江西省航道工作用艇船型标准化系列化研究

廖慧清

(江西省高等级航道事务中心,江西 南昌 330038)

0 引言

2006年交通运输部发布的《全国内河船型标准化发展纲要》确定了到2010年和2020年我国内河船舶实现标准化和系列化的发展目标,船舶标准化已成为船舶技术的重要发展趋势。

江西省内河航道发展条件优越,全省拥有通航河流或航线101条,航道通航里程5 716 km,位居全国第8位。作为交通强国建设试点省份,江西省交通运输厅制定印发了《“三大攻坚行动、三大提升工程”落实细则》和《加快水运改革发展实施意见》,结合江西水运发展实际,提出了江西发展智能航运的总体战略定位,发展目标包含五大核心要素的发展方向和实施路径。根据《推进赣鄱黄金水道智能航运高质量发展试点工作方案》《赣鄱黄金水道智能航运高质量发展试点工作实施方案》《江西智能航运发展五年行动计划》,研究确定了一批试点示范项目。为适应江西赣江、信江三级航道全线贯通面临的新形势、新要求,进一步提升高等级航道管养水平,并更好地完成《江西省水运改革发展工作要点》任务和要求,加速推进水运装备设备标准化、现代化,有必要开展江西省航道工作用艇船型的标准化、系统化研究,形成适用于江西航道工作特点的功能型船型设计成果,为航道养护精细化管理打下坚实船艇装备基础。

因此,本文基于江西省航道工作艇现状,对江西航道主要船型进行标准化、系列化技术研究,为实现交通公务船艇智能化、标准化提供船艇建设方案。

1 航道工作用艇标准化建设现状分析

江西省航道船艇的配备一般由所在单位主管部门根据需求结合当地经济发展水平设计和建造,因此船型不一,缺乏指导性的建造统一标准。此外,江西省航道工作船艇老化,普遍船龄偏大,严重制约了航道日常维护工作的顺利开展。尤其是航道管养的主力船型,原有船型较小,起吊能力差;航道快艇是汽油舷外机,水上加油不方便,存在严重安全隐患,已经不能适应高等级航道的日常管理、航标维护的新要求。随着航道等级的提升,航标设施的大小和重量将面临较大提升,目前的许多航标艇不适合高等级航道航标维护精细化管理工作要求。

近年来,拥有内河通航水系的省份纷纷投入巨资整治和提升航道等级,提高内河水运在交通运输领域的份额[1]。现阶段,江西省在内河船型标准化推进工作方面虽取得了一定的成果,但是仍存在以下几个方面的不足:

(1)过去对发展内河水运的重视程度不高,资金投入不足,造成内河水运发展严重滞后,而内河航道和港口基础设施相对薄弱,这也严重制约了全省内河船舶标准化发展。

(2)航道工作船艇建造年限参差不齐,船舶类型多样,功能定位不明确,给船舶的维护保养和人员培训带来很大的不便。

(3)目前内河高等级航道少,船舶标准化程度低,船型与航道、船闸的协调性相对较弱,特别是随着江西省公路交通大发展的趋势,跨河桥梁日益增多,船型与跨河桥梁的协调急待加强。

做好各类型航道维护船艇的供应保障工作,是实现全省航道的绿色发展、低碳交通、保航畅通的重要基础。因此,根据目前江西省内河航道现状,结合江西省内河航道建设标准,发展高等级航道,对航道工作用艇的主要船型开展江西航道工作用艇标准化系列化技术研究已是当务之急。

2 内河航道工作用艇研究内容

江西省内河船型标准化需要结合全省现有航道通航能力、本地港口实际情况进行综合研究,制订符合全省航道的船型主尺度系列标准,最大限度地提高内河航道的通航能力。但船型标准化涉及面广、情况复杂,不仅是技术上的问题,更是管理上的问题,要从标准船型研发、新建非标准船型的限制、落后船型淘汰等方面统筹推进。本文结合江西省内河航道建设标准,从江西省内河航道日常管养出发,分别对航道巡查船、航标工作船、航道测量船、航道工作趸船和船闸工作船5种主要船型进行标准化、系列化研究,见表1。根据江西省航道工作用艇需求,从总体布置、船舶尺度、线型设计、结构设计、设备比对对江西省航道工作用艇进行标准化研究,提出满足实际需求的标准化、系列化船型。

表1 内河航道工作用艇分类、用途及特点

3 内河航道工作用艇研究技术路线

内河航道工作用艇研究技术路线见图1。

图1 研究技术路线

3.1 船型分类及配置

3.1.1 调查研究和搜集资料

深入调查研究,全面收集资料,是做好新船型研发的基础。通过对省内外兄弟单位航道管理、养护船艇的调研工作,同时搜集了解国内外航道管理、养护船艇研究的新进展、新成果,为新船型的研究提供详实的基础数据资料。

3.1.2 新型船标准化设计研究

标准化新船型的研究是一项复杂的系统工程,需要通过综合研究。新型船设计主要从总体、结构、轮机、电气、经济技术5个部分开展研发工作,运用先进的专业研发技术手段,实现船型参数、线型、总体布置、结构、操纵性能、自动化控制、先进性和经济性等方面的综合优化。

针对江西省航道船舶的现状及未来船型发展趋势,采用船舶数学化建模,通过数值分析比对得出航道最佳船型,并以航道客观条件综合分析航道状况及航行船舶特点,研发适应高等级航道的船型标准化尺度。

3.2 船舶力学性能分析及新材料应用

根据船艇的总体布置,通过MAXSURF软件进行船体建模、稳性分析、运动和阻力预测、结构建模、结构分析等。通过参数化的三维模型运行,系统控制船舶的船体形状,确保获得平整的、优化的船体外形和优化的受力结构,获得符合江西航道现实情况的理想船型[2]。研究带筋板、减震降噪材料、绿色环保内装材料和辅料在标准化船舶上的应用,结合有限元力学建模对船体结构受力进行系统分析,从而使标准航道船艇在绿色环保性、轻量化、新材料应用和节能等方面有较大改善[3-4]。

3.3 船舶机电设备优化与集成设计

对船舶机电设备进行模拟仿真对比实验,对设备性能进行比对,从而优选出符合标准化性能的机电设备[5]。同时运用现有的计算机通信技术,实现船舶安全控制。信息技术在船舶管理中的应用,在监控技术和监管方式上加强对船舶的管理,实现船舶成本控制与优化运作。

3.4 航道工作用艇智能监管系统研发

研发的航道工作用艇智能监管系统主要功能如下:通过AIS实时查询船舶的航行情况、停泊位置及航行轨迹;通过视频监控实时查询航道工作船内部及周边环境情况;通过AIS、测深仪,对规划的航道线路进行水深测量;通过油箱电子油位计掌握燃油消耗情况;通过对主机转速监控掌握船舶实时运行情况。最后利用4G/5G技术,通过内网将数据实时传输到航道运行管理系统平台,实现船岸数据同步[6]的目标。

4 航道工作用艇研究成果

4.1 研究成果

(1)确定适用于江西航道工作特点的5种典型功能型船型(航道巡查工作艇、航标维护工作船、航道测量船、航道工作趸船及船闸工作用艇)。

(2)形成5种典型船的总布置图、主要结构图、型线图,并绘制外部标识、效果图。

(3)确定5种典型船具有良好综合技术性能的机电设备配置。

4.2 成果形式

(1)完成《江西省航道工作用艇船型标准化系列化研究》研究报告。

通过对江西航道工作用艇的功能性调研和分析,经多方案对比提出航道巡查艇、航标工作船、航道测量船、航道工作趸船和船闸工作船5种船型的总体配置,根据航道工作用艇配置设计一系列工作用艇,并通过三维效果图等方法模拟实船布置效果。结合有限元力学建模对船体结构受力进行分析,实现标准航道船艇在环保节能、船舶轻量化方面的较大提高。研究了船舶机电设备优化设计和船舶智能监管系统,运用计算机信息技术提升船舶监管水平,实现船舶成本控制与优化运作。

(2)编制“江西省内河航道工作用艇船型标准化建设指南”。

该指南主要内容包括内河航道工作用艇建设要求及标准、内河航道工作用艇编制依据及适用范围、内河航道工作用艇着色及命名规则、内河航道徽标设计、内河航道工作用艇标准化图册等5个方面,提出了基层航道部门一艘趸船、一艘航道巡查艇、一艘航标工作船的配布原则,对船舶着色、船舶命名、船籍港命名和标识进行了规范,详细列出了标准化5种船型的参数、图纸。目前标准化的5种船型实船进行了建造并已投入使用,实现了船体结构和外形的最优设计,符合实际航道的使用需求,最大限度地提高了船体的性能,为同系列船型提供参考,同时降低了船艇的建造成本。

5 结语

随着航道工作船艇船型标准化工作的推进,船舶节能设备和节能新技术的大量使用,船舶能耗明显降低,节能降耗效果愈发明显。江西省航道精细化管理工作效率显著提高,无论是航道的定期巡查,还是应对水上突发状况、维护航标等,工作效能将明显提升。航道工作用艇船型标准化、系列化研究完成以后,可以避免同类船艇新建重复设计,从而显著缩短我省航道管养工作用艇建造周期,大量减少后期同类型船舶设计费用,而且标准化工作用艇的使用,可明显提高使用船艇日常维护周期、提高驾驶船员培训效率,降低水域环境污染,提升江西省航道管理整体形象,顺应国家内河船舶标准化的发展趋势。