半潜船及其在海洋工程中的应用*

廉静静 杨 晓

半潜船及其在海洋工程中的应用*

廉静静 杨 晓

半潜船作为运输大型海洋结构物的特种工程船舶，解决了运输大型海洋结构物的难题。详细介绍半潜船的工作原理、发展历史和国内外拥有半潜船的现状，半潜船滚装/滚卸作业、潜装/潜卸作业、吊装/吊卸作业和滑装/滑卸作业等四种作业方式及其在海上运输方面具有巨大的装货甲板和精准的动力定位系统等独特优势，论述半潜船在海洋工程中的应用，并对半潜船未来发展前景进行分析。

半潜船；大型海洋结构物；运输方式

近几年来，随着全球经济的发展，世界石油巨头向海洋石油、天然气领域投入大量的资金，海上石油勘探开发活动数量迅速增加，由此催生了对大型海洋结构物的巨大需求，而这些大型海洋结构物具有超大、超重、形状不规则等特点，超出了普通集装箱船以及散货船的结构和技术规范，迫切需要一种能够运输大型海洋结构物的特种工程船，半潜船的出现有效地满足了这一需求。

一、半潜船概述

1. 半潜船简介

半潜船指有较大开敞露天载货甲板，艏部或艉部有较高上层建筑或甲板室或浮箱，在装卸货物作业过程中呈半潜状态的船舶。[1]作为一种特种运输船舶，它可以通过调整压载水的水量，使装货甲板潜入水中并到达一定深度，以便将所要承运的大型海洋结构物从指定的位置移到半潜船的装货甲板上，然后将货物运送到目的地，所以在半潜船的船体内有许多压载水舱，可以方便快捷地调节压载水，图1为半潜船的外形。

图1 半潜船

2. 半潜船发展历史及现状

早期，人们均采用在海水中直接拖航的方式实现对海洋平台、疏浚设备等重大件货物的远程运输即“湿拖”，这种方式运输周期长，易发生货物的海损。为了克服重大件货物“湿拖”的缺点，人们对重大件货物的运输方式作出了革新，变“湿拖”为“干拖”，建造了用于装载重大件货物的半潜驳船，但当时的半潜驳船没有动力设备，还不具备自航的能力，只能借助拖轮拖带的方式完成运输。当时典型的半潜驳船有日本住友重工于1976年为荷兰Wijsmuller航运公司建造的“Ocean Servant 1”号及后来它的姊妹船“Ocean Servant 2”号。非自航半潜驳船的应用为半潜船的出现打下了良好的基础，事实上也成为现代半潜船的前身。

1979年6月，日本住友重工为荷兰Wijsmuller航运公司建造的“Ocean Servant 1”号交船。[2]该船船长139.91米，船宽32.31米，夏季吃水8.51米，载重量14 310载重吨，最大下潜深度15米（甲板位于水下6.5米），设有2台艏侧推器，每台功率500马力。这标志着自航式半潜船即现代半潜船的正式诞生。之后，Wijsmuller航运公司陆续建造和收购了多条半潜船。1993年9月，荷兰Wijsmuller Transport公司与Dock Express Shipping公司合并组成OCKWISE航运公司，成为世界上最大的半潜船公司，随后于2012年收购了总部位于荷兰鹿特丹的AIRSTAR公司，拥有了该公司旗下在营的4艘半潜船，分别是“Fjell”号、“Fjord”号、“Forte”号和“Finesse”号，进一步扩大了DOCKWISE公司半潜船的数量。然而，DOCKWISE公司在2013年被荷兰Royal Boskalis Westminster公司收购，2016年4月25日，Royal Boskalis Westminster通过子公司完成对DOCKWISE公司剩余股份的收购。除DOCKWISE公司外，挪威Offshore Heavy Transport AS（OHT）公司拥有5艘油轮改造的半潜船，分别为“Eagle”号、“Falcon”号、“Osprey”号、“Hawk”号和“Albatross”号，其半潜船的相关参数如表1所示，该公司下的“Albatross”号半潜船[3]如图2所示，但是从船舶数量来看，DOCKWISE经营着23条半潜船，占据全球半潜船队50%的份额，在半潜船市场中占据着举足轻重的地位，表2为DOCKWISE公司拥有的半潜船及其相关参数。

表1 OHT公司拥有的半潜船及其船舶参数

图2 OHT公司半潜船“Albatross”号

表2 DOCKWISE公司拥有的半潜船及其船舶参数

续表

在我国，真正意义上拥有的第一艘半潜船“泰安口”号如图3，是由广州广船国际股份有限公司制造，由上海船舶研究设计院和DELTA MARINE公司承担施工设计的。该船船长156米，型宽36米，型深10米，夏季吃水7.5米，最大下潜吃水19.0米，总载重量为17 550吨，服务航速不小于14节，续航力为12 000海里。[4]“泰安口”号半潜船采用了世界上最先进的SSP电力推进系统，360度全回转螺旋桨；采用DP动力定位系统，电脑与导航定位卫星配合，在海上停泊,保持船位不变时也不用抛锚，只要在电脑中设定好停船点的经纬度，就会牢牢地停在这一点上，可以达到厘米级的定位精度。2003年8月28日，广州远洋在广船国际订造的另一艘半潜船“康盛口”号交船。该船是“泰安口”号的姐妹船，性能、主尺度均相同。这两艘新型半潜船投入运营后，使得我国在特大型货物运输能力方面跃居世界第二位。[3]我国拥有半潜船的运营商主要有中远航运、振华重工、中交航运以及广州打捞局等7家单位。表3列出了我国拥有的部分半潜船及其船舶参数。

图3 半潜船“泰安口”轮

表3 我国拥有的部分半潜船及其船舶参数

续表

二、半潜船的作业方式及其独特优势

1. 半潜船滚装/滚卸作业

半潜船滚装/滚卸作业又分为尾滚作业和侧滚作业，主要是通过自行平板车或牵引式行走将大型海洋结构物从码头滚装/滚卸。这种方式的优点是安全性很高，成本低。这种装卸货方式要求装货码头和半潜船的装货甲板基本平齐，此时需要考虑潮汐对滚装/滚卸作业过程的影响，当滚装/滚卸作业过程半潜船的最小干舷高度大于高潮时码头的干舷高度，半潜船空船的干舷高度小于低潮时码头的干舷高度时，才能够进行滚装/滚卸作业。[5]

在滚装/滚卸作业中，需要通过不断调整船舶压载水，以保持装货码头与半潜船的装货甲板水平，半潜船左右平衡，半潜船的GM值始终为正。同时需要不断调整半潜船的出缆长度，保证船舶始终贴紧码头。[6]图4是半潜船滚装（侧滚）作业现场图。

图4 半潜船滚装作业方式示意图

2. 半潜船潜装/潜卸作业

潜装/潜卸[7]是针对大型海洋漂浮物的一种特有的装船方式，它要求半潜船配有浮箱，具有半潜功能，在船体甲板面下沉至低于水平面一定深度后，由拖轮牵引或者由船舶自带的牵引设备将漂浮货物移至船舶甲板上方准确位置，待半潜船排水上浮至甲板与货物接触，然后再实施绑扎，卸货方式与装货方式是逆向操作即可。潜装/潜卸作业前，必须要根据下潜起浮地点的水深、当时潮汐及本船的吃水，认真核算并自定压载水调整计划。在下潜起浮的过程中必须始终保持船舶左右平衡，保证船舶GM值始终为正。在潜装过程中，当半潜船下潜到预定的深度，货物由拖轮拖至离船舶50米左右时，必须前后各交叉带上两根本船的缆绳，在拖轮的配合下利用缆绳将货物移到预定地点，由预先装好的定位桩判定是否到位。潜卸也需要进行同样的操作，在拖轮的配合下由缆绳控制货物。潜装/潜卸作业过程中船舶的稳性和浮力脆弱，操纵性也较差，因此该作业过程对气象水文条件要求较高。[6]图5为潜装作业示意图。

3. 半潜船吊装/吊卸作业

半潜船吊装/吊卸作业主要是借助大型浮吊等装卸设备对重大件货物进行装卸，采用浮吊作业形式上可分为扒杆式和全回式两种，在近海和深海两类作业区域完成，在吊装/吊卸作业过程中通过调整自身的压载水保持半潜船良好的稳性。

图5 半潜船潜装作业方式示意图

4. 半潜船滑装/滑卸作业

半潜船滑装/滑卸作业首先需要在装货甲板上安装滑轨，通过液压顶推装置将货物从半潜船尾部将货物推到甲板上，到达预定的位置后进行货物的绑扎系固，整个作业过程中需要不断调整半潜船的压载水以保持船舶的稳性。

5. 半潜船海上运输的独特优势

半潜船作为一种新型特种船舶，相较其他船而言，在海上货物运输方面有着得天独厚的优势：

①巨大的装货甲板：半潜船甲板没有传统船舶的舷墙、货仓及装卸设备，整个甲板就是巨大的“货仓”，即装货甲板，半潜船的这种构造使得它具备了运输其他传统船舶不能装运的货物的能力，特别是运输那些超高、超宽、超重的单件特种货物。

②独特的装卸货作业方式：传统的货物装卸方式都是吊装/吊卸，但由于起重能力及作业空间的限制，对于那些超高、超宽、超重的单件特种货物的装卸作业很难通过吊装/吊卸实现。半潜船强大的压载水调整系统使其具备了滚装/滚卸、潜装/潜卸的特殊装卸货作业方式，能很好地实现对特种货物的装卸。

③精确的动力定位系统（DP）：半潜船配备了普通船舶所不具备的DP动力定位系统，电脑与导航定位卫星配合，在海上停泊保持船位不变时也不用抛锚，只要在电脑中设定好停船点的经纬度，就会牢牢地停在这一点上，定位误差可以达到厘米级的精度。例如“康盛口”采用了DP-2动力定位系统。[6]

④先进灵活的动力设备：传统的船舶采用低速柴油机（主机）作为其动力推进设备，而新型半潜船则配备了更为先进的动力设备。例如“康盛口”采用了电力推进装置和两部悬挂式螺旋桨SSP，船艏部还配备了两部800千瓦的侧推器，这使得半潜船具备极其灵活的操纵性，在船舶航行中可随时减速甚至停车，在狭窄水域可以原地打转。[6]

⑤双船联合作业：对于某些超大型货物，单个半潜船可能无法完成作业任务，但两艘半潜船可并排搭载，通过动力定位系统（DP），可以实现步调一致，联合作业。[7]

三、半潜船在海洋工程中的应用

1. 海洋平台的载运

经济的发展离不开能源的供给，随着陆地油气资源的不断减少，人类能源开发的重点也放到了广阔的大海上，海上能源的开发和利用技术也日新月异。海上能源的开发离不开海洋平台，半潜式平台、张力腿平台、浮动式海上生产设施、深海浮筒平台以及钻塔钻井平台等超重、超高、超宽海洋平台越来越多，新建海洋平台由船厂运到油气海域、海洋平台更换位置、海洋平台的返厂修理以及海洋平台的拆除，都需要进行运输作业。由于海洋平台不能拆分，而普通船舶又难以装载海洋平台等特种货物，早期采用了直接拖航的方法，但这种方法易造成海洋平台的损坏，后来发展到利用半潜驳船拖航，但由于半潜驳船不具备自航能力，不便进行远距离运输。半潜船运输则具备了直接拖航和半潜驳船拖航不具备的优势，可以安全、精确、短周期地完成海洋平台运输任务。特别是半潜船装备的动力定位系统还可以很好地协助完成海洋平台的精确安装作业。[8]

2. 港口门机的载运

随着世界经济的发展，各个国家不断加大对港口的建设，港口门机的运输量不断加大，特别是随着大型和超大型集装箱船数量的不断增加，配套港口门机臂长达60米左右。目前门机的运输方式主要利用叉装船，滚上滚下，而叉装船由于其专用性很强，揽货有其局限性，并且运输门机的尺寸受到限制。而半潜船同样可以运输此类甚至更大的门机，尺度几乎不受限制，因而也是良好的港口门机运载工具。[7]

3. 挖泥船的远程调遣

随着航运事业的发展以及水利事业的发展需要，航道疏浚工作越来越显示出其重要性。目前大部分挖泥船主要用于内河及沿海港口航道的疏浚任务，其稳性不能满足无限航区的要求，因此挖泥船的长距离调遣必须通过船舶载运而不能通过自航实现。半潜船通过潜装/潜卸作业，可以快速稳定地将挖泥船整船装船，安全、快捷地将挖泥船运送至目的地，提高挖泥船的利用率及其经济效益。[7]

4. 军用设施的载运

由于国防建设的需要，不少国家需要进出口军事设施，大型军用设施的运输不仅要求船舶有足够的空间，还要求保证军用设施的绝对安全，因此对于大型军用设施，普通船舶很难完成运输任务，半潜船由于其独特的优势，能快速、安全、可靠地完成大型军用设施的运输任务。

5. 管道及电缆的铺设

大型半潜船由于其船型特点以及其安装的动力定位系统和反应迅速的压载水系统，可为船体提供良好的耐波性和超大的起重能力，半潜船整个中尾部甲板均无梁拱和障碍物，经过改装，利用其先进的动力定位系统，可在恶劣海域实现海底管道及电缆的铺设。[9]

6. 沉船打捞作业

半潜船具有超大的起重能力，利用其上浮下潜的功能，结合动力定位系统，可与其他打捞船舶协同作业，完成大型沉船打捞作业。

四、半潜船发展前景

随着全球经济的不断发展，对能源的需求量会越来越大，海洋平台数量会随着海洋开采油气事业的发展大幅度增加，且随着装备制造业和国际贸易的发展，超重、超高、超宽的特种货物不断增加，对特种货物的运输需求也将大幅度增加，而目前全球能够运载海洋平台的半潜船仅有50余艘，且半潜船船龄较老，例如，DOCKWISE的平均船龄在22年以上，其中许多半潜船是由油轮改造，存在安全隐患，远远不能满足海洋平台的运载要求，因此目前迫切需要一批新型半潜船投放市场，以满足市场对运力的要求，半潜船的市场需求及发展潜力决定了半潜船必将大有发展前途。

[1]中国船级社.半潜船检验指南(评审稿)[EB/OL].[2016-07-09].http://www.docin.com/p-590781732.html.

[2]黄蓓蓓.半潜船发展历史与展望[J].中国水运,2010(1):4-6.

[3]挪威Offshore Heavy Transport AS公司[EB/OL].[2016-07-09].http://www.oht.no/.

[4]蔡睿眸,杨定邦.一种新型半潜船的开发[J].广东造船,2002 (1):1-6.

[5]肖建英.甲板驳船自由浮态滚装大型货物研究[J].中国航海, 2009(2):49-53.

[6]张建浩.浅述新型半潜船的海务管理[M]//船舶安全管理论文集.2007:14-17.

[7]冯志根.大型半潜船发展前景[J].船舶设计通信,2001(1-2):4-7.

[8]柴佳春.半潜船运输海洋平台的可行性分析方法[D].大连:大连海事大学,2003.

[9]闵兵.半潜式起重工程船载海洋工程中的应用[J].中国造船, 2010(1):156-161.

10.16176/j.cnki.21-1284.2016.12.002

廉静静（1983—），女，大连海事大学航海学院，实验师，博士

863计划资助项目(2015AA016404)；中央高校基本科研业务费专项资金资助（3132015005&3132016010）；大连海事大学教学改革项目（2016Y07）

杨晓（1983—），男，大连海事大学航海学院，讲师