遠洋科考船發展趨勢研究

摘" 要：該文以中國遠洋科考船為樣本，研究在海洋強國戰略下遠洋科考船的發展趨勢。通過對中國遠洋科考船統計分析，從船舶歸屬、船舶主尺度、推進方式、噪聲和舒適度等維度，對其交付時間、用途、設計建造單位、船東和母港等基本情況進行分析，研究遠洋科考船的需求趨勢。從時間序列角度分析船型系數變化，統計推進方式、水下噪聲、舒適度情況，在技術指標上分析發展趨勢，為中國遠洋科考船的選型論證提供支撐。

關鍵詞：遠洋科考船;船舶設計;主尺度;統計分析;海洋強國

中圖分類號：U662.3" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）09-0013-04

Abstract： This article takes Chinese oceanographic research ships as samples to study the development trend of oceanographic research ships under the strategy of building a maritime Powerhouse. Through statistical analysis of Chinese oceanographic research ships， this article analyzes their basic situation from dimensions such as ship ownership， ship main dimensions， propulsion mode， noise， and comfort， including delivery time， use， design and construction unit， ship owner， home port， etc. This article also analyzes changes in ship type coefficients from a time series perspective， and statistics on propulsion mode， underwater noise， and comfort. Finally， suggestions are made for the future development of oceanographic research ships.

Keywords： oceanographic research ship; ship design; main dimension; statistical analysis; maritime powerhouse

遠洋科考船通常是指排水量1 500 t以上，最大續航力不少于6 000海里，實驗室和科考設備配備齊全，能夠承擔遠洋綜合性和專項海洋調查任務的科考船。世界各海洋強國均擁有數量眾多的現代化遠洋科考船，美國擁有39艘、俄羅斯擁有24艘、歐洲擁有75艘[1]。從20世紀60年代開始，中國開始自行設計建造遠洋科考船，為“查清中國海、進軍三大洋、登上南極洲”的海洋科學戰略目標奠定了裝備基礎。21世紀特別是2009年以后，隨著綜合國力的發展，海洋科學的需求和船舶設計建造能力的提高，中國的遠洋科考船也迎來了高速發展[2]。

1" 基本情況分析

我國科考船已有（含在建）的54艘遠洋科考船按母港分類為廣州17艘、青島13艘、上海12艘、三亞4艘、珠海4艘、廈門2艘和舟山2艘。母港分布與涉海科研單位分布有直接關系。廣州、青島、上海、廈門和舟山5城均已提出建設全球海洋中心城市，珠海提出建設區域性海洋中心城市，三亞著力建設崖州灣科技城。各母港城市鼓勵海洋科技創新，對遠洋科考船未來發展十分有利。

按船東單位分類分別為中科院8艘、自然資源部29艘、農業部4艘、教育系統10艘、交通運輸部1艘、泰和海洋科技集團有限公司1艘和中船集團1艘。

1.1" 典型科考船

我國的科考船按照用途分類，包括遠洋綜合調查、極地科考、潛器母船、漁業調查和浮標保障等。其中各類船舶的代表，資料如下。

1.1.1" 遠洋綜合調查

我國最新式的遠洋綜合調查船以“實驗6”號和“珠海云”號為代表。

“實驗6”號，總長90.6 m，型寬17 m，型深8 m，設計吃水5.2 m，排水量3 970 t，續航力12 000海里，設計航速17節，無限航區。“實驗6”號采用船首線型一體化設計技術，多波束換能器區域采用嵌入式安裝，同時底部以上船體部分的內凹式設計配合加裝側推封蓋系統的槽道式側推可起到引導氣泡的作用，兼顧船舶經濟性和抗氣泡干擾性。

“珠海云”號智能型無人系統母船總長88.5 m，型寬14 m，型深6.1 m，設計吃水3.7 m，設計排水量約2 000 t，續航力6 000海里，最大航速18節，無限航區。配備的重要設備國產化率高，動力系統、推進系統、智能系統和調查作業支持系統等均由國內企業設計制造，核心技術自主可控。可搭載數十臺配置不同觀測儀器的空、海、潛無人系統裝備，能在目標海區批量化布放，并進行面向任務的自適應組網，實現對特定目標的立體動態觀測。

1.1.2" 極地科考

極地科考船以“雪龍2”號為典型代表。“雪龍2”號設計船長122.5 m，型寬22.32 m，船深11.8 m，吃水7.85 m，排水量13 996 t，裝載能力約4 500 t，航速12～15節;結構強度滿足PC3要求，具備艏艉雙向破冰能力，艏向能在覆蓋有0.2 m厚積雪的1.5 m厚冰層上以2～3節的速度連續破冰航行;裝載全回轉電力推進系統和DP-2動力定位系統;船上可搭載科考人員和船員共90人，續航力為2萬海里，自持力在額定人員編制情況下可達60 d。

1.1.3" 潛器母船

潛器母船中“深海一號”為蛟龍號深潛器母船，“探索二號”為奮斗者號深潛器母船。

“深海一號”是中國首艘載人潛水器支持母船，船長90.2 m，型寬16.8 m，續航力超過14 000海里，具有全球無限航區航行能力，配備了超過300 m2的實驗室和專用6 000 m級無人纜控潛水器作業系統，同時在節能降噪方面進行了技術設計。該船可為“蛟龍號”深潛作業提供水下、水面支持。

“探索二號”船總長87.2 m，型寬18.8 m，型深7.4 m，最高航速14.2節，滿載排水量6 700 t，配置2臺全回轉舵槳和2臺艏側推，采用全電力推進，DP2級動力定位，續航力大于15 000海里，自持力不低于75 d，可同時搭載60名科考隊員開展海試任務，采用了國際先進的電力推進系統和定位系統，可以支撐深海、深淵無人智能裝備進行各項海試任務，還可搭載萬米級載人潛水器“奮斗者”號和4 500 m級“深海勇士”號載人潛水器。

1.1.4" 漁業調查

農業部下屬各水產研究所近年來，建造多艘用于漁業調查的科考船，“藍海201”是其中的典型代表。

“藍海201”是中國最大的海洋漁業綜合科考船之一，總長84.50 m，型寬15 m，滿載排水量3 281.5 t，續航力達10 000海里，配備有國際先進的科學調查系統。船上配備了聲學評估系統、無線拖網監測系統、浮游生物分水層拖網等世界一流的漁業資源科學調查設備和國際先進甲板機械操控系統。

此外，我國還有多艘先進的科考船在建或計劃建造，包括“探索三號”遠洋綜合調查船、北極漂流科考船、海洋科考實習船等。

1.2nbsp; 科考船交付時間分析

現役遠洋科考船從交付時間來看集中于2011年至今（圖1），從用途來看遠洋科考船以綜合調查船為主，也有漁業調查船、航道測量船、浮標工作船、大洋鉆探船、極地科考船及潛器母船等專業和特種科考船，種類齊全，已基本能滿足我國海洋各學科從高空大氣經海氣界面直至海底的全方位多角度需求。

1.3" 科考船先進技術分析

遠洋科考船的設計要求高，近年來遠洋科考船設計上有低噪聲、綠色環保、信息化、智能化、集成化和科考設備模塊化等特點。國內遠洋科考船設計單位主要有708所、701所、702所。

遠洋科考船的建造/改造單位主要有武昌造船、黃埔文沖、江南造船、滬東中華和廣船國際。武昌造船建造14艘，黃埔文沖建造6艘，江南造船建造5艘，滬東中華建造5艘，廣船國際建造5艘（其中文沖修造建造2艘），其余船廠建造數量為1～2艘。建造遠洋科考船需突破的關鍵技術有海洋調查裝備安裝調試技術、主推進系統安裝調試技術、減振降噪技術、重量重心控制技術、船舶信息化系統安裝調試技術、結構生產設計技術和船舶建造工藝技術等。

2" 科考船主尺度分析

對1978年至今的我國科考船的主尺度進行調研分析，船長、型寬、型深、吃水和排水量中單一參數對比關系并不明確，因此，需要開展無因次化處理。無因次化處理主要通過船型系數的計算來實現，通過已知參數求得長寬比、寬度吃水比、方形系數，無因次化分析結果如圖2所示。

從圖2中長寬比、寬度吃水比、方形系數等重要船型系數的統計可以看出，在長寬比、寬度吃水比的選擇上，隨著技術進步發生了顯著變化。長寬比由4.5～7.6的范圍，漂移至2.4～6.9;寬度吃水比由2.4～2.9的范圍，擴大至2.1～4.2;方形系數由0.47～0.6的范圍，擴大至0.25～0.8。長寬比的變化表明近年來遠洋科考船對航速要求降低，對耐波性要求提高，船寬增加，橫搖角度減小，有利于作業安全。寬度吃水比和方形系數的變化表明遠洋科考船設計時艙容增加，能夠更從容地布置設備并提供未來拓展能力。科考船船型從常規排水型船舶擴大至小水線面雙體船也是船型系數變化的重要原因。

遠洋科考船采用常規推進方式占比為33%，采用電力推進方式的占比為67%（圖3）。電力推進系統有布置靈活、噪聲振動低、容易滿足大容量用電需求等特點，適合科考船需求，在遠洋科考船上獲得廣泛應用。采用電推-吊艙布置時，推進電機位于吊艙內，節省空間，操縱性好，但成本高;采用電推-全回轉推進器布置時，布置較為緊湊，操縱性較好，但成本較高;采用電推-軸槳布置時，需要一定船內空間，還需尾側推保持動力定位能力，但成本低;采用“靜音電機+軸+低噪聲螺旋槳”更容易滿足水下噪聲要求[3]。

目前水下噪聲標準以挪威船級社船規應用最廣。該標準包括5個船級符號：R為科考作業、A為聲學設備、S為地質勘探、F為漁業和E為環境保護。其中R要求最嚴，E要求最低。噪聲控制需從船體結構、動力系統、機械設備選型、艙室布置和空調通風等各方面在設計和建造中綜合控制。近年來新建的遠洋科考船均采用了減振降噪措施。“嘉庚”號是國內第一艘滿足DNV Silent A+S要求的科考船，“東方紅3”號是國內第一艘滿足DNV Silent R要求的科考船，“實驗6”號和“中山大學”號均滿足DNV Silent A+S要求。

近年來新建的遠洋科考船設計上越來越多地考慮到了適居性要求。為了保證實驗室設備工作環境要求和改善船上人員的工作生活舒適性需要控制實驗室工作和生活艙室的振動和噪聲。CCS《綠色生態船舶規范》中規定艙室噪聲舒適度等級，分為1、2、3級;其中1級最低，3級最高。“雪龍2”號、“東方紅3”號、“實驗6”號滿足中國船級社2級舒適度要求。“向陽紅21”號、“北調996”滿足中國船級社3級舒適度要求。居住艙室條件較上一代科考船有明顯提升，“實驗6”號全船住艙自然采光、設獨用衛生單元，全船平鋪，無上下鋪。

3" 遠洋科考船發展方向

3.1" 加強頂層設計，合理規劃遠洋科考船長期建設

我國遠洋科考船近年來的高速發展會導致未來一段時間科考船需求下降，對設計建造單位技術持續發展不利。2040年左右遠洋科考船則會存在批量替換的經費壓力。英國、加拿大等國都制定了國家造船戰略，英國《國家造船戰略》中規劃了遠至2050年的遠洋科考船換代計劃。我國遠洋科考船發展規劃不清晰，影響了遠洋科考船的未來建設。相關部門需統籌規劃未來遠洋科考船布局。

3.2" 加強國家科考船隊建設

2019年后隨著國家機構改革，國家海洋調查船隊的建設處于停滯狀態。自然資源部需要在現有的小船隊基礎上推動國家科考船隊建設，進行有效的頂層管理和協調，聯合科研院所、高校構建統一高效的專門管理體系;搭建國家級共享平臺，建立統一的使用標準，統籌安排共享單位、其他使用單位、個人的使用裝備申請，公開發布共享計劃，促進遠洋科考船有效共享。進一步推動科考船分類分級和科考設備標準化，提高每航次海洋科學成果產出，降低海洋調查重復性，避免能力重復建設、提高科考船在航時間。

3.3" 制定遠洋科考船船型標準

新建的遠洋科考船船型多樣，總布置各異。科考船設計建造難度大。國外知名的船舶設計公司的遠洋科考船采用的是系列化設計，用戶可按自身需求選擇現有船型直接訂購。我國的科考船設計部門也需制定遠洋科考船船型標準，形成系列化設計，方便用戶選擇。還可聯合國內船廠向海上絲綢之路國家推銷，促進遠洋科考船出口。

參考文獻：

[1] 宋憲倉，杜君峰，王樹青，等.海洋科學裝備研究進展與發展建議[J].中國工程科學，2020，22（6）：76-83.

[2] 吳剛，秦琦.中國海洋科考裝備的現狀分析與建設展望[J].前瞻科技，2022，1（2）：166-182.

[3] 吳剛，黃維.海洋綜合科考船設計[M].上海：上海交通大學出版社，2018.

基金項目：2022年廣東省海洋經濟發展（海洋六大產業）專項資金項目（粵自然資合〔2022〕30）

第一作者簡介：韓藝鋒（1989-），男，工程師。研究方向為船舶設計與制造。