工作躉船的設(shè)計

李云蕓，程 鑫

(1.江蘇省船舶設(shè)計研究所有限公司，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)

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工作躉船的設(shè)計

李云蕓1，程 鑫2

(1.江蘇省船舶設(shè)計研究所有限公司，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)

躉船設(shè)計的難點(diǎn)在于需要根據(jù)停泊水域的不同，選擇合適的主尺度、布置方案和泊穩(wěn)方式。結(jié)合近幾年10余艘不同類型的躉船的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，介紹了不同用途的內(nèi)河和海港躉船主尺度和布置方案的影響因素，分析了碼頭連接和錨泊方式的區(qū)別和特點(diǎn)，提出了躉船常見噪音的預(yù)防和海港躉船設(shè)計時應(yīng)用規(guī)范需要的注意事項(xiàng)，為工作躉船的設(shè)計提供了一種實(shí)用簡捷安全可行的方法。

躉船；錨泊方式；噪音；船舶設(shè)計

0 引言

躉船是一種無動力裝置船舶，通常固定在岸邊或水上某個固定的區(qū)域，按用途分有工作(住宿)躉船、囤貨躉船、儲油躉船、貨物轉(zhuǎn)駁碼頭躉船(可附帶起重設(shè)備)及其上設(shè)有機(jī)泵艙的各類專用工作躉船等。躉船一般在水上定位后很少調(diào)遣移動，因?yàn)闆]有動力裝置，移動時需要拖船或其他外力協(xié)助。

躉船與常規(guī)船不同，設(shè)計的難點(diǎn)是需要根據(jù)使用功能和停泊水域的不同，選擇合適的主尺度、布置方案和泊穩(wěn)方式。很多新建躉船作為水上監(jiān)管職能部門的辦公場所，其外觀設(shè)計也是一個重要方面。本文結(jié)合作者近幾年設(shè)計的10余艘各類躉船，介紹和分析其布置方案、與碼頭的連接方式，特別是躉船錨泊方式等。

1 躉船主尺度

1.1 躉船的長度和寬度

躉船在制訂初步方案時，用船單位一般會提供該船的主要用途，其內(nèi)容如下：

(1)對工作(住宿)躉船會提出工作場所要求，住宿人員或房間數(shù)量。

(2)對囤貨(儲油)躉船，會提供需要的艙容。

(3)對專用工作躉船有設(shè)備布置的要求。

(4)此外，還有停泊水域(碼頭岸線)的要求、碼頭和棧橋大致位置、靠泊船的參數(shù)等。

根據(jù)這些條件，結(jié)合船舶的內(nèi)外通道和艏艉錨泊區(qū)可以大致確定主甲板平面布置，并基本確定躉船的長度和寬度。

1.2 躉船的型深和吃水

常規(guī)船確定型深和吃水時主要考慮排水量和阻力(航速)因素。由于躉船為非機(jī)動船且很少移動，所以躉船的吃水、型深更多考慮停泊水域條件和使用性要求。躉船水下線形多數(shù)為方箱形，因此空船吃水均較小，內(nèi)河非囤貨躉船一般實(shí)際干舷固定在1～1.5 m左右。對專用工作躉船和工作(住宿)躉船，船舶在風(fēng)浪和水流中的搖擺和晃動會影響船上機(jī)泵設(shè)備的正常工作并使船上工作人員感到不舒服，因此大多數(shù)躉船會在船體設(shè)有較多的壓載水艙或配置固定壓載以加大船舶的吃水并降低躉船的重心高度，改善躉船的搖擺性能，提高舒適性。

分析以往設(shè)計的躉船，發(fā)現(xiàn)長江躉船的特征為：上游船一般吃水小、干舷小、型深小，下游船吃水較大、干舷較大、型深較大；海港躉船的特征為：吃水大、干舷大、型深大。

除了上面在確定躉船主尺度方面考慮的因素外，運(yùn)河及湖區(qū)設(shè)置的躉船一般在滿足布置和靠泊船要求條件下，尺寸盡量小；風(fēng)浪大、水流大的長江下游和海港區(qū)躉船，在滿足布置和靠泊船要求條件下，尺度適當(dāng)加大。

此外，從船舶結(jié)構(gòu)方面考慮，應(yīng)該按照《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》對躉船的長寬比、寬深比的要求進(jìn)行設(shè)計。

2 躉船的布置

從使用方面來看，對于工作(住宿)躉船，由于現(xiàn)在陸域建筑審批復(fù)雜，很多水上監(jiān)管職能部門的工作人員直接在躉船上辦公和值班住宿，因此對工作場所面積和房間數(shù)量要求較高。對這類工作躉船，普遍采用二層甚至三層甲板室形式，而囤貨(儲油)躉船、專用工作躉船等主要考慮甲板區(qū)作業(yè)面積，一般在艏艉設(shè)有較小的甲板室供值班人員使用。

從所在區(qū)域來看，運(yùn)河、湖區(qū)和長江上游躉船的長度和寬度應(yīng)盡量小，采用二層甚至三層甲板室形式來滿足布置的要求；長江下游和海港躉船則多為一層或局部二層甲板室，以盡量減小上部受風(fēng)面積，提高舒適性。運(yùn)河、湖區(qū)和長江上游躉船的各層甲板室一般均設(shè)有外走道，各層甲板可以從外部直接通達(dá)，而長江下游和海港躉船由于風(fēng)浪較大，上層一般不設(shè)外走道，各層從室內(nèi)通達(dá)。

很多躉船泊于沿岸旅游風(fēng)光帶區(qū)域，躉船外觀設(shè)計與周邊景區(qū)協(xié)調(diào)也是需要考慮的重要方面。

圖1為南京海事局位于下關(guān)沿江風(fēng)光帶的80 m躉船布置圖。該船外形與傳統(tǒng)躉船不同，甲板室項(xiàng)部鋪設(shè)人造草地坪，并設(shè)置有大面積玻璃墻的觀光活動室和張拉膜造型，以適應(yīng)周邊景區(qū)的需要。

3 躉船的錨泊方式

躉船通常固定在岸邊或水上某個固定的區(qū)域，如果錨泊方式不合理，躉船在水流和風(fēng)浪作用下會產(chǎn)生漂移或移位，對于與岸基有管線連接的躉船，移位太大會造成破壞，而且躉船自身無動力裝置，移位后需要借助其他船舶才能回復(fù)到原位。另一方面，躉船畢竟是泊于水面而不是陸上建筑，通常說固定在岸邊或水上某個固定的區(qū)域也是相對的，受潮汐、水流和風(fēng)力的影響，泊于水面的船舶必須會產(chǎn)生一定的位移來應(yīng)對潮汐等環(huán)境的變化。因此，設(shè)計中要考慮的是根據(jù)各個躉船的使用特點(diǎn)和要求，以及靠泊水域的條件和限制，采用適當(dāng)?shù)腻^泊方式，控制躉船特定方向的位移，這部分工作有時還需要與水工建筑專業(yè)配合。下面對躉船常用的錨泊方式和特點(diǎn)做一個分析。

3.1 拋錨定位

拋錨定位是最常見和簡單的定位方式。根據(jù)錨泊水域環(huán)境，一般在水流上方位置采用3只錨定位，水流下方位置采用2只或3只錨定位。

拋錨定位時錨和錨鏈的大小首先需要根據(jù)錨泊水域的水文條件和靠泊船的情況進(jìn)行直接計算，再參照相似船舶的使用經(jīng)驗(yàn)。實(shí)際選取時錨和錨鏈都會按大1～2檔選取。

拋錨定位的優(yōu)點(diǎn)是方便，前期費(fèi)用低；缺點(diǎn)是錨需要拋出距離較遠(yuǎn)，懸垂的錨鏈對過往船舶的航行安全有隱患，而且受潮汐、水位差及水流的影響，錨鏈的收緊和放松會使躉船產(chǎn)生一定移位。所以對水位差變化大和水流湍急的長江上游躉船，一般都采用拋錨與岸上系固樁(地牛)結(jié)合，防止躉船走錨。拋錨定位方式如圖2、圖3所示。在航道一側(cè)的錨鏈有時還會采用若干懸錘拉低錨鏈高度的方法以減少對周邊航行船的影響。

3.2 撐桿定位

采用撐桿定位的一般都是近岸躉船。由于近岸側(cè)水位淺，錨和錨鏈不能按既定位置拋于水中，所以躉船艏艉采用錨定位、內(nèi)側(cè)采用撐桿控制躉船的橫向位移定位方式。撐桿一般均與拋錨相結(jié)合，其定位方式如圖4所示。

3.3 定位樁定位

采用定位樁定位的躉船，除了可以上下浮動外，躉船縱橫向位移均較小。

定位樁定位的優(yōu)點(diǎn)是能嚴(yán)格控制躉船的位移，滿足船舶泊穩(wěn)的需要，但也存在不足，其缺點(diǎn)如下：

(1)前期費(fèi)用高，定位樁根據(jù)所處水域，直徑一般在1.0 ～1.5 m，長度30 ～40 m，勘察和樁柱施工的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過錨和錨鏈。

(2)定位樁緊靠躉船，使躉船的定位要求比較高，與定位樁配合的卡箍往往需要等躉船就位后再進(jìn)行水上作業(yè)施工。在后期船舶上坡檢驗(yàn)、維護(hù)時也需重復(fù)對卡箍進(jìn)行拆、裝。

(3)水面上高高豎立的定位樁，對景觀和環(huán)境的影響及破壞遠(yuǎn)大于采用錨泊定位。

(4)后期躉船在尺度和定位方面基本不可調(diào)整和變動。

即使采用定位樁定位有很多的缺點(diǎn)，但對需要固定于特定位置的專用工作躉船，還是會采用定位樁定位。例如，給某大型鋼鐵企業(yè)設(shè)計的專用取水躉船，該躉船靠泊處在長江中游沿岸，距主航道較遠(yuǎn)，風(fēng)浪也不大，但躉船上安裝4臺取水泵組，由2根直徑1 m的輸水管從躉船引水上岸，承擔(dān)整個企業(yè)的工業(yè)用水供應(yīng)。為了泵組能安全平穩(wěn)工作以及管線連接的安全，該船采用了4根直徑1.2 m、長度36 m的定位樁，并通過浮箱連接躉船和定位樁，以減少水上施工作業(yè)量并使躉船的定位位置有一定的調(diào)整富裕度。該船投入使用已3年，效果非常好。其定位樁定位、浮箱連接方式如圖5所示。

同樣，對停泊位置附近有水下設(shè)施(電纜、管線等)導(dǎo)致不能采用拋錨定位的躉船，或者航道側(cè)船舶流量大，拋錨定位對航行安全有影響的躉船也會采用定位樁定位。某海港躉船主要用于航標(biāo)作業(yè)船靠泊，其定位樁、卡箍連接示意圖如圖6所示。由于該海港區(qū)域規(guī)劃為旅游區(qū)，區(qū)域內(nèi)游艇多，長距離的拋錨會對游艇安全帶來隱患，因而該躉船采用艏艉各2根直徑1.2 m、長度40 m的鋼管樁定位。由于靠泊船噸位較大，且海港風(fēng)浪大、受潮汐影響大，原設(shè)計采用浮箱連接躉船和定位樁。實(shí)際使用情況來看，雖然躉船定位精確，但船舶搖擺較厲害，采用卡箍直接與定位樁銜接效果更好。

此外，根據(jù)對躉船定位的要求和水域條件，尚有在躉船一側(cè)或一端設(shè)置定位樁，采用拋錨與定位樁結(jié)合定位的情況，定位樁的數(shù)量有1樁、2樁、3樁和4樁。具體定位樁的設(shè)計由水工建筑專業(yè)負(fù)責(zé)。

4 躉船和碼頭的連接

除了專門固定于水中特定位置的工作躉船需要通過其他航行船給躉船輸送人員和補(bǔ)給外，近岸躉船都需根據(jù)岸坡的條件設(shè)置引橋直接登船。

運(yùn)河、湖區(qū)躉船一般靠岸較近，水面與碼頭的高差也不大，可以根據(jù)距離設(shè)置簡易鋼引橋或跳板。

長江躉船枯水和洪水季水位差較大，多數(shù)都要設(shè)置25～30 m左右鋼引橋，以減小水位變化產(chǎn)生的引橋坡度。對于岸坡較長的情況，有時尚需在中間位置設(shè)置過渡墩臺，采用2座(段)鋼引橋或固定引橋+活動鋼引橋，以避免采用過長的鋼引橋。上、中游由于水流急，出于安全考慮，一般主引橋都不直接擱置在躉船上，而是通過一個或多個浮箱和跳板與躉船連接。下游躉船采用浮箱過渡的情況很少，常常是在過渡墩臺上設(shè)置風(fēng)暴架和電動葫蘆，在洪峰期和臺風(fēng)來臨時將鋼引橋擱置在躉船一端吊起，以避免躉船過度搖擺對鋼引橋的影響和破壞。

5 躉船動力配置

多數(shù)近岸躉船動力由岸電提供，船上不配動力裝置，僅配若干蓄電池，向應(yīng)急照明、信號燈、廣播及通訊等設(shè)備提供備用電力。但有些水域躉船例外，如設(shè)計的長江上游和鄱陽湖區(qū)域躉船，由于洪水期水流急、水位變化非常快，船舶需要頻繁收放錨鏈，出于安全考慮，船上均設(shè)有備用發(fā)電機(jī)，為絞盤或絞車供電。

6 其他需要注意的問題

6.1 水流拍擊和鋼引橋產(chǎn)生的噪音

躉船一般沿船周圍設(shè)置2道鋼質(zhì)護(hù)舷材，其中下道在近水面處。由于鋼質(zhì)護(hù)舷材結(jié)構(gòu)近似于空箱型，當(dāng)鋼護(hù)舷較寬且躉船所處位置風(fēng)浪大時，近水面處有時會產(chǎn)生拍擊和共鳴聲，因此對于較寬的下道護(hù)舷材其下端宜采用斜面過渡的方法。某長江下游海事辦公用躉船，護(hù)舷材下端面距水線約～0.1 m，由于其停泊位置來往船只較多且風(fēng)浪大，江水不停地拍擊到護(hù)舷材上產(chǎn)生的噪聲，嚴(yán)重影響了船上辦公人員的工作和休息。鑒于躉船已拋錨就位，因而最后只能采取加大壓載、調(diào)整吃水的措施，使下道護(hù)舷大部分沒于水中，噪聲才得以緩解。

同樣，對鋼引橋擱置在躉船上的一端，在風(fēng)浪大、水流大的情況下，鋼引橋會頻繁滑動，其下端要設(shè)置多只滾輪或在甲板和擱斗的相應(yīng)位置設(shè)置滾珠摩擦板，以減小結(jié)構(gòu)直接摩擦的噪音。

6.2 躉船設(shè)計適用規(guī)范

《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》中對躉船有專門章節(jié)要求，內(nèi)河躉船可參照設(shè)計計算。

對停泊于海上水域的躉船，《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》中對躉船并沒有專門要求，若按常規(guī)船或駁船章節(jié)要求設(shè)計，規(guī)范與實(shí)際要求相差太大，基本沒有辦法進(jìn)行。在設(shè)計中通過對規(guī)范的分析、比較及與船檢部門的溝通，采用“拔高”原則，對海上水域的躉船，用《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》中對起重船的相關(guān)要求計算更為合理和適用。

7 結(jié)語

躉船是一種比較簡單的船型，它不同于常規(guī)船，船舶的性能和結(jié)構(gòu)方面都比較容易滿足相應(yīng)規(guī)范的要求，躉船設(shè)計時更多的是考慮適用性和使用性。在確定總體方案時，要對躉船擬停泊區(qū)域的水文情況有足夠的了解，對專用工作躉船要了解設(shè)備工作、運(yùn)行的限制條件。對錨泊設(shè)備的配置有時僅靠理論計算尚不夠，還需結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)再確定。因此，在設(shè)計初期確定總體方案時要與用戶多溝通，有時還需要與水工建筑專業(yè)配合，并了解類似船舶的使用情況，以便最后的設(shè)計能滿足其使用功能的要求。

[1] 中國船級社.鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2016.

2017-01-15

李云蕓(1963—)，女，高級工程師，主要從事船舶設(shè)計工作；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。

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