内河小型航标船关键技术的研究

于全虎， 刘锡华， 常 致

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江 212003；2.徐州市航道管理处，江苏 徐州 221008；3.江苏省交通运输厅航道局，江苏 南京 210004)



内河小型航标船关键技术的研究

于全虎1， 刘锡华2， 常 致3

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江 212003；2.徐州市航道管理处，江苏 徐州 221008；3.江苏省交通运输厅航道局，江苏 南京 210004)

出于骆马湖湖区航标维护管理的实际需求，江苏省航道管理部门委托设计单位在研究内河小型航标船相关关键技术基础上设计了 30 m级新型内河航标船。以该型航标船为代表船型就内河小型航标船研究、设计中的关键技术进行了论述，提出了优化方案，希望对航道系统新型航标船的进一步研发与推广应用起到一定的指导作用。

内河船；航标布设船；关键技术

0 引言

江苏省航道系统从2002年开始进行系列航政艇改型研究与设计，使得全省航道系统船艇装备的技术水平在全国内河航道系统处于领先水平，但是作为航标工作船只有22 m航标船一种船型，且船型为钢质圆舭中高速艇。该船没有装备专用设备，仅能作更换配件及简单给航标水线以上部分补漆的工作，无法进行航标出水整体养护作业，其实际功能更接近于一艘航政管理船舶。

为适应新时期全省内河航道(主要指京杭运河及其支流)的航标维护管理任务，设计院所和航道管理部门合作在研究内河小型航标船关键技术基础上研发了30 m级新型内河航标船。该船造价控制在略高于简易航标工作船的300万～400万元，同时功能性基本达到目前国内使用进口设备、技术领先、造价千万元级的类似船型水平，还保留了航政管理船艇功能。作为低成本、性能优的综合性航标/航政管理船型而言，具有一定的独创性，综合经济技术水平突出。下面结合该型船的研发就内河小型航标船关键技术进行简述。

1 国内内河小型航标船现状分析

我国现役航标船中典型船型分为大、中型航标布设船和小型航标巡检船。大型航标船按海区配置，主要承担海区活节式灯桩及大中型浮标的更换和维护任务；中型航标船按航标处配置，主要承担区域性中小型浮标的布设和巡检维护任务；小型航标巡检船按航标站配置，主要承担港区及附近水域航标的日常巡检维护工作。近年来，我国内河干线流域航道系统如长江航道系统已装备具有较大型液压绞盘和吊机，可将浮标吊至船甲板上进行维修的内河专用小型航标船，满足了较大型航标设置、调整、移动、日常维护和简易修理，造价普遍在千万元级以上。长江航道系统的内河专用小型航标船外形图如图1～图3所示。

2 内河小型航标船关键技术的研究

2.1 内河小型航标船关键技术的特点分析

30 m级新型内河航标船造价要求较大幅度低于已装备的、具备完善的旋转变幅起吊功能和艏部绞拖功能的航标船，且必须要具备基本与之相当的作业功能，能将航标浮筒和地锚出水维修保养，具有完成浮筒和地锚的投放能力。关键点就是如何综合研究、考量船舶主尺度、布置、稳性、起吊及绞拖设备等，用远低于常规的建造成本实现船型完善的作业能力，开发出具有一定技术独创性、综合经济技术水平突出，结合工程作业船和航政管理船的多功能性，在内河航标船中处于领先地位的新船型。30 m级新型内河航标船如图4所示。

2.2 船舶总体及布置分析

(1)航标船的作业方式目前主要有舷侧作业和舷首作业2种形式。舷侧作业能够适应风浪较大的环境工况，作业的安全性较高，但对船舶尺度要求非常高；船首作业主要是利用船舶的纵向稳性远好于横向稳性的特点，但对环境工况要求较高，在风浪较小的内河以及仅对浮标进行维修作业时使用比较多。大型航标船舷侧作业基本能满足3 050 mm浮标的作业需求，而中小型航标船舷侧作业只能满足2 400 mm及以下浮标的作业需求。30 m级新型内河航标船作业水域为骆马湖，属于风浪较小的内河航区，作业浮标为3 050 mm浮标，而投资成本又决定了本船只能是小型航标船，因此只能选择船首作业方式。最大限度地利用船舶极限稳性，提升船舶作业能力。

图1 30 m内河航标工作船侧视图

图2 40m内河航标工作船侧视图

图3 宁道标404号航标船(船长36 m)

图4 30 m级新型内河航标船

(2)航标作业船属于布置地位型船舶，不满足布置的需求则无法满足船舶的工作任务。综合考虑作业航道、航标情况、停靠码头、船上作业区域空间、造价控制并结合船舶纵倾控制要求，船长不应超过30 m但也不宜太小。

(3)出于减少设备采购费用及降低船舶建造难度目的，本船不采用平衡配载系统，通过作业重心及稳性校核，可以保证作业安全。

(4)船宽受到舱室布置、航道限制、尺度比等的影响。船宽对造价的影响不如船长明显，而对航行阻力影响较大。此外，当船宽受限时吊机采用偏离船舶纵向中心线进行布置，同时限制吊机作业回转范围，可以保证起重作业时的船舶稳性。这种布置方式既满足了起吊功能性，又保证了稳性、航速等指标要求。

(5)船长和船宽基本确定后，型深主要受航道水深、船舶稳性、总体布置、规范尺度比要求、航行性能要求等影响。型深过小可能不满足船舶尺度比、最小干舷、大倾角稳性指标等要求；型深偏大会增加船舶用钢量，提高全船重心高度等。

(6)在船长、船宽、型深均确定后，根据船舶的重量重心、型线可以确定船舶的吃水。考虑的因素有航道水深、法规要求性能指标、螺旋桨布置需求、航速等。

(7)在船舶主尺度基本确定的基础上，综合考虑作为航标作业船兼顾航政管理船舶的功能定位，并征求船东的习惯性要求，完成船舶的总体布置。

2.3 起吊和绞拖功能及设备分析

航标船是一种专业性较强的船舶，体现在完善的旋转变幅起吊功能和艏部绞拖功能，相应的系统和设备也是航标船最重要和最核心的部分。

本航标船作业航标为浮标，浮筒自重6.26 t(含配铁)，直径Φ3 050 mm，地锚自重6 t。

(1)航标船实际作业时分别起吊浮筒和地锚，加上浮筒和地锚上的锚链，因此吊机最大工作负荷需要400 kN·m，即起吊重物(浮筒或地锚)时需要吊臂最小长度为浮筒半径+吊机回转中心距船首距离；起吊浮筒前，吊臂带钢丝绳绕过浮筒外侧时，此时需要吊臂最小长度为浮筒直径+吊机回转中心距船首距离。本船在首部作业时，处于对船舶尺度控制同时又能满足作业要求，需要限制吊机最大回转角度。

(2)航标船绞拖功能主要由绞盘实现。为控制设备采购价格，没有采用航标工作船上常用的进口或国产仿制的特殊卧式绞盘系统。考虑到地锚是方形或圆形水泥块而非抓力锚，初始将地锚从淤泥里晃松所需拉力无需抓力锚所需锚重5倍大小，而只需最大3倍锚重即可；绞盘头直径取值解决了现场作业时不需工人用工具将前面已卷储到绞盘上的锚链扒下，而为后面的锚链腾出卷储空间的问题。

(3)航标船驱动液压作业设备(吊机和绞盘)的泵站没有采用电动泵站的形式，主要考虑作业电功率和非作业电功率差异较大。为了降低原动机的功率，采用了泵站由专用柴油机直接驱动。主发电机组仅供给非作业设备用电的方式，电站功率仅为13.5 kW，较使用电驱动液压作业设备大约需要的64 kW电站功率有了较大幅度降低，极大节约了设备费用。

2.4 优化分析

(1)如果造价许可，船型的优化可以适当加大船舶尺度，配备平衡配载设备，使船舶能够在舷侧进行作业，也能提高在风浪较大情况下的作业安全性。

(2)吊机采用合资品牌马达，进口多路阀件，可以满足一般性操作要求；若费用许可，可采用进口元器件乃至进口整机，进一步提升设备工作的可靠性，保证作业的安全、高效。液压绞盘若引进带自调整锚链功能的卧式绞盘，可以适应水深更大、锚链更长的作业环境，减少作业工作强度，确保安全性。液压泵站可采用双泵站互为备用，电动驱动方式，可减少液压系统长时间工作后不可避免的泄漏故障，同时中央电站电驱方式也符合船舶动力系统发展方向，更容易实现操控，提升船舶的自动化水平。

2.5 航政管理功能分析

新型航标船主要是作为航标维护作业船舶，为了最大限度发挥装备的利用率，仍旧保留了航政管理功能，可作为航政管理船舶使用。

(1)舱室布置及功能划分综合考虑了工作船加航政一般性管理船舶的功能定位，功能舱室完善，布局合理。

(2)主推进装置形式为双机、双桨。主动力系统性能可靠、噪音低，使最大航速达到17 km/h，可满足航政管理对船舶快速性、操纵性要求，与已装备的航政艇主机保持了同系列化，利于后续维修、保养，降低了使用费用。

(3)推进轴系和主机安装未采用特殊减振措施，主要考虑控制造价，适当弱化了其接待功能性，与其工作船加航政管理的功能定位更为贴切。

(4)为满足航政管理船舶对降低机械噪音的要求，主辅机均采用湿式排气，辅机带有隔音罩；尤其是辅机降噪措施完善，充分考虑强化了休息时间的低噪音要求。

(5)舱室内外装潢、涂装与现有航政艇系列基本保持一致，既满足了装备的统一性要求，又体现了船舶的功能性定位特点。

3 结语

新型内河航标船的研究、推广是一项长期的工作，阶段性的研究工作只能适应于当前以及可预见的未来发展需要。当前及将来相当长的一段时间内，我国对内河航标船及其相关设备的需求量还是比较大的，这既为我国在相关技术领域的发展创造了极好的机遇，同时也提出了巨大的挑战，这就需要对内河航标船进行不断地研究优化，为更高层次的更新一代内河航标船的研发积累经验和储备技术。

[1] 中国船级社.钢质内河船舶建造规范[M].北京：人民交通出版社，2014.

[2] 中国海事局.内河船舶法定检验技术规则[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3] 周必君，张云辉，等.长江南京航道局船型标准化研究[J].江苏船舶，2014，31(3)：1-3.

江苏省交通科学研究计划项目(2015T09)

2015-10-16

于全虎(1974—)，男，高级工程师，长期从事船舶科研与设计工作；刘锡华(1963—)，男，高级工程师，从事航道养护、航政管理工作；常致(1979—)，男，高级工程师，从事航政管理及信息化工作。

U662.3

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