海上大力士

海洋上航行的船舶，仿佛流動的橋梁，聯(lián)動著世界。除了我們熟悉的貨船、客船外，還有挖泥船（詳見《知識就是力量》2022年6月刊）、風電安裝船等工程船。我們這篇文章的主角——半潛船也是它們中的一員。下面，我們就來認識一下這位海上大力士吧。

大海里的“叉車”

半潛船，顧名思義是可以下潛的船舶，但它不像潛艇那樣能夠完全潛入水中，而是部分船體潛入水下。通過下潛和上浮的方式，半潛船能夠?qū)崿F(xiàn)對海上漂浮的大型結(jié)構(gòu)件（例如石油鉆井平臺、船舶、軍艦、潛艇等）的裝卸和運載。

半潛船在海上裝貨時，首先要讓船身下沉，使它的裝貨甲板低于待裝貨物的底部，然后將待裝貨物用拖輪（又稱拖船，通常用于拖動駁船和各種作業(yè)船）拖帶到半潛船的裝貨甲板上，等待裝貨物定位、綁扎好后，半潛船再完成上浮，并將貨物運送至目的地。到達目的地后，半潛船將再次下潛，完成和所裝載貨物的分離。因此，半潛船也被稱作“海上大力神叉車”。

優(yōu)秀的運輸安裝“能手”

半潛船最初承運的貨物主要是大型港口機械、小型船舶、游艇等；后來，半潛船承運的貨物增加了大型海洋油氣開采用的平臺以及相關(guān)的超大型結(jié)構(gòu)物。目前，后者已經(jīng)占半潛船貨運量的90%以上。

由于陸地資源逐漸減少，資源開采的對象逐步從陸地走向海洋。為了利用海洋的油氣資源，人類開發(fā)了功能各異的各種海洋鉆井平臺，而利用鉆采平臺開發(fā)海洋油氣資源，則需要大量特種海洋工程船舶的支持（包括大型設(shè)備的海上運輸與安裝、油氣田工程的供給與維修等）。其中，半潛運輸船是開發(fā)建設(shè)海上油氣田的主力裝備。

據(jù)統(tǒng)計，目前全世界在運營的鉆井平臺超過800座，其中超過1200米水深的深水、超深水裝備所占總量比例正逐年上升。面對超長、超寬、超重且不可分割的海洋工程結(jié)構(gòu)物，半潛船不僅可以安全可靠地運輸，還能夠精確定位安裝，是當之無愧的運輸、安裝“能手”。

半潛船是怎么實現(xiàn)下潛和上浮的？

半潛船有一個能裝很多水的“大肚子”，人們稱之為“壓載水艙”。如果要讓半潛船的裝貨甲板下潛，就要往它的“大肚子”里灌水，喝飽水的半潛船身體就會變重，便會慢慢潛到水里去了；當需要半潛船上浮時，就讓它把喝到“肚子”里的水吐出來，吐完水的半潛船就會變輕，便會像只皮球一樣浮到水面上來了。

?“新光華”號半潛船運載“希望6號”石油鉆井平臺（供圖/中遠海運特運）

以10萬噸級半潛船為例，它的壓載水艙的艙容達到了21萬立方米，壓載水總量達到14萬立方米。它完成一次“喝水”和“吐水”，也就是船體完成一次下潛和上浮，這個過程大概需要4小時。

下潛，并不簡單

半潛船實現(xiàn)下潛功能，靠的是壓載水艙，而一艘半潛船的壓載水艙數(shù)量通常可達100個以上。以10萬噸級半潛船為例，全船共有117個壓載水艙。眾多的壓載水艙會給船體設(shè)計帶來難題——既要滿足下潛深度需要，又要靈活調(diào)整船舶浮態(tài)和穩(wěn)定性，以保證下潛過程中的安全和穩(wěn)定——這都是設(shè)計船體必須考慮的問題。

半潛船的下潛上浮作業(yè)時間窗口短，傳統(tǒng)的壓載控制系統(tǒng)不能很好做到精準、快速、安全地控制壓載水艙的注水和排水，因此需要將報警監(jiān)測、液位遙測、閥門遙控集成一體化控制，形成高集成化、高自動化的控制系統(tǒng)，從而做到精準、快速、安全地控制超大容量的壓載水（指為了控制船舶吃水、傾斜而加到船上的水，即壓載水艙中的水）。

大海之上，以動“致”靜

過去，海上作業(yè)工程船舶大多采用錨泊的方式定位（指用錨及錨鏈、錨纜將船或結(jié)構(gòu)物系留于海上，使其保持在預(yù)定位置上的定位方式），或者用拖輪進行輔助定位。但隨著水深的增加，錨泊定位方式的成本和安裝布置的難度顯著增加，甚至難以應(yīng)用。這就意味著，錨泊定位方式已經(jīng)無法滿足需要精確定位工作的半潛船了。

取而代之的是一種新興的高科技定位技術(shù)——船舶動力定位技術(shù)。這種技術(shù)利用船舶自身的動力抵抗外界（包括風、浪、海流等）的干擾，從而動態(tài)控制船舶停到某個確定位置或沿著預(yù)定航線運動。

?海洋鉆井平臺，是主要用于鉆探井的大型海上結(jié)構(gòu)物

動力定位技術(shù)的基本原理是利用測量系統(tǒng)檢測在外界風、浪和海流的擾動力作用下船只的偏移量，經(jīng)信號處理后輸入計算機，用專門的控制軟件進行分析計算后，向船上各個推進器發(fā)出指令，使之發(fā)出相應(yīng)的推力，以對抗環(huán)境擾動，從而使船只保持或回到原來設(shè)定的位置。如果把定位點設(shè)置為以一定的速度沿預(yù)定軌跡運動，也可實現(xiàn)航跡的保持和跟隨。

有了動力定位系統(tǒng)，半潛船在海上作業(yè)時便無需拋錨，只需要鎖定一個坐標點，無論風浪如何影響，都能夠在該系統(tǒng)的作用下，穩(wěn)穩(wěn)地定位在鎖定的坐標點上。

20多年前，由中國船舶集團廣船國際建造的“泰安口”輪和“康盛口”輪是當時世界僅有的兩艘具有動態(tài)定位功能的半潛船，開辟了海洋石油平臺動態(tài)定位安裝方的先例。但在那時，動力定位系統(tǒng)只能全部依靠進口獲取。經(jīng)過20多年的發(fā)展，中國的配套能力和水平也都取得了長足的發(fā)展，目前的動力定位系統(tǒng)已經(jīng)可以部分實現(xiàn)國產(chǎn)。以8萬噸半潛船“新耀華”號為例，這艘船的動力定位誤差只有0.05米，可在海上實施堪比“穿針繡花”式的高精度作業(yè)，這也標志著中國在動力定位上已經(jīng)達到了國際領(lǐng)先水平。

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?“康盛口”輪半潛船成功挑戰(zhàn)載運9500噸鉆井平臺（供圖/中遠海運特運）

（責任編輯 / 代竹蕊 美術(shù)編輯 / 周游）