某新型布纜船功能定位與船型論證

常書平　方先進(jìn)　姚丁元　李昆鵬

摘? ? 要：針對(duì)我國(guó)大陸與島嶼、島嶼與島嶼之間海底光纜的建設(shè)、維護(hù)、維修任務(wù)，分析了現(xiàn)役布纜船存在的不足，研究了國(guó)內(nèi)外近些年新建布纜船特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)?；谧鳂I(yè)方式對(duì)新型布纜船船型進(jìn)行了重點(diǎn)分析，論證提出應(yīng)采用先進(jìn)的尾部作業(yè)船型，增強(qiáng)總體布置和作業(yè)操作等方面能力，為新型布纜船總體技術(shù)方案設(shè)計(jì)提供有效指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：布纜船;光纜;發(fā)展;船型

中圖分類號(hào)：U674.34 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In view of tasks of the construction， maintenance and repair of submarine optical fiber cables between mainland China and islands， islands and islands， this paper analyzes the shortcomings of the existing cable-laying ships， and studies the characteristics and development trend of the newly-built cable-laying ships at home and abroad in recent years. Based on the analysis of the ship form， it is demonstrated that the new type of cable laying ship should adopt advanced stern working ship form to enhance the overall arrangement and operation ability， it provides support for the overall technical scheme design of the new cable-laying ship.

Key words： cable-laying ship， optical fiber cable， development， ship form

1? ? ?前言

我國(guó)海域面積廣闊、島嶼眾多，大陸與島嶼、島嶼與島嶼之間大量采用了海纜通信方式，其具有抗干擾、抗損毀、通信容量大、保密安全性高等優(yōu)勢(shì)。近些年來(lái)，海洋開發(fā)活動(dòng)倍增，捕撈、拋錨作業(yè)等原因?qū)е碌暮＠|損壞事故頻發(fā)，海纜維修、維護(hù)的工作量較以前大幅增加。由于軍用布纜船發(fā)展總體滯后，現(xiàn)役海纜船在操縱性能、維修性能、埋設(shè)深度能力、敷設(shè)能力、新設(shè)備配套能力、裝載能力、路由調(diào)查能力等方面已難以滿足海光纜建設(shè)及維修的任務(wù)。國(guó)防海纜建設(shè)和海洋路由調(diào)查任務(wù)時(shí)，主要依托地方海纜公司代建，存在價(jià)格高、保密難、維修保障不及時(shí)、戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急動(dòng)員差等問題。為滿足平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)國(guó)防海纜建設(shè)需求，新型布纜船研制被提上議事日程。

2? ? 新型布纜船功能定位

近些年來(lái)，海底通信技術(shù)、布撈纜設(shè)備技術(shù)、推進(jìn)及定位技術(shù)等迅速發(fā)展，現(xiàn)役老舊布纜船無(wú)法滿足海纜建維要求，且簡(jiǎn)單復(fù)造或改裝亦不能滿足使用需求。新型布纜船較現(xiàn)役布纜船在功能定位方面改進(jìn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）新型布纜船要適應(yīng)海纜種類變化。隨著通信技術(shù)發(fā)展，海底通信電纜已逐漸被海底通信光纜所取代，現(xiàn)役布纜船不具備海底光纜作業(yè)能力。同時(shí)，其受主尺度、動(dòng)力配置和甲板面積等限制，難以為水噴式埋設(shè)機(jī)、直線布纜機(jī)等新型海底光纜施工設(shè)備及配套作業(yè)系統(tǒng)提供必要的作業(yè)拖力、電力支持和安裝位置，不具備升級(jí)改造的潛力。

（2）新型布纜船要提高戰(zhàn)技性能和主要設(shè)備維修性、保障性。現(xiàn)役布纜船于20世紀(jì)80年代設(shè)計(jì)建造，已超期服役多年，其裝載量、操縱性和快速性等多項(xiàng)指標(biāo)已大大低于原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，施工作業(yè)能力明顯下降;同時(shí)該船主要機(jī)電設(shè)備嚴(yán)重老化，很多備品備件已無(wú)采購(gòu)來(lái)源，維修性、保障性差;該船作業(yè)自動(dòng)化水平低，一些工序需多人合力完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且生活保障條件差，給日常工作帶來(lái)不利影響。

（3）新型布纜船要增加海纜裝載能力?，F(xiàn)役布纜船海纜裝載量較小，一次性埋設(shè)距離短，大多數(shù)線路只能采用分段施工模式，而采用分段施工的方法將導(dǎo)致施工難度加大、周期加長(zhǎng)、效率降低，且分段施工留下的接頭部分不能埋設(shè)，易導(dǎo)致其受損概率增加。

（4）新型布纜船要增強(qiáng)控位作業(yè)能力。海底光纜埋設(shè)和維修時(shí)，要求布纜船在一定風(fēng)浪流條件下進(jìn)行定向和定點(diǎn)作業(yè)，這就要求船舶低速狀態(tài)或停泊狀態(tài)下應(yīng)具有較強(qiáng)的控位能力。而現(xiàn)役布纜船僅配備常規(guī)推進(jìn)系統(tǒng)，低航速條件下舵效低，操縱性不佳，且難以應(yīng)用動(dòng)力定位系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)船位精確控制，難以滿足海底光纜施工的精度要求。

（5）具有較好的穩(wěn)性和操縱性，系柱拖力大。布纜船在開展布纜作業(yè)過程中，一般以低速或零速為主，所以要重點(diǎn)考慮在低速或零速時(shí)船舶的抗風(fēng)浪能力和靈活操縱的能力，從而滿足作業(yè)的要求。此外，由于要拖拉埋設(shè)設(shè)備，為使能夠能有較深的開溝深度，應(yīng)付較硬的土質(zhì)，要求船舶拖帶性能好，特別是要具有較大的系柱拖力。

3? ? 國(guó)內(nèi)外布纜船發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)在海底電纜工程建設(shè)方面起步較晚，自主建造的布纜船較少，相比于國(guó)外先進(jìn)布纜船，噸位、鋪纜設(shè)備及能力均有較大差距。國(guó)內(nèi)的海底電纜敷設(shè)施工船主要應(yīng)用于國(guó)內(nèi)沿海，作業(yè)水深較淺且噸位相對(duì)較小，定位系統(tǒng)以錨泊定位為主，鋪纜設(shè)備以傳統(tǒng)形式的埋設(shè)犁為主，在滿足長(zhǎng)距離、深水、大容量的海底電纜鋪設(shè)工程方面尚存差距。

國(guó)外專業(yè)性布纜船的建造始于19世紀(jì)，隨著海纜通信建設(shè)需要和海纜施工技術(shù)不斷進(jìn)步，海纜船的性能也不斷改進(jìn)和提高。國(guó)外先進(jìn)的海纜施工公司及布纜船主要集中在英國(guó)、挪威、美國(guó)等國(guó)家。

國(guó)外新建布纜船有以下特點(diǎn)：

（1）全尾部作業(yè)船型成為主流[1]。海纜作業(yè)涉及多臺(tái)/套設(shè)備，各設(shè)備之間協(xié)調(diào)十分重要，參與人員較多，尾部可提供足夠大作業(yè)面積。相對(duì)于傳統(tǒng)的首尾結(jié)合作業(yè)模式，采用全尾部作業(yè)，可減少各設(shè)備之間干涉，施工設(shè)備的操作和監(jiān)控更加便捷，給海纜作業(yè)帶來(lái)極大的便利，同時(shí)使作業(yè)區(qū)和生活區(qū)劃分明確，減少干擾。

（2）采用動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)（DPS）[2-3]。近二十年新建布纜船都裝置了先進(jìn)的DPS，具有靈活的船舶操控性能和精確定位功能。DPS系統(tǒng)包括動(dòng)力、測(cè)量、推進(jìn)和控制等，它與高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)（DGPS）組合能使船舶可保持到1～3 m的定位精度和1?～3?的航向偏差，能使數(shù)千公里海纜按預(yù)定路由敷設(shè)而不偏移;在海纜維修中能準(zhǔn)確地?fù)迫」收虾＠|;進(jìn)行光纜接頭作業(yè)時(shí)能使船舶固定在某一個(gè)定點(diǎn)位置，并能在3 kn海流中定位作業(yè)，有效地保證了海纜施工維修的質(zhì)量和效率。

（3）海纜作業(yè)設(shè)備先進(jìn)[4]。新建布纜船都設(shè)置了適應(yīng)光纜建維作業(yè)要求的新型作業(yè)設(shè)備，更適應(yīng)海況條件變化，打撈海纜作業(yè)效率更高。船上裝配了大型鼓輪機(jī)，這是海纜維修的重要設(shè)備，其鼓輪直徑一般為3～4 m，最大牽引力可達(dá)30～40 t，從而保證在不同水深條件下，都能實(shí)施打撈和回收海纜的作業(yè);并裝備了能檢修海纜和進(jìn)行埋設(shè)作業(yè)的遙控水下裝置（ROV），使海纜作業(yè)的水深可達(dá)到3 000 m。

（4）控制系統(tǒng)自動(dòng)化。隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)智能化程度提高，布纜作業(yè)的精確性增強(qiáng)，船員勞動(dòng)強(qiáng)度降低。進(jìn)行海纜作業(yè)時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)使鼓輪機(jī)、直線布纜機(jī)、埋設(shè)機(jī)等作業(yè)控制系統(tǒng)與布纜船動(dòng)力定位系統(tǒng)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)海纜建維作業(yè)的自動(dòng)化，并提高了作業(yè)質(zhì)量。

（5）電力推進(jìn)普遍采用。由于電力推進(jìn)系統(tǒng)去除了許多機(jī)械傳動(dòng)裝置，也可節(jié)省出空間來(lái)裝載海纜或海纜作業(yè)設(shè)備。電力推進(jìn)系統(tǒng)不再受限于發(fā)動(dòng)機(jī)、推進(jìn)器、傳動(dòng)軸系的傳統(tǒng)直線布置模式，電纜柔性連接可將原動(dòng)機(jī)布置在任何地方，大大增強(qiáng)了全船設(shè)備布置靈活性，易于實(shí)現(xiàn)船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化。電力推進(jìn)還具有節(jié)約能源、振動(dòng)小、噪音低等特點(diǎn)。

4? ? 船型論證

現(xiàn)役布纜船較多采用了傳統(tǒng)布纜船船型，一般設(shè)置專用的海纜裝載艙，同時(shí)設(shè)首部作業(yè)區(qū)和尾部作業(yè)區(qū)，依靠全船貫通的通道實(shí)現(xiàn)首尾協(xié)調(diào)，如圖1。傳統(tǒng)布纜船船型存在問題主要有：全船首尾貫通的作業(yè)通道，既占用空間和造成總布置困難，又對(duì)生活區(qū)、駕駛區(qū)產(chǎn)生干擾;首部甲板空間較小，作業(yè)操作不便，作業(yè)效率較低;首部直接面臨海浪抨擊，振動(dòng)感強(qiáng)烈，升沉運(yùn)動(dòng)大，不利于海纜作業(yè)安全，惡劣海況時(shí)首部海纜作業(yè)效率將受到明顯影響;首部作業(yè)區(qū)與尾部作業(yè)區(qū)不利于互相觀察，作業(yè)協(xié)調(diào)難度加大。

近二十年來(lái)，在傳統(tǒng)布纜船基礎(chǔ)上出現(xiàn)了一種改進(jìn)船型，仍然設(shè)置電纜艙，船首為非作業(yè)區(qū)，所有海纜作業(yè)在船尾完成，尾甲板通過一段艙內(nèi)通道將作業(yè)區(qū)、生活區(qū)、駕駛區(qū)等分隔。隨著一些直徑大、彎曲半徑大的光纜及管線成為布纜船作業(yè)對(duì)象，傳統(tǒng)作業(yè)系統(tǒng)配置受限于設(shè)備重量、布置空間和光纜退扭高度等因素，難以滿足作業(yè)對(duì)象要求。為解決上述問題，出現(xiàn)了一種新型布纜船船型，如圖2，其基本特征有[1]：一般船寬較大，在甲板上布置大直徑的海纜裝載區(qū)，不再專門設(shè)置海纜艙;設(shè)置輪胎型直線拉纜機(jī)，可滿足較大彎曲半徑的海纜（管線）作業(yè)需求;設(shè)置了可轉(zhuǎn)動(dòng)放纜的卷筒或轉(zhuǎn)盤裝載海纜（管線），布設(shè)發(fā)展了不需退扭的順勢(shì)敷設(shè)方式。

新型布纜船宜采用比較先進(jìn)合理的尾部作業(yè)布纜船船型，示意如圖3，并依靠半貫通作業(yè)通道將尾甲板和前海纜裝載艙連接，形成連貫的作業(yè)區(qū);長(zhǎng)首樓前半部分設(shè)生活區(qū)、駕駛區(qū)，與作業(yè)區(qū)減少干擾;作業(yè)控制室設(shè)于中后部，便于觀察作業(yè)區(qū)情況;尾部主要設(shè)置1臺(tái)鼓輪布纜機(jī)、1臺(tái)輪胎直線布纜機(jī)，基本可完成所有作業(yè)任務(wù);尾部相對(duì)寬闊的作業(yè)區(qū)域和相對(duì)平穩(wěn)的作業(yè)環(huán)境，也利用改善操作人員安全性。

5? ? 小結(jié)

本文基于新時(shí)代我國(guó)沿海、近海通信光纜的布放、埋設(shè)和維修等任務(wù)，提出了其對(duì)新建布纜船的作業(yè)需求和功能定位。分析了現(xiàn)役布纜船存在的主要不足，在梳理國(guó)內(nèi)外布纜船特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)基礎(chǔ)上，基于作業(yè)方式對(duì)布纜船船型進(jìn)行了重點(diǎn)分析，論證提出了新型布纜船宜采用尾部作業(yè)的船型方案，解決現(xiàn)役布纜船在總布置、作業(yè)操作等方面的不足，為新型布纜船總體技術(shù)方案確定提供有效指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1]張?zhí)? 中型布纜船的更新代船型初探[J]. 船舶， 2008， （2）： 1-7.

[2]毛建輝. 尉志源. 海纜船定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 艦船科學(xué)技術(shù)， 2020， 42（20）：?170-175.

[3]朱海洋. 船舶動(dòng)力定位能力分析系統(tǒng)研究[D]. 江蘇科技大學(xué)， 2017.

[4]尉志源， 毛建輝， 張志剛. 大型海纜船技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J]. 船舶，?2019（5）： 81-89.