海洋工程综合检测船研究与设计

周国平

（上海船舶研究设计院,上海 200032）

0 前言

海洋资源的开发需要先进的海洋工程技术和装备来支持，随着海洋石油和天然气开发工程迅速发展，为海上工程提供各种服务的海洋工程辅助船得到了很大的发展，并逐渐趋向于多样化、复杂化和智能化，成为海洋石油和天然气勘探、开采工程中不可缺少的一个组成部分。十多年来，上海船舶研究设计院（以下简称“我院”）研究开发设计了一系列海洋工程特种船舶，海洋工程综合检测船是我院为中海油田服务股份有限公司自主研发设计的又一型为海洋工程提供多种服务、具有多种海底作业功能的电力推进型多功能综合检测船。

本船型于2002年10月16日开始研发设计，由大连新船重工有限责任公司建造，首制船2003年10月24日开工建造， 2005年1月21日进行了倾斜试验，于2005年1月23日至2月3日，在大连三山岛海域进行了实船航行试验。实船试验和测试结果表明：各项技术性能指标均达到和超过原设计任务书的技术要求，特别是电力推进、动力定位等高新技术，达到国际同型船先进的技术水平。该船被命名为“海洋石油709”（见图1），于2005年2月28日交付使用。船舶交付以后即奔赴石油平台作业现场，承担多种作业任务，受到国内外石油平台作业者和船东的好评。现就本船型的研发设计工作，在技术方面作一简要介绍。

1 船舶主要关键技术性能

1.1 主要作业技术性能

1.1.1 水下管线建造支持和维护修复作业

在海管和电缆的铺设中,执行柔性管线和电缆的铺设、安装立管、法兰连接、挖沟和埋设作业或支持工作。

海管和电缆作业主要采用无人遥控潜水器(ROV)或饱和潜水设备来进行，在浅水区采用常规潜水作业。管道修复主要采用国际上通行的修理方法和专用卡具。主甲板上,中后部有一个海底管线修复作业区和甲板起重机，用于吊运和存放修复设备和管线。

1.1.2 水下工程作业

利用本船的甲板空间和起重设备，使用ROV或潜水设备进行海上平台、浮式设施、水下生产系统等的建造支持、水下检查、维护、修理等作业。

1.1.3 管线调查和ROV作业

本船在船中部的主甲板上设置了从船底直通主甲板的正方形(5.4 m×5.4 m)的月池，ROV及其支持设备放置于月池周围及主甲板上，ROV为调查工作型和专用工作型，最大作业深度达到1000 m以上，设有多套多功能机械手臂和探测、监视设备。通过对ROV的控制和操纵，可对水下管线和海底设施进行搜寻、探测、测量、观察、记录和数据处理，并可通过ROV的机械手臂进行水下深水维护和应急修理作业。

1.1.4 潜水作业

1）300 m饱和潜水

船中部主甲板上的正方形月池，供潜水钟使用，并预留有饱和潜水装置，如：加压舱、起吊装置、生命保障系统、气体回收系统、各类控制台、紧急逃生舱(艇)、水下探测设备和操作工具等的作业面积，使本船可以具有300 m水深的饱和潜水作业能力。

2）常规潜水

本船在船中部的主甲板上左、右舷各设置了2个常规潜水工作站点，每舷工作站点设可拆卸式门式吊架，用吊笼的方式收放潜水员。

1.1.5 地质钻孔作业

本船可安装大功率钻机于月池上方，使用动力定位方式作业，进行工程地质钻孔作业，所有装具将为撬装式设备，钻孔作业时将其放置在主甲板上作业区。

1.1.6 海洋工程环境调查

本船要能配合进行多道数字地震和常规模拟物探调查作业的能力。后甲板具有同时安装3台模拟物探绞车和数字地震炮缆绞车、电缆绞车、空压机、活动仪器房的甲板空间。

1.1.7 海上工程起重机

在船的右舷设置1台海上作业全回转液压起重机，最大的起重能力为50 t，跨距15 m；最大吊距18 m，舷外跨距达15 m；工作水深500 m，配有涌浪补偿装置，并满足在蒲福风级6级风,1/3有义波高H1/3=2.5 m的海况下作业要求。补偿装置可使起升钢丝绳吊点位置始终处于稳定状态，不论被吊物体是在海底、其他船上、波浪工况下，均能提供最佳起吊条件和确保被吊物体的稳定。在主甲板下设置了相应的防倾调载压载水舱，以适应瞬间的调载要求。可用于海底管线修复和其它水下作业设备的起吊工作。主甲板左舷设置1台5 t全回转液压起重机，最大吊距12 m，用以配合大起重机施工工作。船尾还配备可拆卸式150 t液压门式吊1台（A字架），环境条件为：7级风和H1/3=3.0 m，以完善海上工程施工作业。

1.2 作业安全保障技术性能

1.2.1 动力定位系统

本船的动力定位系统通过对推进器的自动控制，使船舶保持在原定位置和航向所限制的位移范围内。配置的二级动力定位系统能适合海流3 kn，H1/3=2.5 m，任意方向的平均风速小于7级的要求，定位精度达到作业区域水深的3%～6%或5 m～10 m的专业精度要求。

1.2.2 减摇功能

本船在船上设置U型减摇水舱，使船舶在H1/3=2.5 m，7级风的工况条件下横摇不超过5°、纵摇不超过 2°。

1.2.3 防倾调载功能

本船因应用50 t海上作业全回转液压起重机的要求，设置防倾压载水调节水舱，以满足全回转起重机海上起吊回转作业时，在4 min～5 min内回转180°，船舶瞬间倾侧之调整，保持平衡无横倾的特种专业作业要求。

1.2.4 船舶操纵和监控功能

本船在尾部设2台360°全回转电动机驱动舵桨装置。在首部设2台管状式电动机驱动侧推装置和1台升降式全回转电动机驱动舵桨装置。在驾驶室内分别设置前后控制台，按一人驾驶要求布置。机舱自动化按中国船级社AUT-0的船级标志要求设置。

1.2.5 救助工作艇

船上设1艘玻璃钢6人高速救助工作艇，船内柴油机驱动，喷水推进，配救助艇降落装置1套（含快速释放装置）。乘员3人时航速≥25.0 kn，乘员6人时航速≥20.0 kn。

2 船型主要技术特点

2.1 海底作业功能多

本船是一艘为海洋工程提供多种服务，具有多种海底作业功能的电力推进型多功能综合检测船。主要能从事管线建造支持、维护和修复作业，水下工程作业，ROV作业及管线调查，潜水作业，海洋工程环境调查，地质钻孔作业，海上电力供应和守护值班。基本涵盖了500 m水深范围内水下工程作业的需求。

2.2 技术性能多样化

为适应本船所具有的多种作业功能，本船具有多种不同的特种技术。起重作业要求船舶具有较好的抗横倾性能和较小的横摇角；钻井架的安装要求船舶具有较好的稳性和足够的强度；ROV作业及管线调查要求船舶具有较好的操纵性和跟踪能力；潜水作业要求船舶具有较好的生命安全保障能力；管线建造支持、维护和修复作业、水下工程作业等要求船舶具有足够宽敞的甲板工作面和足够大的甲板装载量等。本船的研发设计满足了具有多种不同特种技术要求。

2.3 作业适航性能强

本船航行于无限航区，适用于500 m水深以内，风力不大于7级，海流3 kn，对本船型来说作业环境条件要求是较高的，与国外同型船相比较，其要求是较高的。特别是在6级风,H1/3=2.5m的海况下，海上作业全回转液压起重机起吊作业，吊重50t，跨距15 m，工作水深500 m，全回转起重机在4 min～5 min内回转180°，船舶保持平衡无横倾特种专业作业要求。

2.4 动力定位精度高

动力定位系统作为本船的作业安全保障功能之一，通过对船上各推进器的自动控制，产生推力和力矩，克服由风、浪、流等外力产生的使船舶偏离原定位置和航向的影响，使船舶在海上保持一定的位置和航向，或按所规定的航线以一定的速度移动和跟踪。本船的配置的动力定位系统能适合海流3 kn，H1/3=2.5 m，任意方向的平均风速小于7级的要求，定位精度达到作业区域水深的3%～6%或5 m～10 m的专业精度要求，满足各种特种作业特殊要求。

2.5 稳性好结构强度高

船中部的正方形月池，能适合ROV的1000 m深水作业、300 m饱和潜水供潜水钟使用、地质钻孔作业安装大功率钻机等。船体结构具有足够的强度以保证设备安装和作业安全；船舶具有足够良好的稳性以保证26 m高的大功率钻机安装和作业安全，以及1000 t甲板装载量的稳性。

2.6 自动化程度高

本船型在机舱自动化方面达到AUT-0的要求。船上设有满足无人机舱要求的全套遥测监视和遥控操作装置，在机舱集控室和驾驶台上均设有可随时按需要显示各种参数的先进设备。尤其是机舱报警装置选用先进的数字化式的微机网络系统，该系统是国外造船发达国家近几年发展起来的最新技术。

2.7 低速操纵性能好

本船在尾部设2台360°全回转电动机驱动舵桨装置。在首部设2台管状式电动机驱动侧推装置和1台升降式全回转电动机驱动舵桨装置。船舶的操纵性能是其它船舶不可比拟的，仅操舵桨角15°，即可达到其它船舶需操满舵才能达到操纵性能。特别是在低速航行时，通过驾驶台单手柄的操作，可方便地实施船舶的直线前进、平行横移（向左，向右）、原地回转、定点回转、直接倒退、360°全回转及任意方向的自由航行。本船型所具有的这些卓越操纵性能特别适合海洋工程的特种作业要求。

2.8 低噪声低振动性能好

本船采用3台主发电机组，2台带导流管电力推进全回转舵桨装置，在船首设有2台管状式侧推装置，1台升降式全回转舵桨装置的电力推进系统，主发电机组和推进电机均在稳定的常态下工作，振动和噪声都特别低，本船型所具有的低噪声低振动性能特别适合海洋工程环境调查特种作业中所要求的低噪声低振动。

2.9 作业设备先进装备优良

本船的设计中广泛采用了已发展成熟的先进技术，如：发电机组、全回转舵桨装置、管状式侧推装置、升降式全回转舵桨装置、自动电站等，这些先进技术的采用，增强了船舶在恶劣海况中的操纵和定位能力。

本船还配备了体现当代先进技术发展水平的诸多先进设备，如：海上作业全回转液压起重机，设有升沉补偿装置以及衡张力系统，补偿装置可使起升钢丝绳吊点位置始终处于稳定状态，不论被吊物是在海底、其他船上、波浪工况下，均能提供最佳起吊条件和确保被吊物体的稳定，衡张力系统可使起升钢丝绳吊点下的被吊物，在衡定的吊力下匀速运动，确保被吊物体的稳定，这些设备性能充分保证了船舶作业时的安全可靠。船尾还配备可拆卸式150 t液压门式吊1台（A字架），环境条件为：7级风，H1/3=3.0 m，进一步完善了海上工程施工在恶劣外部环境中的作业能力。

2.10 作业安全保障功能完善可靠

为保证本船型在各种恶劣的外部环境中去执行各种作业任务，除了要求船舶本身必须具备优良的技术性能外，本船配备了较为完善和先进的、技术性能优良的作业安全保障系统，如：动力定位系统；U型减摇水舱，使船舶在H1/3=2.5 m，7级风的工况条件下横摇不超过5°，纵摇不超过2°；设置防倾压载水调节水舱，以满足海上起吊作业时，船舶瞬间倾侧的调整要求；1艘玻璃钢高速救助工作艇，喷水推进，乘员3人时航速≥25 kn，乘员6人时航速≥20 kn。这些作业安全保障系统充分保证了船舶作业时的安全。

3 专题研究主要技术内容

3.1 电力推进应用技术研究

海洋工程综合检测船作业工况极为复杂，具有多种海洋工程特种作业功能，因此要求动力装置机动性好，操纵灵活，低速性好，并能易于配置动力定位等。另外在作业工况时有大功率的作业机械如：海上作业全回转液压起重机、A字架绞车、管状式侧推装置、升降式全回转舵桨装置等需要由电站供电。对上述要求在电力推进时能方便地给予最大程度的满足。对电力推进应用技术研究分如下九部分进行分析和论证。

1）电力推进动力装置；

2）电力系统型式；

3）主推进装置型式；

4）交流电动机的调速方式；

5）主推进电动机；

6）电力推进使用电压对比；

7）电力推进系统主要配置；

8）电力推进系统造价估算；

9）营运经济成本。

本船电力推进动力装置配置与使用情况：

主电站由3台2000 kW的中速船用柴油交流发电机组组成。全速航行或动力定位（起重、钻井检测、ROV及管线维修）作业工况时，3台机组并联运行供给全船用电；另外设1台640 kW的中速船用柴油交流辅助发电机组备用，或作为停泊待命时使用；设1台90 kW的应急发电机组。

本船尾部2台360°全回转带导管舵桨装置，分别由2台2200 kW变频调速交流电动机驱动。推进电动机采用静态PWM（脉宽调制）变频控制方式。转速从0～100%可以无级调速，以满足机动操纵需要。首部设2台630 kW电动机驱动管状式侧推装置和1台1000 kW电动机驱动升降式全回转舵桨装置。升降式全回转舵桨装置的电动机采用变频调速方式。3台主发电机和1台辅发电机可单机使用也可根据负载情况和各种工况并联使用。

3.2 动力定位系统技术研究

动力定位，是指通过对推进器或螺旋桨的自动控制，使船舶保持在某一指定位置的特殊装置。动力定位系统通过对推进器的自动控制，使船舶在海上保持一定的位置和航向，利用船本身所配备的动力，通过推进装置、侧推装置，产生推力和力矩，克服由风、浪、流等外力产生的使船舶偏离原定位置和航向的影响，使船舶保持在原定位置和航向所限制的位移范围内。对动力定位系统的研究分如下十部分进行分析和论证。

1）动力定位的精度；

2）动力定位主要系统的组成；

3）动力定位的分组；

4）对冗余设计在技术上的要求；

5）动力定位系统的功能；

6）动力定位控制台；

7）国外动力定位概况；

8）国内生产的动力定位系统概况；

9）动力定位操作简述；

10）动力定位控位能力图。

本船动力定位装置配置与使用情况：

本船配置二级动力定位装置1套，按中国船级社（CCS）DP-2动力定位船要求设计，配置具有冗余设计技术的自动定位系统。动力定位系统能适合海流3 kn，H1/3=2.5 m，任意方向的平均风速小于7级的要求，定位精度达到作业区域水深的3%～6%或5 m～10 m的专业精度，满足地质钻孔，水下管线敷设建造和维修，ROV自动跟踪守护值班等作业要求。本船动力定位系统具有以下功能：保持指定位置、目标定位、自动搜寻最佳船首位置、转向点跟踪、ROV自动跟踪、变换回转中心、自动航行、平行移动。

本船动力定位系统由测量用传感器，计算机系统，控制系统以及推进系统等组成。测量用传感器系统，主要是指位置检测、航向检测、纵横摇检测及外力检测用传感器。通过传感器，检测出船舶的瞬时位移量。设2套计算机系统，用来接受来自传感器的电信号，经过比较、计算处理之后，向主推进装置、侧推装置和操舵装置发出一系列控制指令。控制系统的基本任务是：通过测出船舶相对于定位基准点和基准首向的差值，利用控制器发出推力指令，以减少这一差值，使船舶定位于基准点。推进系统由尾部2台360°全回转带导管舵桨装置，首部1台升降式全回转舵桨装置和2台管状式侧推装置组成。功能：接收来自控制系统的信号，由主推进装置/侧推装置产生相应推力和力矩，克服外力和外力矩的影响，使船舶保持在相对固定的位置，以满足定点作业的特殊需要。

4 船舶基本概况

4.1 航区及作业环境条件

本船可作为一艘为海洋工程提供多种服务的电力推进多功能综合检测作业船，航行于无限航区。作业环境条件：

1）适用于500 m水深以内；

2）风力不大于蒲福风级7级；

3）海流 3 kn。

4.2 用途

本船是一艘海洋工程综合检测船。主要从事管线建造支持、维护和修复作业；水下工程作业；ROV作业及管线调查、潜水作业、海洋工程环境调查、地质钻孔作业、海上电力供应和守护值班。其主要作业用途如下：

1）管线建造支持维护和修复作业；

2）水下工程作业；

3）管线调查及ROV作业；

4）潜水作业；

5）海洋工程环境调查；

6）地质钻孔作业；

7）海上电力供应和守护值班。

本船可配合ROV、300 m饱和潜水、60 m常规潜水作业，并配备有50 t的起重机。能作为海底管线检查、维护、应急修理等水下工程作业的支持工作母船。

本船可配合海洋工程环境调查专用设备和大功率钻机实施浅层高分辨率物探、工程地质调查、CPT钻孔、取芯等，本船将作为其支持母船。

本船应预留各种海上作业设备和工作空间以及相应的配套管线、电缆接口和固紧设施。

4.3 船型

本船为电力推进船型、全焊接式钢质船体、横骨架式、具有一层连续主甲板。主甲板上设有2层首楼，第二首楼甲板上设有2层甲板室，主甲板下设局部平台甲板和局部双层底，机舱区域为双底双壳。本船采用3台主发电机组，2台带导流管电力推进全回转推进装置，前倾式球首型船首，巡洋舰式船尾，在船首设有2台管状式侧推装置，1台升降式全回转舵桨装置。船舶设有二级动力定位系统。主甲板的中后部设有ROV作业区、海底管线修复作业区、钻孔作业区、潜水作业区、调查作业区以及甲板载货区。

4.4 船级

★ CSA 5/5 Research Ship，Offshore Supply Ship，DP-2，Ice Class B3

★ CSM AUT-0，CMS

4.5 主要技术要素及总布置图

我院研究开发设计的海洋工程综合检测船船型的主要技术要素见表1。海洋工程综合检测船船型的总布置概况见图2。

表1 海洋工程综合检测船主要技术要素表

5 结语

随着人类对能源的需求量日益增加，科学技术日新月异的发展，海上石油和天然气开发工程迅速发展，勘探开发从陆地走向海洋，从浅水走向深水是一条必由之路。海上石油开发是关系到国民经济发展的大局，我国海洋石油和天然气勘探、开采水平与国际水平相比较仍有一定的差距，发展我国海上石油和天然气勘探、开采事业，研发各类高新技术、高性能水平的海上石油和天然气勘探、开采工程所需的海洋工程辅助船舶，是发展和提升我国海上石油开采水平的一项关键性工作。满足特种作业要求的海洋工程辅助船已成为当前急需开发研究的项目之一。我院研发成功的海洋工程综合检测船（海洋石油709），填补了我国在这一特种船型上的空白，是我国海洋工程特种船舶的优秀船型。

以上是笔者在从事洋工程综合检测船（海洋石油709）研发设汁工作中的一些学习体会和实践经验，仅供参考，如有不对之处，欢迎批评指正。

［1］中国船级社.钢质海船入级与建造规范（2001年）［M］.

［2］中国海事局.船舶与海上设施法定检验技术规则（1999年）［M］.