300噸級沿海小型航標船的研發(fā)與應用

李云蕓，程 鑫，閆 健

(1.江蘇省船舶設計研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.交通運輸部東海航海保障中心連云港航標處，江蘇 連云港 222042)

300噸級沿海小型航標船的研發(fā)與應用

李云蕓1，程 鑫2，閆 健2

(1.江蘇省船舶設計研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.交通運輸部東海航海保障中心連云港航標處，江蘇 連云港 222042)

在分析國內現(xiàn)有小型航標船的基礎上,結合連云港航標處轄區(qū)水域特點，研發(fā)了具有淺吃水、單標作業(yè)能力,且滿足Φ2.4 m燈浮設置和5 t錨石起拋作業(yè)的300噸級沿海小型航標船。通過與定型小型航標船的主要參數(shù)與經(jīng)濟指標對比發(fā)現(xiàn),該船型尺度小，吃水淺,作業(yè)時穩(wěn)定性好,且建造費用、運行和維護費用低。

沿海小型航標船；淺吃水；單標作業(yè)；側面作業(yè)

0 引言

航標是指標示航道方向、界限與礙航物的標志，是幫助引導船舶航行、定位和標示礙航物或者用于其他專用目的的人工標志、助航設施。航標船是用于航標布設、撤除和日常巡檢維護作業(yè)的船舶。航標船作為航標維護管理的基礎設施，對保障航標的助航效能起著至關重要的作用。

交通運輸部東海航海保障中心連云港航標處下設連云航標站、大豐航標站、洋口航標站、啟東航標站4個航標站點。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，連云港航標處配置中型航標船1艘，玻璃鋼航標快速巡檢艇2艘，轄區(qū)助航標志共547座。

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

本文首先通過對國內現(xiàn)有定型小型航標船和連云港航標處轄區(qū)水域特點分析，提出新開發(fā)船型的要求為：淺吃水、具備單標作業(yè)能力、滿足Φ2.4 m燈浮設置和5 t錨石起拋作業(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)設備；最后新開發(fā)船型與現(xiàn)有定型小型航標船主要參數(shù)和經(jīng)濟指標作對比。通過實船應用情況證明，該船研發(fā)達到了項目預期的效果。

1 國內現(xiàn)有小型航標船定型船型分析

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

1.1 150 t航標夾持船

150 t航標夾持船艏部設有夾持裝置，預先在碼頭上利用碼頭吊車將燈浮標等吊裝到位，夾持裝置翻轉過來抱夾住浮標，船舶航行到預定位置后將浮標拋下或將需要檢修的浮標抱夾住以便人員上去檢修。該船無法獨立在海上撤除、更換燈浮標，不能滿足連云港轄區(qū)南部航標經(jīng)常移位、漂失等應急工作需要。

1.2 帶拋石器的小型航標船

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

1.3 150 t航標登陸艇

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

1.4 400噸級小型航標船

400噸級小型航標船配備起吊裝置和立式絞盤，可以獨立在海上拋、起浮標和沉石，作業(yè)時可隨船攜帶Φ1.8 m燈浮標2具、Φ2.4 m燈浮標1具、沉石和錨鏈3套。該船采用常規(guī)設計和配置，設有橫傾調節(jié)水艙，但作業(yè)時的穩(wěn)定性較差。實船在船底設置約140 t的固定壓載以改善作業(yè)時的穩(wěn)性。該船2006年建造費用為1 462.5萬元。

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

2 轄區(qū)航標船現(xiàn)狀和水域特點

連云港航標處現(xiàn)配置中型航標船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。中型航標船主要負責全處轄區(qū)燈浮標的拋設、起吊、更換及應急反應等工作，常年在江蘇沿海及外海沉船地區(qū)來回航行。

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

結合連云港航標處多年來航標作業(yè)經(jīng)驗和轄區(qū)水域的特殊情況，迫切需要增加1艘淺吃水、具備單標作業(yè)能力、滿足Φ2.4 m燈浮標設置和5 t錨石起拋作業(yè)的300噸級沿海小型航標船，以提高對航標應急反應能力和工作效率，并減輕現(xiàn)有中型航標船的工作負荷。

3 船型方案的分析

3.1 作業(yè)方式

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

3.1.1 側面作業(yè)和艏部作業(yè)的對比

側面作業(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)時船舶的穩(wěn)性比較容易滿足，缺點是船艏作業(yè)面小，艏部線形尖瘦，且船艏高度較高，風浪中起伏大，作業(yè)人員工作時的安全性難以保證，海上作業(yè)時浮鼓和吊起的沉石也容易與船體發(fā)生碰撞。另外，作業(yè)設備(主要是吊機)布置在艏部，海上航行時振動幅度較大，對設備的安全不利。

側面作業(yè)時作業(yè)區(qū)在船舶舷側中部，舷側線形可以做成平面，且中部作業(yè)區(qū)兩舷設雙舷結構鋼護舷，可以有效地避免浮鼓、沉石與船體的碰撞損壞。吊機也布置在船中附近，對設備的安全有利。側面作業(yè)的缺點是船舶尺度小，相對吊重和絞車負荷較大，船舶作業(yè)時穩(wěn)性難以滿足要求。

3.1.2 側面作業(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，布置上要求機艙向中部移動。與側面作業(yè)時相比，同樣甲板作業(yè)面積時艉部作業(yè)要求船長加長，中機型機艙艉軸加長，且作業(yè)區(qū)與駕駛方向相反與目前的習慣作業(yè)方式有較大的區(qū)別。而側面作業(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、性能計算結果對比，并分析各種作業(yè)方式的利弊和使用習慣，最終確定300噸級沿海小型航標船采用側面作業(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：由于本船定位于應急航標作業(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、機動性和相對較低的造價及運行維護成本。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)時的穩(wěn)定性，本船宜取較小的長寬比，適當增加船寬，以改善作業(yè)時的穩(wěn)性。在其他條件相同情況下，通過對不同船寬時船舶快速性和作業(yè)穩(wěn)性的初步計算比較，實際船舶型寬為9.2 m。

(4)型深：本船在綜合考慮機艙高度、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，船舶滿載時排水量約330 t，吃水約1.8 m。

3.3 主要作業(yè)設備

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

(1)配1臺帶聯(lián)動移動配載裝置的液壓回轉起重機，主要用于Φ2.4m浮鼓起吊作業(yè)。起重機安全工作負荷為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，相對吊重和絞車負荷大，按常規(guī)設計和配置的沿海航標船其作業(yè)穩(wěn)性難以滿足,因而為改善船舶的作業(yè)性能，300噸級沿海小型航標船設置了移動配載裝置。該裝置由移動配載機構和自動控制系統(tǒng)組成。移動配載機構設置在船體中部艙內，由配重小車、運行軌道和小車驅動裝置組成。自動控制設備通過接收到的起重機工作參數(shù)，實時控制移動配載小車的運動方向、距離，以平衡船舶作業(yè)時的橫傾，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工作船中有應用，其控制與操作均位于主甲板上。由于海上航標作業(yè)風浪大，不確定因素多，該技術在海船上一直未有應用。

(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，勞動強度大，作業(yè)效率低。

臥式液壓絞車的最大特點是有導向裝置，能將長度近60 m的鏈條直接絞在滾筒上，不需要預先在甲板上排鏈和分段作業(yè)，減輕了操作人員的勞動強度，減少了因鋼絲繩斷裂造成人員傷害的風險。這種臥式液壓絞車在國內新建的大型航標船上已經(jīng)采用，但由于費用較高，且側面起絞沉塊船舶的橫傾力矩較大，常規(guī)設計的沿海小船的穩(wěn)性難以滿足，所以沿海小型航標船上一直沒有配置臥式液壓絞車。本船利用起重機配置的移動配載裝置，在絞車作業(yè)時預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)時的橫傾力矩，使作業(yè)穩(wěn)性滿足要求。

3.4 推進方式

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

3.5 其他機電設備

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

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

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

4 實船應用

300噸級沿海小型航標船于2015年11月建成交付使用，實船圖片如圖1所示。

其主要作業(yè)如下：

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

(2)2016年2月，連云港口門燈浮標因為惡劣天氣漂失。該船接到拋設臨時口門標(3 m浮)的任務，在各部門的積極配合下出色地完成了應急設標任務。

(3)對連云港5號浮標進行應急搶修換新。

(4)對連云港Q3號浮標進行起吊檢查復位。

(5)連云港36號浮標被撞，該船對其進行起吊換新。

(6)徐圩117號浮標附近水流湍急，該船對其更換錨爪式沉石。

(7)對田核1號、2號浮標進行換新保養(yǎng)。由于作業(yè)區(qū)域狹小、水深淺，任務的順利完成凸顯了該船噸位小、吃水淺、反應快的特色，達到了該船項目預期的效果。

300噸級沿海小型航標船自2015年11月至2016年5月在連云港進行適應性訓練，于2016年12月在連云港轄區(qū)南部的啟東航標站、呂泗漁港碼頭長期駐扎，主要負責洋口港、呂泗港、北支諸港等水域的燈浮標周期性起吊維護保養(yǎng)、應急反應等工作。與連云航標站的中型航標船南北對應部署，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)濟指標的對比

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

表1 主要參數(shù)對比

表2 經(jīng)濟指標

6 結語

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

其特點如下：

(1)與大中型航標作業(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)應用新技術、新設備，有效保障了船舶作業(yè)安全和應急時限要求。

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

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

[1] 中華人民共和國海事局.國內航行海船法定檢驗技術規(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，主要從事船舶設計工作；程鑫(1969—)，男，高級工程師，從事航海保障領域和船舶應用工作；閆健(1982—)，男，高級工程師，從事航海保障領域船舶應用工作。

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