拖船技术加快“四化”脚步

周羽欢

拖船业发展至今已有180年的历史。随着船东和港务局对更大动力、更高效拖船需求的日益增多，拖船的推进系统和相关船体设计得到快速发展，全球拖船市场正呈现出一个高效率化、多功能化、小型化及大功率化的发展趋势。

回顾拖船的发展历史，由最初的建造更大型拖船搭载大功率主机驱动、深浸螺旋桨来满足系柱拉力增长的需求。随着新型推进系统的出现，船体设计发生实质性改变。其历史性变革的标志是1952年在德国诞生的福伊特拖船，它所采用的平旋推进器可产生全方位的推力，并且系柱拉力可精确地作业于需要的位置。

该型拖船的诞生促使了全方位推进器或“Z型传动装置”的发展。新技术的出现使设计者极大地摆脱了传统的螺旋桨/尾轴传动的束缚。目前，4种采用“Z型传动装置”的设计概念在拖船业中已得到公认，且每种都能解决“将正确数量的力准确作用于正确位置”这个问题，使得拖船可以安全、有效的针对大型船只进行作业。这4种技术分别是全方位尾驱动（ASD）、带有Z型推进器的拖船、回旋圆筒拖船（Rotor Tug）以及Z-Tech。

现代ASD

目前，大多数拖船船东对拖船的选择基本都是全方位尾驱动拖船（Azimuthing Stern Drive Tug），该船型有2个位于船尾下方的Z型传动装置。每个推进装置可以独立控制，在任意角度对船体产生推力。ASD拖船可前进、后退以及横向运动，可精确的在自身长度范围内转向。具备高度的灵敏性和相对较高的系柱拉力，且吃水并没有明显增加，这使得尾驱动拖船在许多应用中可替代一般拖船。该型船一般利用设在前甲板的绞车进行作业，在顶推模式中船首装有坚固的护舷材，需要的时候利用其灵敏性可快速复位，还可在船尾安装第二台绞车。该型船采用斜削型船尾，向船尾方向行进时可提供较高的航速，同时还可保留足够的机动性。长箱型龙骨或尾鳍使得拖船在斜拖模式作业中动态牵引力明显高于船舶的静态系柱拉力。

Damen船厂在过去的一年交付了基于其7型标准船型设计的多艘ASD拖船，从小的紧凑型港口拖船到可在无限航区作业的护航拖船。ASD Tug 2810是该厂最受欢迎的设计之一，已交付给全球许多客户，如Smit Harbour Towage公司，其船队中拥有20艘该型船。“Evgeniy Yakovtsev”号是新近交付的一艘具有代表性的ASD Tug 2810型拖船，它是乌克兰国有企业尤日内港（Port Of Yuzhny）订购的2艘冰级拖船中的一艘。拖船长28.67米，宽10.43米，吃水（船尾）4.95米。采用2台卡特彼勒3516B TA/B型主机，总功率为3132kW（4200bhp），驱动两个罗尔斯·罗伊斯US 255 Z型传动装置，前进系柱拉力50.9t，后退时为48.3t。最大自由航速前进时12.8节，后退时11.9节。

ASD Tug 3213是Damen船厂一型较新的大马力拖船，设计用来进行港口作业，俗称“Big Cat”级。荷兰海事研究所（MARIN）发起的专门研究拖船在无限航区作业的“安全拖船联合工业项目”中的许多研究成果在该型船上得以应用。该船长32.14米，宽13.29米，船尾吃水6.43米。除了之前提到的特征外，船体设计还增加了舷弧并提高了船尾，减少了甲板上浪。推进动力由2台卡特彼勒C280-8/MC型柴油机提供，1000r/m时最大持续功率可达5420kW（7268 bhp），连接罗尔斯 罗伊斯US 285 Z型传动装置及可调距螺旋桨。试验中“Big Cat”前进系柱拉力可达94.7t，后退时为88.9t，在任意方向自由航速均为14节。目前为Smit、Multraship和Lamnalco建造的7艘该型拖船已完工。

Z-Tech 拖船

Z-Tech是结合ASD拖船和全方位推进拖船最好的操作特点发展而来的。由Robert Allan公司（RAL）与香港财利船厂合作，专门为新加坡国际港务集团（PSA）开发，如今已在全球领域得到广泛应用。采用该技术的拖船在任意方向上的性能近乎相同，整体性能和安全性也得到改善。

Z-Tech拖船是真正意义上的“双头”船舶，独特的船型基于ASD结构，一个非常深的箱形龙骨（或尾鳍）位于船首下方。作业工具包括重型防护的船首和安装在较低位置处的拖缆绞车及导缆器，作业方式与ASD拖船相似。驾驶室位于船中后方，提供了良好的净空高度和稳定的牵引特性。

第一艘该型拖船Z-Tech 2800于2004年投入运营。之后，PSA、巴拿马运河公司、美国海军等客户又购入了大量该型拖船。

财利船厂最近正在为巴拿马运河管理局建造第二批13艘“Z-Tech”拖船。该最新订单为更大功率的Z-Tech 6500系列，拖船总长27.4米，宽11.5米，吃水5.83米。采用两台GE 12V228型主机，总功率4422kW（5930bhp），驱动2个Schottel SRP1515FP全方位推进装置和直径为2.6米的4叶片定距螺旋桨。拖船系柱拉力为65t，前进、后退时最大航速均为12.5节。船上还装有2台MacGregor Plimsoll单卷筒拖缆绞车，分布在拖曳甲板两侧，这种配置是专门为在巴拿马运河上作业而设计。3艘已于2010年完工，9艘将于2011年底完工，还有一艘将在2012年交付。

回旋圆筒拖船（Rotor Tug）

回旋圆筒拖船是由Kotug公司开发，采用3台全方位推进装置，2台位于前部，与常规拖船结构类似，1台位于船尾，代替了常规的尾鳍结构，形成三角形位置的布置。该船型为尖舭设计，船底几乎是平的，使得通过三台推进装置的水流特性达到最佳状态。回旋圆筒拖船最主要的特征是三台推进装置的控制系统。每台推进装置都有独立的手动控制器，船员可以单独控制每台装置的推力方向和螺旋桨转速。另设有一个“Masterpilot”控制器使得推进装置可以任意组合协同工作，由手动操作的方式来选择合适的控制器组合。

回旋圆筒拖船拥有以下几个优点：1．通常此类拖船由经验丰富的船员操作时，其功能可达到两艘普通拖船同时在大船两边拖曳时所产生的效果；2．拖船机舱空间一般较小，该类拖船却能巧妙地以三角形的方式布置3组主机和推进系统，有效地提升了拖船的功率；3．以该类船较小的体积所产生的系柱拉力，是其他同等级大小拖船所无法达到的；4．具有高度的可靠性。即使一组推进系统失灵，其余两组仍能提供相当于一般拖船的拖力；5．可在船闸内和狭窄区域对大型船舶进行作业。

第一批4艘回旋圆筒拖船由Kotug的船队在荷兰及德国的港口运营。该批拖船长31.43米，每艘都采用三台主机，总功率4698kW（6300bhp），系柱拉力75t。回旋圆筒拖船的灵敏性十分惊人，回转速度很高，横向移动速度高达6节，可在任意方向发挥其全部系柱拉力。所有4艘拖船可在广泛的作业环境中应用，如：港口、海岸、近海甚至海难救助作业。

最初回旋圆筒拖船的概念发展比较缓慢，不过拖船船东们目前正积极接受该型拖船，截止目前已有超过30艘船正在运营或在建。三个基本版本由Kotug的联营公司（KST）公司提 供。RT 80-32型 拖船，长32米，宽12米，吃水6.1米，系柱拉力80t，最大航速12.5节。在航速为10节的斜拖（护航）模式中，可产生超过90t的转向力。船头和船尾各设置有一台绞车，该设计来源于最初的原型并根据10年来发展总结的经验进行了一些改变。

所有14艘已经完工或正在建造的RT 80-32型拖船分别由日本新泻船舶修造厂和新加坡ASL船厂建造。“RT Rob”号、“RT Peter”号、“RT Adriaan”号、“RT Champion”号和“RT Laeder”号已于2009～2010年间完工，目前在欧洲使用。“RT Eduard”号、“RT Tough”号、“RT Force”号、“RT Darwin”号和“RT Tasman”号是最新交付的船只，目前正在澳大利亚作业。

ASL船厂也负责了8艘RT80-28型拖船的建造工作，这是个较短、较低的船型，主要用于港口作业，可通过船首或船尾拖曳。4艘已于2008年完工，其中3艘为汉堡Bugsier航运公司建造并命名为Bugsier4、5和6号，还有一艘“RT Margo”号交付给了Kotug的一家联营公司。另外，不莱梅Unterweser航运公司也订购了4艘该型船，其中“Dorum”号和“Midlum”号已于2010年交付，“Accurat”号和“Exact”号将于2011年内交付。

KST公司还为魁北克Groupe Oc é an公司本土建造的第一艘回旋圆筒拖船110-37E出售了一个“设计与技术支持”包。RT 110-37E是第一艘新一代高性能回旋圆筒拖船，适用于护航拖曳及其他广泛领域，包括近海作业。RAL公司受KST公司的委托设计了该船型并进行了水池试验。船长37米，型宽14.50米，深5.65米，最大吃水7.25米。该船型体现了RAL公司拖船设计的几个特点，包括船舷突出部，明显的舷弧和球形船首。当进行护航作业时，拖船由于拖缆的作用将产生倾斜，致使船舷突出部分浸没入水中，产生了一个巨大的回复力，从而提高了拖船的稳性。这些特点使得该拖船成为一型系柱拉力达到110t，前进和后退自由航速15节，横向航速高达6节的高性能拖船。

Z型传动拖船（Z-drive tractor tugs）

使用方位型推进装置和螺旋桨的拖船于70年代初期在欧洲诞生，被认为是福伊特-施耐德系统的替代品。然而由于福伊特施耐德平旋推进器有了很大的改进，市场上建造的Z型传动拖船很少。最值得关注的是由Damen船厂建造，在英国海军船厂使用的一系列4艘拖船，运营商为Serco海运服务公司。

福伊特拖船（Voith Schneider Tugs）

该型拖船使用的福伊特-施耐德推进器（VSP）是一种灵活的可调节推进器，可在不改变转速的情况下将推力作360°的无极改变。前进和后退以及船舶横向的操纵是通过对螺距的调整进行。船只如果装备了2台或多台VSP，即可向任意方向移动。VSP既是驱动装置又是操纵装置，特别是按照X/Y坐标的快速无极的推力变化提高了船舶操作的安全性。相对其他推进器，VSP以非常低的转速工作，因此它以寿命长和维护费用低而出众。

VSP主要被用于拖船、渡船、客轮、航标船、猎雷潜艇、平台供应船、豪华游艇等船舶上。基于VSP开发的福伊特拖船大大提高了船舶行驶的安全性，即使在高速的情况下，也可保证安全的护航作业。

如今，福伊特-施耐德推进器经过福伊特驱动技术系统公司（Voith Turbo Marine）大量的产品改进，在系柱拉力以及对推力和方向的精确控制方面与早期版本相比更有效率，不过建造成本可能是面临的一个主要问题，但VSP主要只用于对船只安全性和机动性要求较高的领域，比如在受限制码头作业的拖船、尖端护航拖船及类似的需要精确控制的拖曳应用。

最近值得关注的例子为西班牙Union Naval Valencia（UNV）船厂为Shetland Islands Council建造的两艘坚固的、大马力护航拖船，总价值1400万英镑。两艘船被命名为“Bonxie”号和“Solan”号，主要在萨洛姆湾的油港对油船进行作业。船总长40米，型宽14米，最大深度6.4米。船体和上层建筑设计包含了一个艏楼，一个全通甲板，甲板室离船首较远，以确保在恶劣气候下提供最大限度的保护。船上安装有两台Voith Schneider 36R5/250-2型平旋推进装置，叶片轨道3.6米，与一个电传控制系统相连。主机采用2台MAN 9L27/38型柴油机，每台在800r/m时最大可持续功率为 3285kW，总功率约为6570kw（8810 bhp）。在最大可持续功率下，该推进系统可提供87t系柱拉力（前进时），后退（顶推）时为81t，前进时自由航速为14.1节。

点 睛

1．现代船舶越造越大，在港口不容易操作，常常需要雇佣动力强大、操纵灵活的拖船进行辅助作业，这样不仅可以弥补大型船舶在灵活性上的缺陷，还能减少自身燃料消耗，省去安装价格昂贵的艏艉推进器，实现可观的经济利益。一艘拖船若能代替两艘甚至多艘拖船的功用时，其意义并非只减少了需要雇佣的拖船数目，同时还能提高现场工作效率，减少多艘船之间相互干扰。因此，单一拖船增加其拖力有其在经济与效率等多方面的意义，今后拖船若能应用新式装置达到以一顶二的效果，势必将取得较高的竞争优势。

2．新造拖船体积比传统拖船体积更小，动力和功能却比以往更大。小型拖船可在窄小的区域内作业，而体积较大的拖船往往不容易在这些区域作业，比如：运河，水闸或大桥下方、桥墩间的通道等。体积较小的拖船若能提供和大型拖船一样或更高的拖力，在许多场合将有着绝对的竞争优势。回旋圆筒拖船就是这方面的典型例子。

3．现代拖船应具备较传统拖船更多样的功能。若一般的港作拖船还能具备海难救助船、护航拖船及近海供应船所拥有的功能，势必将获得船东的青睐。

4．从安全和环保的角度出发，在一些港口和区域，如北美地区以及挪威油港或环境敏感区域，特别制定了法规要求油船必须由护航拖船来护航，这一情况从某种意义上来说增加了对大动力拖船的需求。

综上所述，在高效率化、多功能化、小型化及大功率化等“四化”发展趋势下，作为一种主要对较大型船舶等提供航运辅助与多方面服务的小型船舶，其作业效率与经济性皆为船型设计的重要考量因素。由于功能多，设备繁多先进，该类船已属于高附加值船范畴，具有良好的市场发展前景。以国内船厂的规模和能力，非常适合建造各类新型拖船，因此对全球拖船技术的发展及市场需求的变化应当予以关注。