系統(tǒng)也開始引入，震動小、噪聲低的智能型節(jié)能全電動系統(tǒng)是MPV動力推進系統(tǒng)選型的主流方向。專業(yè)設備供應商、設計方、造船廠及船東的密切合作，推動MPV各專項作業(yè)性能持續(xù)優(yōu)化，MPV的專項作業(yè)系統(tǒng)不斷引入新型技術，使系統(tǒng)向集成化和智能化方向發(fā)展，電子設施和管理控制軟件將在MPV上廣泛應用。

當前，MPV建造已開始采用模塊化設計和制造技術，MPV設計和制造將全面進入模塊化時代，從航行操縱系統(tǒng)、動力供應系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、管道系統(tǒng)等基礎保障系統(tǒng)到起重系統(tǒng)、鋪管系統(tǒng)、ROV支持系統(tǒng)、飽和潛水系統(tǒng)等專項作業(yè)系統(tǒng)將廣泛采用模塊化設計和制造技術。

2 結(jié)論

通過對現(xiàn)有MPV的廣泛調(diào)研，對當今MPV的設計建造、性能與需求等方面的發(fā)展趨勢有了較為深刻的理解。

當前全球MPV設計建造現(xiàn)狀是：歐美發(fā)達國家在開發(fā)、設計及核心部件供應上處于壟斷地位，在建造領域占主導地位，但是地位逐漸下降；亞洲、南美等國家基本不具備開發(fā)設計能力，初步進入MPV市場，建造市場地位逐漸提高。

隨著近年來深海石油的開發(fā)，MPV的數(shù)量在近十年有了顯著的增長，其發(fā)展趨勢是：尺度越來越大，航速越來越高，船上住艙人數(shù)、起吊能力都有顯著地增加。

MPV具備的功能數(shù)關系到船舶作業(yè)的經(jīng)濟性、適應性。整體看來，具備2個～4個功能是現(xiàn)今MPV功能數(shù)的主流情況近年來新建的MPV功能數(shù)目多為2個～4個。

目前配備升沉補償功能的大噸位吊機MPV已經(jīng)成為發(fā)展的主流。同時，配備噸位大的吊機也對船的主尺度、定位能力等有了進一步要求。

最近十年來配備DP3系統(tǒng)的新建MPV有了一定的增加?？梢灶A見，配備DP3系統(tǒng)，增強MPV的定位能力將是今后MPV動力定位系統(tǒng)發(fā)展的主流趨勢。

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Ocean Engineering Multi-purpose Vessel Development Status and Trends

PENG Xiao-jia1, LUO Yong2, ZHU Wei-quan2, GAO Wei2,ZHANG Yi-gong2, JI Hao2

(1. Offshore Oil Engineering Co., Ltd，Tianjin 300451, China;2.COTEC Offshore Engineering Solutions，Beijing 100011, China)

Multi-Purpose vessel is developed in order to meet the requirements of the development of ocean engineering of special engineering purpose. Through years of development, the multipurpose vessel realized the engineering economy and engineering practicability with excellent design index and performance. Development of underwater engineering in China is just started, because lacking of development and design capabilities of MPV ships, therefore such work subject to the ships leasing business, often pay a high price. More time by refitting or using conventional ship to finish such work, but underwater engineering work is under the control of the performance of ship, often modified ship does not match with the working environment, leading to a greatly reducing of operation ability. For this situation, a fully survey about existing multi-purpose ships in the application, performance, construction is done. This paper would be a reference for understanding today′s offshore multipurpose vessels development status and trends and developing of China's independent intellectual property rights advanced multipurpose vessels.

multi-purpose vessel; development status and trends; research

2014-07-25

國家科技重大專項：大型油氣田及煤層氣開發(fā)，子課題五 “深水水下應急維修裝備與技術”資助(課題編號：2011ZX05027-005)。

彭小佳(1985-)，男，工程師。

1001-4500(2015)03-0001-06

U67

A