大型測量船布置特點(diǎn)研究

嚴(yán)明 戴紅偉 楊宇超

摘 要：測量船是海洋測繪的承載平臺，為提高平臺的綜合利用性，一般都會(huì)兼顧有海洋科考、應(yīng)急救援等任務(wù)，因此而裝載多種類型的海洋水體、大氣氣象和地球物理等專業(yè)探測設(shè)備。本文介紹的是一種多任務(wù)目標(biāo)、模塊化設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化大型測量船舶。本文從測量船的結(jié)構(gòu)、任務(wù)設(shè)備配置、專業(yè)性艙室布局以及通用性船用設(shè)備與常規(guī)船舶的區(qū)別方面進(jìn)行分析研究，梳理并總結(jié)出大型測量船的布置特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：測量船；布置；艙室布局；結(jié)構(gòu)；測量設(shè)備

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

從結(jié)構(gòu)上，測量船舶具有部分工程船、客船的顯著特點(diǎn)，一方面是考慮到其任務(wù)性質(zhì)，需要裝載較多的作業(yè)或研究人員，因此需要多層、較長的居住甲板，且這些居住甲板所形成的上層建筑一般位于船的舯艏部，即長艏樓設(shè)計(jì)，其上方設(shè)計(jì)為駕駛室，前方僅留有錨、系泊作業(yè)區(qū)。而煙囪和機(jī)艙位于上層建筑之后，即中機(jī)艙設(shè)計(jì)，在預(yù)留出艉部作業(yè)區(qū)域的同時(shí)，盡可能減小振動(dòng)、噪聲、煙囪排氣對居住人員的影響。測量船整體區(qū)域劃分如圖1所示。

船的艏部設(shè)計(jì)有球鼻首結(jié)構(gòu)，降低興波阻力，改善流場，提高船舶推進(jìn)性能。艉部留出較長甲板空間用于露天測量作業(yè)以及移動(dòng)測量設(shè)備的搭載，并根據(jù)其任務(wù)特性，設(shè)置直升機(jī)甲板兼顧作為無人機(jī)測量的起降平臺。

2 艙室布局

在上層建筑居住區(qū)，環(huán)舷側(cè)布置住艙，中間位置布置會(huì)議室、指揮室、培訓(xùn)室、報(bào)告廳、餐廳等綜合性、大型公共艙室，如圖2所示。這樣布置使得整層甲板空間的利用率較高、布局規(guī)整，同時(shí)對于公共活動(dòng)的聚集和疏散快速而便捷。

圖2 上層建筑大型公共艙室典型布局（艇甲板層）

主甲板層，因艉部露天甲板即為作業(yè)甲板，故在該層布置任務(wù)型艙室，如測量作業(yè)室、CTD作業(yè)區(qū)、專用設(shè)備倉庫/維修室、網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、各類專業(yè)實(shí)驗(yàn)室等，如圖3所示。這樣布局對測量作業(yè)操作、設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)維修、樣本采集分析形成了集中作業(yè)區(qū)域，有利于作業(yè)及科考人員的工作。同時(shí)，在這些工作處所的具體位置排布時(shí)，要考慮到作業(yè)順序。例如：測量樣本采集工作，所采集樣本的預(yù)處理區(qū)域靠近艉部露天作業(yè)甲板，可便利地進(jìn)行樣本預(yù)處理，靠近預(yù)處理區(qū)的是樣本的下一道工序的處理艙室，以此類推，形成一個(gè)高效、便捷的綜合作業(yè)場所。

主甲板下層，在尾部作業(yè)甲板、預(yù)處理區(qū)下方布置測量絞車艙及其配套艙室，便于絞車?yán)|能夠便利穿行至作業(yè)甲板和預(yù)處理區(qū)的各類操控支撐設(shè)備上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)室外作業(yè)，如圖4所示。

圖4 測量作業(yè)功能艙室典型布局（下甲板層）

換能器艙，即安裝所有水下聲學(xué)設(shè)備換能器的艙室位于船底中前部，在艏側(cè)推和中部機(jī)艙之間尋求低噪聲影響與可安裝之間的最佳平衡位置（參見圖1），同時(shí)需考慮的是，需根據(jù)聲學(xué)陣總體布局來確保該位置具有足夠的平船底區(qū)域。另，與換能器艙密切相關(guān)的是聲學(xué)設(shè)備艙（聲學(xué)設(shè)備機(jī)柜的安裝處所），考慮到換能器隨機(jī)電纜因信號衰減而具有的長度限制特點(diǎn)，該艙室布置于換能器艙上方為宜，且在換能器艙和聲學(xué)設(shè)備艙之間的甲板艙室內(nèi)，不宜布置油艙，以及空壓機(jī)和大功率水泵等振動(dòng)噪聲較大的設(shè)備。前者是為了使換能器電纜可順利敷設(shè)至機(jī)柜，后者是避免機(jī)械振動(dòng)噪聲對聲學(xué)設(shè)備的影響。

3 設(shè)備配置

測量船的核心任務(wù)為海道測量，為確保測量任務(wù)作業(yè)，船舶要求具備較高的操作性。一些測量任務(wù)屬于定點(diǎn)作業(yè)，船舶需具備動(dòng)力定位功能，因此測量船的推進(jìn)器多采用全回轉(zhuǎn)型式，相較于常規(guī)舵槳，全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器具有更大的操作靈活性，配合艏部側(cè)向推進(jìn)器和超短基線水下定位系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的定位功能。

測量系統(tǒng)主要由絞車系統(tǒng)、操控支撐系統(tǒng)和聲學(xué)系統(tǒng)組成，根據(jù)任務(wù)內(nèi)容確定具體配置。測量絞車的常規(guī)配置為CTD絞車、地質(zhì)絞車、光電纜絞車、同軸纜絞車、SVP和MVP絞車等。操控支撐系統(tǒng)常規(guī)配置為A型架、重力取樣裝置、海工吊、CTD吊，以及無人/有人工作艇和無人機(jī)等配套裝備。

船載水下聲學(xué)設(shè)備均布置于船舶底部，常見的3種安裝方式為平船底式、導(dǎo)流罩式、GONDOLA式。平船底式即將水下聲學(xué)換能器直接安裝于船底平直區(qū)域，導(dǎo)流罩式安裝是在船底設(shè)計(jì)一個(gè)下沉式封閉結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)底部再安裝聲學(xué)換能器，較為典型的即下沉式箱型龍骨。而本船安裝的GONDOLA式與導(dǎo)流罩類似的是，聲學(xué)換能器同樣安裝于額外設(shè)計(jì)的封閉結(jié)構(gòu)底部，而與其不同的是，該封閉結(jié)構(gòu)與船舶底部并非連接一體，而是通過幾個(gè)結(jié)構(gòu)通道相連，換能器電纜通過結(jié)構(gòu)通道敷設(shè)至船內(nèi)艙室。總體來說，平船底式對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不會(huì)帶來額外的工作，設(shè)計(jì)簡單。后兩者需額外設(shè)計(jì)封閉結(jié)構(gòu)，但有利于避開船底氣泡層，對聲學(xué)設(shè)備的性能有利，安裝方式具體選型需根據(jù)任務(wù)與經(jīng)濟(jì)型的綜合評估來確定。

4 減振降噪

測量船在性能方面，直接影響測量作業(yè)相關(guān)的因素是減振降噪設(shè)計(jì)，其減振降噪性能直接影響到聲學(xué)設(shè)備的性能實(shí)現(xiàn)，甚至是能否正常工作。因此，在測量船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、艙室布局，以及設(shè)備配置時(shí)都要考慮減振降噪因素。

1） 機(jī)械噪聲主要關(guān)注對象

發(fā)電機(jī)機(jī)組；

推進(jìn)裝置電機(jī)；

螺旋槳；

主要輔機(jī)設(shè)備（泵、空壓機(jī)等）；

大型風(fēng)機(jī)（如機(jī)艙風(fēng)機(jī)）；

側(cè)推裝置；

2） 水下噪聲主要關(guān)注對象

船舶艉部伴流；

螺旋槳區(qū)域伴流；

聲學(xué)換能器區(qū)域伴流；

聲學(xué)安裝區(qū)域的輔機(jī)振源；

艏側(cè)推槽道外口線型；

減振降噪是伴隨船舶整個(gè)設(shè)計(jì)建造流程中的巨系統(tǒng)，在此過程中需對全船主要艙室、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、系統(tǒng)管路乃至外部線型逐一進(jìn)行前期評估、過程評估直至最終的試驗(yàn)驗(yàn)證和局部優(yōu)化工作。

5 總 結(jié)

大型測量船的布置特點(diǎn)研究發(fā)現(xiàn)，其布置是以任務(wù)目標(biāo)為主要導(dǎo)向的。以測量功能、性能、精度為目標(biāo)的設(shè)計(jì)因素考慮貫穿了總體規(guī)劃、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、艙室布局以及設(shè)備配置等方面。同時(shí)，通過研究總結(jié)梳理出基于測量任務(wù)特性考慮因素，其經(jīng)驗(yàn)可供同類型船的設(shè)計(jì)提供一定的參考。