高強(qiáng)度輕型頂標(biāo)的研制與應(yīng)用

任虹　劉元貞　黃燕嫄

摘要：頂標(biāo)是助航識(shí)別標(biāo)志組成之一，其應(yīng)用廣泛，易于識(shí)別。上海航標(biāo)處應(yīng)用的頂標(biāo)是復(fù)合材料頂標(biāo)，生命周期短，修復(fù)功能差，為降低使用成本，提高利用率，試驗(yàn)使用新型材質(zhì)頂標(biāo)。經(jīng)過設(shè)計(jì)論證，上海航標(biāo)處將成品投入部分浮標(biāo)使用，在應(yīng)用過程中觀察改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)度 頂標(biāo) 絲網(wǎng) 應(yīng)用

1 項(xiàng)目背景

頂標(biāo)是水上助航標(biāo)志頂部具有一定尺寸和特定形狀及顏色的標(biāo)志，它提示過往船舶該水域的航行航道功能等情況，是重要的助航識(shí)別標(biāo)志組成之一。

頂標(biāo)優(yōu)勢(shì)為在白天較遠(yuǎn)的距離外能清楚地判斷航標(biāo)的類型。航海者或許不能夠在幾海里外看清楚航標(biāo)顏色，但能夠通過頂標(biāo)形狀快速的區(qū)分處在該位置附近的航標(biāo)種類，便于迅速對(duì)比海圖，判斷船舶位置的明顯優(yōu)勢(shì)。所以，不斷提高頂標(biāo)的質(zhì)量勢(shì)在必行，是一項(xiàng)應(yīng)長(zhǎng)期持續(xù)跟進(jìn)改善的項(xiàng)目。

目前，上海航標(biāo)處應(yīng)用的頂標(biāo)是復(fù)合材料頂標(biāo)，經(jīng)過十多年的應(yīng)用，出現(xiàn)最多的問題就是頂標(biāo)葉片的折斷或被船撞壞，復(fù)合材料主要是由玻璃鋼制成，存在抗風(fēng)能力差、材料不環(huán)保、修復(fù)功能低和操作不方便等缺點(diǎn)。實(shí)際上，由于在海上不停搖晃和風(fēng)力的作用，材料疲勞老化加速，往往經(jīng)過幾個(gè)月或半年就會(huì)出現(xiàn)葉片折斷的現(xiàn)象，遇到浮標(biāo)與輪船接觸或碰撞，首先容易把頂標(biāo)撞壞，這對(duì)其他航行船舶造成安全隱患，遇到這種情況，需要航標(biāo)船出海搶修，更換新的頂標(biāo)，雖然頂標(biāo)價(jià)值不大，但如果算上動(dòng)用航標(biāo)船及人工成本，損失相當(dāng)驚人。對(duì)我們上下燈浮更換頂標(biāo)的作業(yè)人員增加一份危險(xiǎn)。所以，我們迫切需要找到一種材料，能克服以上的問題，既能減少頂標(biāo)故障率，也能提高頂標(biāo)的使用壽命，操作簡(jiǎn)單，只要人工用手操作即可修復(fù)，不需再換新的頂標(biāo)，從而產(chǎn)生較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 可行性分析

（1） 固定成本分析：原玻璃鋼頂標(biāo)平均成本約為580元/個(gè)，新型材質(zhì)頂標(biāo)平均成本提高18%，約合100元（680元/個(gè)）。為保障航行安全，履行導(dǎo)助航職責(zé)，如頂標(biāo)發(fā)生損壞，必須出航進(jìn)行更換?？紤]到出航成本，材料的價(jià)格提高幅度可忽略不計(jì)，新型頂標(biāo)成本優(yōu)勢(shì)明顯。

（2）長(zhǎng)期成本分析：目前，上海航標(biāo)處所用的高分子材料頂標(biāo)只能用一個(gè)養(yǎng)護(hù)周期，除了搶修好臨時(shí)撤除的特殊情況，一般一座頂標(biāo)的海上生命周期為2年6個(gè)月至3年6個(gè)月，也就是洋山水域一般為2年6個(gè)月左右，九段燈船以內(nèi)淡水區(qū)域?yàn)?年6個(gè)月左右，頂標(biāo)會(huì)隨著燈浮浮筒的起吊保養(yǎng)而回收自動(dòng)報(bào)廢，而燈浮因?yàn)殇撝撇牧系木壒士蛇M(jìn)行多次保養(yǎng)、檢測(cè)，并循環(huán)利用，高分子頂標(biāo)而因此結(jié)束了生命周期，實(shí)在令人惋惜。而新型頂標(biāo)因其鋼制材料屬性的緣故，在起吊保養(yǎng)回收后，可與燈浮浮筒一道進(jìn)入檢測(cè)保養(yǎng)環(huán)節(jié)，在重新油漆后可重復(fù)使用多次，進(jìn)一步減少長(zhǎng)期成本，綠色環(huán)保。

（3）材料分析：新型頂標(biāo)因?yàn)椴捎娩撝瓶蚣芏ㄐ?，絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)定面，幾乎不受風(fēng)力和日光照射影響，減少自然損耗；被撞后可抵抗一定的沖擊力不變形；即使變形，鋼制頂標(biāo)可人工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)原，及時(shí)恢復(fù)正常。從結(jié)構(gòu)和材料的角度講，比高分子材料頂標(biāo)優(yōu)勢(shì)明顯。

以上幾點(diǎn)是制作新型頂標(biāo)的出發(fā)點(diǎn)和目的點(diǎn)。通過對(duì)比，我們認(rèn)為新型頂標(biāo)有推廣使用的可行性。

3 設(shè)計(jì)制作和試驗(yàn)過程

課題組經(jīng)過反復(fù)探討和試驗(yàn)，我們嘗試了使用不同的材料，最后試驗(yàn)下來，使用高強(qiáng)度不銹鋼絲網(wǎng)效果最明顯，不僅材料輕，而且耐腐蝕，風(fēng)阻小，即使被撞歪，也可以手工修復(fù)。我們按頂標(biāo)的直徑為浮體直徑的0.3倍設(shè)計(jì)成型原理圖，它主要采用304不銹鋼絲網(wǎng)，外框用不銹鋼條按航標(biāo)頂標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)折成各種形狀，用鉚釘將絲網(wǎng)與鋼條固定，再進(jìn)行噴漆，這樣的頂標(biāo)風(fēng)阻明顯減少，材料更輕。

同時(shí)，新型頂標(biāo)完全按照國標(biāo)規(guī)定，對(duì)航標(biāo)頂標(biāo)的尺寸和規(guī)格進(jìn)行了認(rèn)真的把關(guān)，按照國標(biāo)要求進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。

下面是最終成型的設(shè)計(jì)圖：

最終成型的設(shè)計(jì)圖定稿后，邀請(qǐng)相關(guān)的專業(yè)廠家根據(jù)圖紙進(jìn)行定制，經(jīng)過一個(gè)月的反復(fù)試制，成功完成了7只不同類型的頂標(biāo)樣品。如下圖：

4 實(shí)際應(yīng)用

在經(jīng)專業(yè)科室的確認(rèn)和各航標(biāo)站的安裝，截至2016年8月，7只輕型頂標(biāo)先后投入到長(zhǎng)江口航道和洋山港使用，具體在B-5、B-6、B-7、B-8、北堤警6、A2紅色球體和北方位標(biāo)102浮使用，如下圖：

經(jīng)過一段時(shí)間的投入使用，效果良好。

綜上所述，雖然原理并不復(fù)雜，但對(duì)目前我國普遍使用的復(fù)合材料頂標(biāo)，也是一種技術(shù)革新，我們準(zhǔn)備在7個(gè)浮標(biāo)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)觀察使用效果，遇到問題及時(shí)改進(jìn)，在經(jīng)過試驗(yàn)和實(shí)際使用較長(zhǎng)時(shí)間后取得第一手?jǐn)?shù)據(jù)和資料，為將來大規(guī)模推廣做好充分的準(zhǔn)備。最終解決原玻璃鋼頂標(biāo)抗風(fēng)能力差、材料不環(huán)保、修復(fù)功能低和操作不方便等缺點(diǎn)，降低更換頂標(biāo)的安全隱患，提高綜合經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，更好為航海保障服務(wù)。

5 結(jié)語

綜上所述，這種新興的新型頂標(biāo)發(fā)展優(yōu)勢(shì)明顯。新型頂標(biāo)擁有高品質(zhì)材質(zhì)、環(huán)保節(jié)約和安全、方便的作業(yè)優(yōu)勢(shì)，最大程度實(shí)現(xiàn)多快好省的發(fā)展目標(biāo)。為了快速實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在后期推廣應(yīng)用階段應(yīng)以人為本，快速挖掘其它優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)頂標(biāo)運(yùn)營監(jiān)控質(zhì)量的大幅提升，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的提高，為航標(biāo)事業(yè)又好又快、 可持續(xù)發(fā)展提供新的沃土。