長江下游航道整治建筑物維護(hù)船型研究

張云軍,張云峰,呂小圣,周繼斌,李建業(yè)

(長江南京航道局，江蘇 南京 210011)

0 引言

長江南京航道局是交通運(yùn)輸部所屬公益型事業(yè)單位，主要擔(dān)負(fù)著江西省上巢湖湖口至江蘇省瀏河口的長江下游航道維護(hù)管理任務(wù)，是長江下游航道維護(hù)管理力量的重要組成部分。

長江南京航道局航道轄區(qū)內(nèi)原整治建筑物約有127處已交付南京航道局管轄和維護(hù)，隨著12.5 m深水航道建設(shè)全面推進(jìn)，將對6個河段進(jìn)行全面整治，整治建筑物會進(jìn)一步增加。為保證整治建筑物安全使用和船舶航行安全，鞏固12.5 m深水航道建設(shè)成果，需要研制專用船舶擔(dān)負(fù)整治建筑物的巡航檢查、涵蓋水域測量及掃測、航標(biāo)維護(hù)、沉降位移觀測。目前國內(nèi)外還沒有專用的航道整治建筑物維護(hù)船的實船使用，因此，有必要對整治建筑物維護(hù)船型進(jìn)行專項研究[1-2]。本文在分析研究背景的基礎(chǔ)上，重點研究維護(hù)船型的功能需求、船型方案，為今后實船建造提供指導(dǎo)和借鑒。

1 研究背景

1.1 整治建筑物分類

根據(jù)不同航段的水文地質(zhì)情況，長江南京航道局管轄的航道上設(shè)置的不同特性的整治建筑物大致可分為拋石類、規(guī)整類、透水類三類。其外形圖分別如圖1～圖3所示。

圖1 拋石類整治建筑物

圖2 規(guī)整類整治建筑物

圖3 透水類整治建筑物

拋石類整治建筑物的邊坡坡度在水中的實測一般不超過1∶1.5～1∶1.8，即斜坡的水平夾角一般不大于35°。規(guī)整類整治建筑物的邊坡在水中的坡度比拋石類整治建筑物的邊坡坡度更小，有的達(dá)到1∶2.5，甚至為1∶3，即使局部有破損，其斜坡的水平夾角一般也不大于35°。這兩類整治建筑物均可以通過維護(hù)船頂靠建筑物，維護(hù)人員登臨整治建筑物完成維護(hù)工作。

透水類整治建筑物總體數(shù)量不多，但其外部形狀極不規(guī)則，無論是船舶還是人員，都難以直接靠泊或登臨，只能靠近進(jìn)行查勘。

1.2 維護(hù)船型的主要工作

現(xiàn)交付給長江南京航道局管轄和維護(hù)的整治建筑物，其管理與維護(hù)的工作主要依據(jù)為《長江南京航道局航道整治建筑物維護(hù)管理辦法(試行)》及《長江干線航道整治建筑物維護(hù)技術(shù)規(guī)定》。利用維護(hù)船所要完成的工作主要包括以下三類：

(1)對整治建筑物在規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行年度性現(xiàn)場踏勘，并對觀測工作進(jìn)行存檔備查，對危害建筑物的行為進(jìn)行勸阻、取證和協(xié)助處置。

(2)對整治建筑物處的固定標(biāo)和部分浮標(biāo)等安全保護(hù)設(shè)施進(jìn)行定期檢修維護(hù)。

(3)兼顧對整治建筑物所在水域進(jìn)行水文測量和地形測量等。

1.3 目前維護(hù)工作存在的問題

長江南京航道局現(xiàn)有的各型航道維護(hù)工作船，包括大型航標(biāo)船、中型航標(biāo)船和小型航標(biāo)船，船舶的尺度普遍偏大，船艏線型也不能完全適應(yīng)整治建筑物邊坡的頂靠。航道測量船雖然配備了較完善的測量設(shè)備，但尺度偏大，穩(wěn)性指標(biāo)偏低，艏部結(jié)構(gòu)弱。航道巡航測量快艇主尺度比較適合，但這類船屬于快艇，船體結(jié)構(gòu)輕，船艏強(qiáng)度低，航速快，上層建筑較豐滿，穩(wěn)性裕度較小，可用于攜帶維護(hù)設(shè)備的富余空間小。因此，現(xiàn)有船舶均不能完全擔(dān)負(fù)起整治建筑物的維護(hù)工作。

現(xiàn)階段主要通過租用小漁船來完成人員和固定航標(biāo)維護(hù)設(shè)備的運(yùn)送，但租用小漁船存在以下問題：

(1)會產(chǎn)生租船費(fèi)用，且費(fèi)用相對比較高。由于長江航道局屬于國家事業(yè)單位，因此租船費(fèi)用需要在年初就做好預(yù)算，核定好成本。

(2)租用漁船時需要與漁民進(jìn)行協(xié)商，不能做到隨叫隨到，因此維護(hù)工作缺乏自主性。

(3)漁船相對比較簡陋，在船上又載有漁網(wǎng)等設(shè)施，因此有效空間小，載人數(shù)量少。

(4)漁船主機(jī)功率小，相對而言操縱性不夠好，存在一定的安全隱患。

(5)由于沒有用于測量設(shè)備的固定安裝支架等設(shè)施，水文測量工作不能很好地完成。

現(xiàn)有船艇不能擔(dān)負(fù)起航道整治建筑物的維護(hù)工作，租用小漁船又存在明顯的不足之處，為此長江南京航道局提出要研究一款專用的航道整治建筑物維護(hù)船舶，為今后根據(jù)實船建造提供船型依據(jù)。

2 研究依據(jù)及原則

長江下游整治建筑物維護(hù)船型研究的依據(jù)和基本原則主要包括規(guī)范法規(guī)和用戶需求兩個方面。

考慮到維護(hù)工作的實際需要和經(jīng)濟(jì)使用性，以現(xiàn)有的實際用于整治建筑物維護(hù)工作的小漁船為參考船型，長江下游航道整治建筑物維護(hù)船型的船舶長度不超過20 m，因此船型設(shè)計的規(guī)范和法規(guī)主要依據(jù)為中華人民共和國海事局發(fā)布的《內(nèi)河小型船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》(2016)。

用戶需求主要是滿足長江南京航道局對整治建筑物維護(hù)的工作需求。通過研究和分析，長江下游整治建筑物維護(hù)船型用戶需求確定如下：

(1)船舶吃水約0.8 m，船舶的長度約15 m。

(2)乘員5～6人，并能搭載通過人員可運(yùn)送的固定航標(biāo)或部分浮標(biāo)的維修設(shè)備，如燈泡、電池等。

(3)本船采用頂靠整治建筑物的方式，并宜于維修。用于測量的各種設(shè)備的費(fèi)用不作為船舶建造費(fèi)用。

(4)有一定的抗風(fēng)浪能力，抗風(fēng)等級按7級風(fēng)核算穩(wěn)性。采用雙機(jī)雙槳推進(jìn)操縱，在控制投資的情況下保證船舶有較好的操縱性能。

(5)考慮到極淺水域測量的要求，在本船型上搭載小型遙控?zé)o人船，并有一定的儲物空間，用于搭載日常維護(hù)工作用具。

(6)考慮安裝便攜式多波束測量裝置，頂部可安裝地形測量設(shè)備。

3 船型方案研究

本船尺度小，吃水淺，為了能在航行和作業(yè)過程中承受A級航區(qū)的風(fēng)浪，船體線型設(shè)計成折角線型，由雙機(jī)、雙槳、雙舵來推進(jìn)和控制。

3.1 船型主要量度

型總長

15.00 m

水線長

13.80 m

兩柱間長

13.18 m

總寬

4.20 m

型寬

4.00 m

型深

1.80 m

設(shè)計吃水

0.80 m

結(jié)構(gòu)吃水

1.00 m

排水量

～21 t

船員

2 人

乘員

6 人

航區(qū)

內(nèi)河A級

航速

～19 km/h

主機(jī)型號

YC6108ZC

主機(jī)功率×臺數(shù)

80 kW×2

續(xù)航力

>500 km

3.2 總體布置

本船型為雙機(jī)、雙槳、雙舵、艉機(jī)型專用型長江下游航道整治建筑物維護(hù)船，總體造型簡潔美觀，線型流暢，視野開闊，體現(xiàn)了工作船的布置特點。本船型的總布置圖如圖4所示。

圖4 整治建筑物維護(hù)船型總布置圖

3.2.1底艙布置

本船在艙室布置時力求合理，主船體以下的底艙布置從艉至艏依次為艉尖艙兼作舵機(jī)艙、機(jī)艙、儲物艙、空艙、艏尖艙。其主要布置如下：

(1)艉尖艙兼作舵機(jī)艙：舵機(jī)艙內(nèi)設(shè)有1臺手動液壓舵機(jī)，左右舵柄通過連接桿連接，以達(dá)到雙舵同步。

(2)機(jī)艙總長5.5m，設(shè)有機(jī)械通風(fēng)，與自然通風(fēng)相結(jié)合使用。機(jī)艙內(nèi)設(shè)有性能可靠的2臺船用柴油機(jī)及1臺低噪音、低排放、性能穩(wěn)定的船用發(fā)電機(jī)組；輪機(jī)各系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備、蓄電池組和主配電板電氣設(shè)備等均布置在機(jī)艙內(nèi)，主機(jī)上方有開口并配有蓋板，便于主機(jī)的檢修和進(jìn)出艙。

(3)儲物艙前的空艙的后上方分隔有落艙式休息間及衛(wèi)生間。休息間也可儲存航標(biāo)燈頭、航標(biāo)電池等設(shè)備，其他需要攜帶的小型維修設(shè)備也可放置于艉部主甲板上或艏甲板上。

(4)艏尖艙用于儲存纜繩等物件，通過設(shè)在甲板上的鋁質(zhì)水密艙口蓋進(jìn)入。

3.2.2上層甲板室布置

(1)本船上層建筑的設(shè)計原則：在滿足使用功能的前提下，盡量減小船側(cè)受風(fēng)面積，降低上層建筑的高度，從而降低重心，提高船舶的抗風(fēng)能力及適航性能。因此本船上層建筑采用一層，乘員間(兼駕駛室)位于主甲板以上高1 900 mm處，艙室中間下落200 mm作為走道，兩邊安置乘員座椅，走道區(qū)域?qū)痈邽? 100 mm。

(2)考慮船舶靠泊時橫搖對上層建筑的影響，本船側(cè)壁有一定的內(nèi)傾，外走道僅設(shè)置風(fēng)暴扶手，不設(shè)欄桿，以避免靠船時出現(xiàn)碰撞情況。

(3)乘員間內(nèi)部設(shè)置7張單人高級座椅和1張可升降駕駛椅，主要供駕駛及船上隨船人員乘坐使用。在兩側(cè)甲板以上設(shè)有固定矩形窗，用于艙室采光。后圍壁中部設(shè)1扇鋁合金風(fēng)雨密外開門，兩側(cè)設(shè)置2扇鋁合金移窗供通風(fēng)。

3.2.3艏艉甲板布置

(1)艉部甲板兩側(cè)設(shè)機(jī)艙通風(fēng)風(fēng)道、欄桿等?？眶翰吭O(shè)置1艘小型無人遙控測量小船，用于極淺水域的水文測量。

(2)艏甲板兩側(cè)設(shè)有固定欄桿，艏部用活動小鏈連接左右兩側(cè)的固定欄桿。另外，艏部設(shè)有1個輕型鋁合金跳板，在艏部頂靠整治建筑物后人工架設(shè)在船艏和整治建筑物之間，便于人員上下船舶。

3.2.4頂棚甲板平面的布置

頂棚甲板布置有導(dǎo)航雷達(dá)、高音喇叭、探照燈、左右舷燈、船名燈、三角桅桿和天線、艉燈等。

3.3 測量設(shè)備安裝方式

本船需要兼顧整治建筑物所在水域的水文及地形測量，因此需要安裝便攜式測量設(shè)備，包括單波束測量儀、多波束測量儀、地形測量儀等。

本船設(shè)置750 mm寬外走道。在外走道處安裝單波束測量支架、多波束測量支架、保護(hù)支架等測量設(shè)備，也可釋放和回收小型無人遙控測量小船。根據(jù)作業(yè)需要，各種支架和測量設(shè)備可以從一舷調(diào)整到另一舷，以實現(xiàn)全范圍測量。

地形測量儀安裝在船舶上層建筑的頂部，以減少上層建筑的結(jié)構(gòu)件對測量的干擾。

3.4 結(jié)構(gòu)與材料

本船結(jié)構(gòu)按《內(nèi)河小型船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》(2016)對A級航區(qū)船舶要求進(jìn)行設(shè)計?？紤]到本船在使用過程中船艏容易與不規(guī)則的整治建筑物發(fā)生碰撞，造成船艏局部變形，為便于維修，因此主船體結(jié)構(gòu)采用鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)。

本船采用單甲板、單底、橫骨架式鋼質(zhì)全焊接結(jié)構(gòu)型式。由于艏尖艙可能會經(jīng)常與整治建筑物在頂靠時與局部突出的石塊發(fā)生碰撞，因此增加其外板和艏柱的板厚。每檔肋位設(shè)置實肋板，外板骨架適當(dāng)加密，在艏尖艙內(nèi)填充泡沫材料并設(shè)置液位報警裝置，增加該區(qū)域耐碰撞的能力。

甲板室結(jié)構(gòu)考慮采用鋁合金結(jié)構(gòu)。本船甲板室為內(nèi)傾式，因此不會與整治建筑物發(fā)生碰撞，可靠性較高。采用鋁合金后船舶重量變輕，重心位置降低，有利于提高橫向船舶的穩(wěn)性。

3.5 船舶穩(wěn)性

由于本船在風(fēng)浪較大的長江A級航區(qū)航行和作業(yè)，因而型線采用折角線型，艉部設(shè)置壓浪板，可有效提高船舶的耐波性能。

本船為內(nèi)河A級航區(qū)的船舶，按照法規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)，本船核算的風(fēng)壓穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)最小值為5.249，大于1，因此本船的抗風(fēng)等級為6級風(fēng)。參照《內(nèi)河客艙和渡船抗風(fēng)等級核定辦法》，如果風(fēng)壓穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)大于1.5，則抗風(fēng)等級可以達(dá)到7級風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)。

3.6 推進(jìn)與操縱

考慮到整治建筑物的水域復(fù)雜，水流紊亂，操縱困難，因此要求船舶配備的主機(jī)功率大、舵效好。

本船采用雙機(jī)、雙槳推進(jìn)。主機(jī)為2臺船用柴油機(jī)，額定功率為80 kW，額定轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，遠(yuǎn)大于目前租用的小漁船的主機(jī)功率，因此船舶的操縱與控制性能可以滿足需要。船舶的設(shè)計滿載航速約19 km/h。

本船配1臺液壓舵機(jī)，操縱2只流線型平衡舵，滿足舵效要求。

3.7 船舶舾裝

(1)考慮到本船尺度小，抗風(fēng)浪要求高，因此需要控制船舶重量。有關(guān)設(shè)備在滿足使用要求的前提下，盡可能選用輕型設(shè)備。

(2)船舶裝潢的總體原則是環(huán)保、淡雅、美觀，同時又要具有防火、隔熱、減振、降噪的功能。艙室裝潢均采用鋁、鋁塑材料等輕質(zhì)內(nèi)裝材料裝飾，敷料的敷設(shè)厚度做到最小，要求嚴(yán)格控制空船重量。

3.8 機(jī)電主要設(shè)備

(1)本船設(shè)主機(jī)2臺，型號為YC6108ZC船用柴油機(jī)；齒輪箱型號為120C，公稱減速比為2.45，柴油機(jī)與齒輪箱罩殼聯(lián)體安裝。主機(jī)還拖帶1臺軸帶發(fā)電機(jī)。機(jī)艙內(nèi)還設(shè)1臺M-GV8柴油發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)功率6 kW，電制220 V/50 Hz。

(2)主機(jī)組控制采用機(jī)械式軟軸駕機(jī)合一控制系統(tǒng)，主機(jī)組操縱由駕駛室內(nèi)操縱手柄，經(jīng)軟軸來控制柴油機(jī)轉(zhuǎn)速快慢及齒輪箱倒、順、停。駕駛室操縱臺還設(shè)有舵機(jī)操縱器、推進(jìn)主機(jī)組和輔機(jī)的延伸儀表板及其他電氣儀表和開關(guān)等。

(3)本船采用交流單相雙線制系統(tǒng)及直流雙線制系統(tǒng)。

(4)主機(jī)部分的監(jiān)測報警系統(tǒng)(含近旁與延伸兩部分)隨主機(jī)配供，其延伸板設(shè)于駕控臺上，延伸功能有：主機(jī)轉(zhuǎn)速、滑油壓力、冷卻水溫度顯示；主機(jī)的啟動與停車控制；主機(jī)超速、滑油壓力低、冷卻水溫度高的聲報警與光指示；還配有試驗與消音按鈕等。另設(shè)主機(jī)應(yīng)急停車按鈕。

(5)設(shè)1套監(jiān)測報警裝置。監(jiān)測報警的主要項目有：發(fā)電機(jī)的過載、電網(wǎng)絕緣低、機(jī)艙艙底水高位、舵機(jī)艙艙底水高位、艏尖艙艙底水高位、污油水箱高位、齒輪箱滑油低壓、齒輪箱滑油高溫等。以上相關(guān)報警可延伸至駕駛室集中控制臺。

4 結(jié)論

(1)確定了長江下游整治建筑物維護(hù)船型的主要尺度，對船艏結(jié)構(gòu)和設(shè)施的配備提出了有效的方式和方案，大幅度提高了船舶的安全性和適用性。

(2)總體設(shè)計、線型選取、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、設(shè)備配備等多方面采取措施，使得本船能在A級航區(qū)7級風(fēng)情況下安全可靠地完成各項工作。

(3)設(shè)計了1套完整的多波束水文測量裝置和地形測量裝置，并配以無人測量艇，可以很好地完成整治建筑物水域的各種測量工作。

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