內(nèi)河小型航標船關鍵技術的研究

于全虎， 劉錫華， 常 致

(1.江蘇省船舶設計研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.徐州市航道管理處，江蘇 徐州 221008；3.江蘇省交通運輸廳航道局，江蘇 南京 210004)

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內(nèi)河小型航標船關鍵技術的研究

于全虎1， 劉錫華2， 常 致3

(1.江蘇省船舶設計研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.徐州市航道管理處，江蘇 徐州 221008；3.江蘇省交通運輸廳航道局，江蘇 南京 210004)

出于駱馬湖湖區(qū)航標維護管理的實際需求，江蘇省航道管理部門委托設計單位在研究內(nèi)河小型航標船相關關鍵技術基礎上設計了 30 m級新型內(nèi)河航標船。以該型航標船為代表船型就內(nèi)河小型航標船研究、設計中的關鍵技術進行了論述，提出了優(yōu)化方案，希望對航道系統(tǒng)新型航標船的進一步研發(fā)與推廣應用起到一定的指導作用。

內(nèi)河船；航標布設船；關鍵技術

0 引言

江蘇省航道系統(tǒng)從2002年開始進行系列航政艇改型研究與設計，使得全省航道系統(tǒng)船艇裝備的技術水平在全國內(nèi)河航道系統(tǒng)處于領先水平，但是作為航標工作船只有22 m航標船一種船型，且船型為鋼質(zhì)圓舭中高速艇。該船沒有裝備專用設備，僅能作更換配件及簡單給航標水線以上部分補漆的工作，無法進行航標出水整體養(yǎng)護作業(yè)，其實際功能更接近于一艘航政管理船舶。

為適應新時期全省內(nèi)河航道(主要指京杭運河及其支流)的航標維護管理任務，設計院所和航道管理部門合作在研究內(nèi)河小型航標船關鍵技術基礎上研發(fā)了30 m級新型內(nèi)河航標船。該船造價控制在略高于簡易航標工作船的300萬～400萬元，同時功能性基本達到目前國內(nèi)使用進口設備、技術領先、造價千萬元級的類似船型水平，還保留了航政管理船艇功能。作為低成本、性能優(yōu)的綜合性航標/航政管理船型而言，具有一定的獨創(chuàng)性，綜合經(jīng)濟技術水平突出。下面結合該型船的研發(fā)就內(nèi)河小型航標船關鍵技術進行簡述。

1 國內(nèi)內(nèi)河小型航標船現(xiàn)狀分析

我國現(xiàn)役航標船中典型船型分為大、中型航標布設船和小型航標巡檢船。大型航標船按海區(qū)配置，主要承擔海區(qū)活節(jié)式燈樁及大中型浮標的更換和維護任務；中型航標船按航標處配置，主要承擔區(qū)域性中小型浮標的布設和巡檢維護任務；小型航標巡檢船按航標站配置，主要承擔港區(qū)及附近水域航標的日常巡檢維護工作。近年來，我國內(nèi)河干線流域航道系統(tǒng)如長江航道系統(tǒng)已裝備具有較大型液壓絞盤和吊機，可將浮標吊至船甲板上進行維修的內(nèi)河專用小型航標船，滿足了較大型航標設置、調(diào)整、移動、日常維護和簡易修理，造價普遍在千萬元級以上。長江航道系統(tǒng)的內(nèi)河專用小型航標船外形圖如圖1～圖3所示。

2 內(nèi)河小型航標船關鍵技術的研究

2.1 內(nèi)河小型航標船關鍵技術的特點分析

30 m級新型內(nèi)河航標船造價要求較大幅度低于已裝備的、具備完善的旋轉(zhuǎn)變幅起吊功能和艏部絞拖功能的航標船，且必須要具備基本與之相當?shù)淖鳂I(yè)功能，能將航標浮筒和地錨出水維修保養(yǎng)，具有完成浮筒和地錨的投放能力。關鍵點就是如何綜合研究、考量船舶主尺度、布置、穩(wěn)性、起吊及絞拖設備等，用遠低于常規(guī)的建造成本實現(xiàn)船型完善的作業(yè)能力，開發(fā)出具有一定技術獨創(chuàng)性、綜合經(jīng)濟技術水平突出，結合工程作業(yè)船和航政管理船的多功能性，在內(nèi)河航標船中處于領先地位的新船型。30 m級新型內(nèi)河航標船如圖4所示。

2.2 船舶總體及布置分析

(1)航標船的作業(yè)方式目前主要有舷側(cè)作業(yè)和舷首作業(yè)2種形式。舷側(cè)作業(yè)能夠適應風浪較大的環(huán)境工況，作業(yè)的安全性較高，但對船舶尺度要求非常高；船首作業(yè)主要是利用船舶的縱向穩(wěn)性遠好于橫向穩(wěn)性的特點，但對環(huán)境工況要求較高，在風浪較小的內(nèi)河以及僅對浮標進行維修作業(yè)時使用比較多。大型航標船舷側(cè)作業(yè)基本能滿足3 050 mm浮標的作業(yè)需求，而中小型航標船舷側(cè)作業(yè)只能滿足2 400 mm及以下浮標的作業(yè)需求。30 m級新型內(nèi)河航標船作業(yè)水域為駱馬湖，屬于風浪較小的內(nèi)河航區(qū)，作業(yè)浮標為3 050 mm浮標，而投資成本又決定了本船只能是小型航標船，因此只能選擇船首作業(yè)方式。最大限度地利用船舶極限穩(wěn)性，提升船舶作業(yè)能力。

圖1 30 m內(nèi)河航標工作船側(cè)視圖

圖2 40m內(nèi)河航標工作船側(cè)視圖

圖3 寧道標404號航標船(船長36 m)

圖4 30 m級新型內(nèi)河航標船

(2)航標作業(yè)船屬于布置地位型船舶，不滿足布置的需求則無法滿足船舶的工作任務。綜合考慮作業(yè)航道、航標情況、停靠碼頭、船上作業(yè)區(qū)域空間、造價控制并結合船舶縱傾控制要求，船長不應超過30 m但也不宜太小。

(3)出于減少設備采購費用及降低船舶建造難度目的，本船不采用平衡配載系統(tǒng)，通過作業(yè)重心及穩(wěn)性校核，可以保證作業(yè)安全。

(4)船寬受到艙室布置、航道限制、尺度比等的影響。船寬對造價的影響不如船長明顯，而對航行阻力影響較大。此外，當船寬受限時吊機采用偏離船舶縱向中心線進行布置，同時限制吊機作業(yè)回轉(zhuǎn)范圍，可以保證起重作業(yè)時的船舶穩(wěn)性。這種布置方式既滿足了起吊功能性，又保證了穩(wěn)性、航速等指標要求。

(5)船長和船寬基本確定后，型深主要受航道水深、船舶穩(wěn)性、總體布置、規(guī)范尺度比要求、航行性能要求等影響。型深過小可能不滿足船舶尺度比、最小干舷、大傾角穩(wěn)性指標等要求；型深偏大會增加船舶用鋼量，提高全船重心高度等。

(6)在船長、船寬、型深均確定后，根據(jù)船舶的重量重心、型線可以確定船舶的吃水。考慮的因素有航道水深、法規(guī)要求性能指標、螺旋槳布置需求、航速等。

(7)在船舶主尺度基本確定的基礎上，綜合考慮作為航標作業(yè)船兼顧航政管理船舶的功能定位，并征求船東的習慣性要求，完成船舶的總體布置。

2.3 起吊和絞拖功能及設備分析

航標船是一種專業(yè)性較強的船舶，體現(xiàn)在完善的旋轉(zhuǎn)變幅起吊功能和艏部絞拖功能，相應的系統(tǒng)和設備也是航標船最重要和最核心的部分。

本航標船作業(yè)航標為浮標，浮筒自重6.26 t(含配鐵)，直徑Φ3 050 mm，地錨自重6 t。

(1)航標船實際作業(yè)時分別起吊浮筒和地錨，加上浮筒和地錨上的錨鏈，因此吊機最大工作負荷需要400 kN·m，即起吊重物(浮筒或地錨)時需要吊臂最小長度為浮筒半徑+吊機回轉(zhuǎn)中心距船首距離；起吊浮筒前，吊臂帶鋼絲繩繞過浮筒外側(cè)時，此時需要吊臂最小長度為浮筒直徑+吊機回轉(zhuǎn)中心距船首距離。本船在首部作業(yè)時，處于對船舶尺度控制同時又能滿足作業(yè)要求，需要限制吊機最大回轉(zhuǎn)角度。

(2)航標船絞拖功能主要由絞盤實現(xiàn)。為控制設備采購價格，沒有采用航標工作船上常用的進口或國產(chǎn)仿制的特殊臥式絞盤系統(tǒng)。考慮到地錨是方形或圓形水泥塊而非抓力錨，初始將地錨從淤泥里晃松所需拉力無需抓力錨所需錨重5倍大小，而只需最大3倍錨重即可；絞盤頭直徑取值解決了現(xiàn)場作業(yè)時不需工人用工具將前面已卷儲到絞盤上的錨鏈扒下，而為后面的錨鏈騰出卷儲空間的問題。

(3)航標船驅(qū)動液壓作業(yè)設備(吊機和絞盤)的泵站沒有采用電動泵站的形式，主要考慮作業(yè)電功率和非作業(yè)電功率差異較大。為了降低原動機的功率，采用了泵站由專用柴油機直接驅(qū)動。主發(fā)電機組僅供給非作業(yè)設備用電的方式，電站功率僅為13.5 kW，較使用電驅(qū)動液壓作業(yè)設備大約需要的64 kW電站功率有了較大幅度降低，極大節(jié)約了設備費用。

2.4 優(yōu)化分析

(1)如果造價許可，船型的優(yōu)化可以適當加大船舶尺度，配備平衡配載設備，使船舶能夠在舷側(cè)進行作業(yè)，也能提高在風浪較大情況下的作業(yè)安全性。

(2)吊機采用合資品牌馬達，進口多路閥件，可以滿足一般性操作要求；若費用許可，可采用進口元器件乃至進口整機，進一步提升設備工作的可靠性，保證作業(yè)的安全、高效。液壓絞盤若引進帶自調(diào)整錨鏈功能的臥式絞盤，可以適應水深更大、錨鏈更長的作業(yè)環(huán)境，減少作業(yè)工作強度，確保安全性。液壓泵站可采用雙泵站互為備用，電動驅(qū)動方式，可減少液壓系統(tǒng)長時間工作后不可避免的泄漏故障，同時中央電站電驅(qū)方式也符合船舶動力系統(tǒng)發(fā)展方向，更容易實現(xiàn)操控，提升船舶的自動化水平。

2.5 航政管理功能分析

新型航標船主要是作為航標維護作業(yè)船舶，為了最大限度發(fā)揮裝備的利用率，仍舊保留了航政管理功能，可作為航政管理船舶使用。

(1)艙室布置及功能劃分綜合考慮了工作船加航政一般性管理船舶的功能定位，功能艙室完善，布局合理。

(2)主推進裝置形式為雙機、雙槳。主動力系統(tǒng)性能可靠、噪音低，使最大航速達到17 km/h，可滿足航政管理對船舶快速性、操縱性要求，與已裝備的航政艇主機保持了同系列化，利于后續(xù)維修、保養(yǎng)，降低了使用費用。

(3)推進軸系和主機安裝未采用特殊減振措施，主要考慮控制造價，適當弱化了其接待功能性，與其工作船加航政管理的功能定位更為貼切。

(4)為滿足航政管理船舶對降低機械噪音的要求，主輔機均采用濕式排氣，輔機帶有隔音罩；尤其是輔機降噪措施完善，充分考慮強化了休息時間的低噪音要求。

(5)艙室內(nèi)外裝潢、涂裝與現(xiàn)有航政艇系列基本保持一致，既滿足了裝備的統(tǒng)一性要求，又體現(xiàn)了船舶的功能性定位特點。

3 結語

新型內(nèi)河航標船的研究、推廣是一項長期的工作，階段性的研究工作只能適應于當前以及可預見的未來發(fā)展需要。當前及將來相當長的一段時間內(nèi)，我國對內(nèi)河航標船及其相關設備的需求量還是比較大的，這既為我國在相關技術領域的發(fā)展創(chuàng)造了極好的機遇，同時也提出了巨大的挑戰(zhàn)，這就需要對內(nèi)河航標船進行不斷地研究優(yōu)化，為更高層次的更新一代內(nèi)河航標船的研發(fā)積累經(jīng)驗和儲備技術。

[1] 中國船級社.鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2014.

[2] 中國海事局.內(nèi)河船舶法定檢驗技術規(guī)則[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3] 周必君，張云輝，等.長江南京航道局船型標準化研究[J].江蘇船舶，2014，31(3)：1-3.

江蘇省交通科學研究計劃項目(2015T09)

2015-10-16

于全虎(1974—)，男，高級工程師，長期從事船舶科研與設計工作；劉錫華(1963—)，男，高級工程師，從事航道養(yǎng)護、航政管理工作；常致(1979—)，男，高級工程師，從事航政管理及信息化工作。

U662.3

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