300吨级沿海小型航标船的研发与应用

李云芸，程 鑫，闫 健

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江 212003；2.交通运输部东海航海保障中心连云港航标处，江苏 连云港 222042)

300吨级沿海小型航标船的研发与应用

李云芸1，程 鑫2，闫 健2

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江 212003；2.交通运输部东海航海保障中心连云港航标处，江苏 连云港 222042)

在分析国内现有小型航标船的基础上,结合连云港航标处辖区水域特点，研发了具有浅吃水、单标作业能力,且满足Φ2.4 m灯浮设置和5 t锚石起抛作业的300吨级沿海小型航标船。通过与定型小型航标船的主要参数与经济指标对比发现,该船型尺度小，吃水浅,作业时稳定性好,且建造费用、运行和维护费用低。

沿海小型航标船；浅吃水；单标作业；侧面作业

0 引言

航标是指标示航道方向、界限与碍航物的标志，是帮助引导船舶航行、定位和标示碍航物或者用于其他专用目的的人工标志、助航设施。航标船是用于航标布设、撤除和日常巡检维护作业的船舶。航标船作为航标维护管理的基础设施，对保障航标的助航效能起着至关重要的作用。

交通运输部东海航海保障中心连云港航标处下设连云航标站、大丰航标站、洋口航标站、启东航标站4个航标站点。其辖区海岸线北自赣榆县绣针河界，南至长江北口启东市，总长将近1 000 km，海域面积3.75万km2，水深在-15 m以内的浅海面积2.64万km2，滩涂面积约5 100 km2。截止2013年7月底，连云港航标处配置中型航标船1艘，玻璃钢航标快速巡检艇2艘，辖区助航标志共547座。

为加快推进江苏沿海港口及航道建设，连云港港口管理部门于2011年开工建设连云港30万吨级航道。该航道建设工程中，共涉及调整灯浮标33座，新设灯浮标41座，新设灯桩1座，导标2座，AIS航标5座，且施工作业期间需要多次移动航标位置，给航标维护带来很大压力。为提高航海保障、应急反应能力，由交通部航测专项资金和连云港30万吨级航道建设指挥部联合出资940万元，为连云港航标处配套建造1艘小型航标工作船。

本文首先通过对国内现有定型小型航标船和连云港航标处辖区水域特点分析，提出新开发船型的要求为：浅吃水、具备单标作业能力、满足Φ2.4 m灯浮设置和5 t锚石起抛作业；其次分析了新开发船型作业方式、船舶外形，确定了主尺度和主要作业设备；最后新开发船型与现有定型小型航标船主要参数和经济指标作对比。通过实船应用情况证明，该船研发达到了项目预期的效果。

1 国内现有小型航标船定型船型分析

国内现有小型航标船定型船型比较典型的有：150 t航标夹持船、带抛石器的小型航标船、150 t航标登陆艇、400吨级小型航标船。

1.1 150 t航标夹持船

150 t航标夹持船艏部设有夹持装置，预先在码头上利用码头吊车将灯浮标等吊装到位，夹持装置翻转过来抱夹住浮标，船舶航行到预定位置后将浮标抛下或将需要检修的浮标抱夹住以便人员上去检修。该船无法独立在海上撤除、更换灯浮标，不能满足连云港辖区南部航标经常移位、漂失等应急工作需要。

1.2 带抛石器的小型航标船

带抛石器的小型航标船是在150 t航标夹持船基础上改造的。该船在尾甲板加装沉石抛投装置，具体作业时也是预先利用码头的吊车将沉石等材料吊装到位，船舶航行到预定位置后将沉石抛下，同样无法独立在海上抛、起沉石。

1.3 150 t航标登陆艇

150 t航标登陆艇带有起吊装置，主要用于航标巡检、维护保养、应急抢修以及物资运输、油水补给等工作，具备起、抛Φ1.8 m以下浮标的能力，不能起吊连云港辖区普遍使用的Φ2.4 m灯浮标。该船适用于岛礁登陆对灯桩和浮标作业。

1.4 400吨级小型航标船

400吨级小型航标船配备起吊装置和立式绞盘，可以独立在海上抛、起浮标和沉石，作业时可随船携带Φ1.8 m灯浮标2具、Φ2.4 m灯浮标1具、沉石和锚链3套。该船采用常规设计和配置，设有横倾调节水舱，但作业时的稳定性较差。实船在船底设置约140 t的固定压载以改善作业时的稳性。该船2006年建造费用为1 462.5万元。

其他专用航标作业船均为大中型航标船。由于大中型航标船自身尺度大、排水量大，且设置较多的压载和调节水舱，所以各种作业时的稳定性好。该类船一般均配置有吊机、立式或卧式绞盘，船中甲板设有大舱口盖，随船可携带多套沉石和灯浮标及相应锚链装备。在海上作业点，人员可以直接登上浮标进行检修维护，也可以进行更换浮标和抛起沉石作业。大中型航标船作业时安全、稳定，但船舶配员多，建造、维护成本大，机动灵活性不强。初期建造成本一般约2 000万～3 000万元。

2 辖区航标船现状和水域特点

连云港航标处现配置中型航标船1艘、小型玻璃钢高速巡逻艇2艘。2艘巡逻艇执行日常巡视任务。中型航标船主要负责全处辖区灯浮标的抛设、起吊、更换及应急反应等工作，常年在江苏沿海及外海沉船地区来回航行。

连云港航标处辖区范围内渔船较多，沿海水域多为滩涂，水深较浅，现有航标定型船均不太适合其沿海水域使用要求。日常靠租借4艘渔船进行灯浮标的抢修和维护工作，这些租赁船舶不具备抛设、撤除海上航标的能力。

结合连云港航标处多年来航标作业经验和辖区水域的特殊情况，迫切需要增加1艘浅吃水、具备单标作业能力、满足Φ2.4 m灯浮标设置和5 t锚石起抛作业的300吨级沿海小型航标船，以提高对航标应急反应能力和工作效率，并减轻现有中型航标船的工作负荷。

3 船型方案的分析

3.1 作业方式

现有小型航标船作业方式有艏部作业、艉部作业和侧面作业。

3.1.1 侧面作业和艏部作业的对比

侧面作业和艏部作业对船舶尺度和作业区甲板面积要求基本一致。艏部作业由于作业物在船舶中心线上，作业时船舶的稳性比较容易满足，缺点是船艏作业面小，艏部线形尖瘦，且船艏高度较高，风浪中起伏大，作业人员工作时的安全性难以保证，海上作业时浮鼓和吊起的沉石也容易与船体发生碰撞。另外，作业设备(主要是吊机)布置在艏部，海上航行时振动幅度较大，对设备的安全不利。

侧面作业时作业区在船舶舷侧中部，舷侧线形可以做成平面，且中部作业区两舷设双舷结构钢护舷，可以有效地避免浮鼓、沉石与船体的碰撞损坏。吊机也布置在船中附近，对设备的安全有利。侧面作业的缺点是船舶尺度小，相对吊重和绞车负荷较大，船舶作业时稳性难以满足要求。

3.1.2 侧面作业和艉部作业的对比

艉部作业方式的作业区在中后部甲板，生活和驾驶区均在艏部，布置上要求机舱向中部移动。与侧面作业时相比，同样甲板作业面积时艉部作业要求船长加长，中机型机舱艉轴加长，且作业区与驾驶方向相反与目前的习惯作业方式有较大的区别。而侧面作业驾驶室在船艉，作业方向与驾驶方向相同便于控制。

按照3种作业方式分别制订方案。通过对船舶布置和尺度的要求、性能计算结果对比，并分析各种作业方式的利弊和使用习惯，最终确定300吨级沿海小型航标船采用侧面作业方式。

3.2 船舶外形和主尺度

(1)船舶外形：船舶外形参考400吨级定型小型航标船，便于形成一个系列。艉部甲板室采用两层，尽可能降低船舶自身的重心高度，以提高船舶作业的安全性。

(2)船长：由于本船定位于应急航标作业，因此在满足舱室布置、性能和作业区面积的情况下，船舶的长度尽可能小，以保证该船的灵活性、机动性和相对较低的造价及运行维护成本。根据主甲板面的布置要求：艉部甲板室区13 m、中部作业区14.5 m、艉系泊区3.5 m、艏部锚泊区4.5 m，实际需要船舶总长35.5 m。

(3)船宽：由于尺度小，考虑到作业时的稳定性，本船宜取较小的长宽比，适当增加船宽，以改善作业时的稳性。在其他条件相同情况下，通过对不同船宽时船舶快速性和作业稳性的初步计算比较，实际船舶型宽为9.2 m。

(4)型深：本船在综合考虑机舱高度、浮鼓插孔高度和吃水、干舷、船艏高度的条件下，按尽量减小船舶尺度的原则，实际船舶型深为3.0 m。

(5)吃水和排水量：按随船配带1只浮鼓、1套沉石和锚链，在满足500 n mile续航力条件下，船舶满载时排水量约330 t，吃水约1.8 m。

3.3 主要作业设备

本船拟作业的Φ2.4 m浮鼓的起吊负荷约50 kN，沉石负荷约50 kN(水底破土负荷约100 kN)，配置的主要作业设备如下：

(1)配1台带联动移动配载装置的液压回转起重机，主要用于Φ2.4m浮鼓起吊作业。起重机安全工作负荷为70 kN，跨距9.5 m。移动配载最大载荷90 kN，其中配重载荷60 kN，配载中心最大移动距离6.6 m。

由于船型尺度较小，相对吊重和绞车负荷大，按常规设计和配置的沿海航标船其作业稳性难以满足,因而为改善船舶的作业性能，300吨级沿海小型航标船设置了移动配载装置。该装置由移动配载机构和自动控制系统组成。移动配载机构设置在船体中部舱内，由配重小车、运行轨道和小车驱动装置组成。自动控制设备通过接收到的起重机工作参数，实时控制移动配载小车的运动方向、距离，以平衡船舶作业时的横倾，使作业稳性满足要求。移动配载装置是一种新型产品，目前在长江中下游航道航标工作船中有应用，其控制与操作均位于主甲板上。由于海上航标作业风浪大，不确定因素多，该技术在海船上一直未有应用。

(2)配1台120 kN卧式液压(铰链)绞车用于抛起沉石作业。早期的大中型航标作业船均配置立式绞盘用于起绞沉块作业，其作业方式有2种：一是将锚链直接缠在立式绞盘机上卷起，这种方式容易造成锚链叠压不易脱落；二是通过缠在绞盘上的钢缆系住锚链分段绞起，绞起一节锚链需要同样的动作反复操作数次。其他如拖链、排链、弃链等辅助工作全部依靠人力完成，劳动强度大，作业效率低。

卧式液压绞车的最大特点是有导向装置，能将长度近60 m的链条直接绞在滚筒上，不需要预先在甲板上排链和分段作业，减轻了操作人员的劳动强度，减少了因钢丝绳断裂造成人员伤害的风险。这种卧式液压绞车在国内新建的大型航标船上已经采用，但由于费用较高，且侧面起绞沉块船舶的横倾力矩较大，常规设计的沿海小船的稳性难以满足，所以沿海小型航标船上一直没有配置卧式液压绞车。本船利用起重机配置的移动配载装置，在绞车作业时预先通过手动控制配载向起绞沉块相反方向移动，抵消船舶作业时的横倾力矩，使作业稳性满足要求。

3.4 推进方式

设计初期对用常规的柴油机、齿轮箱、推进轴系螺旋桨的推进方式和Z型轴系全回转推进方式均作了方案。Z型轴系全回转推进方式船舶的操纵性能好，船舶可以在原地360°旋转，但相比常规轴系推进系统，以本船拟定的功率,Z型轴系全回转推进方式的费用约增加130万元，而且由于Z型轴系角度的限制，机舱高度需增加，船舶的型深需加大较多。考虑到实际使用效果和作业工况以及造价的限制，本船最终采用常规双机双桨推进方式。

3.5 其他机电设备

(1)主机：选用2台KTA19-M3型船用柴油机，持续功率为447 kW，转速为1 800 r/min。

(2)发电机：配2台75 kW船用柴油发电机组。航行状态下使用1台发电机组，2台发电机组并车用于工作作业用，且2台发电机组互为备用。

(3)空调系统：驾驶室设1套直接蒸发式空调机组。船员室、餐厅采用小型模块化水冷机组空调。

4 实船应用

300吨级沿海小型航标船于2015年11月建成交付使用，实船图片如图1所示。

其主要作业如下：

(1)首次作业任务是在距离连云港70 n mile外抛设“云沉”16、17两座应急沉船示位标。

(2)2016年2月，连云港口门灯浮标因为恶劣天气漂失。该船接到抛设临时口门标(3 m浮)的任务，在各部门的积极配合下出色地完成了应急设标任务。

(3)对连云港5号浮标进行应急抢修换新。

(4)对连云港Q3号浮标进行起吊检查复位。

(5)连云港36号浮标被撞，该船对其进行起吊换新。

(6)徐圩117号浮标附近水流湍急，该船对其更换锚爪式沉石。

(7)对田核1号、2号浮标进行换新保养。由于作业区域狭小、水深浅，任务的顺利完成凸显了该船吨位小、吃水浅、反应快的特色，达到了该船项目预期的效果。

300吨级沿海小型航标船自2015年11月至2016年5月在连云港进行适应性训练，于2016年12月在连云港辖区南部的启东航标站、吕泗渔港码头长期驻扎，主要负责洋口港、吕泗港、北支诸港等水域的灯浮标周期性起吊维护保养、应急反应等工作。与连云航标站的中型航标船南北对应部署，提高了工作效率，为辖区船舶的安全航行提供了保障。

5 主要参数和经济指标的对比

表1、表2分别为300吨级航标船与400吨级小型航标船主要参数和经济指标的对比。从表中可以看出，两船具备相近的作业能力，但300吨级航标船尺度小、吃水小、作业稳性好，且建造费用、年运行和维护费用均较400吨级小型航标船低。

表1 主要参数对比

表2 经济指标

6 结语

目前，300吨级沿海小型航标船已安全航行1 200多n mile，航行作业时间达270 h，在此期间进行了航标新设、起吊保养及日常巡检40余座次。

其特点如下：

(1)与大中型航标作业船相比，大大降低了能耗和作业成本，却具备同样的作业功能。

(2)应用新技术、新设备，有效保障了船舶作业安全和应急时限要求。

(3)空间布局合理紧凑，基础生活设施和各项功能一应俱全，能够满足船舶作业和船员生活需要。

浅吃水、具备单标作业能力的沿海小型航标船在定型航标船中一直是空缺的。300吨级沿海小型航标船开发和应用，缓解了连云港航标处当前在上千公里海岸线上仅有一艘能抛设、撤除海上浮标的航标船的困境，提升了对航标应急反应能力和日常维护管理质量。

[1] 中华人民共和国海事局.国内航行海船法定检验技术规则[M].北京：人民交通出版社，2011.

2017-01-15

李云芸(1963—)，女，高级工程师，主要从事船舶设计工作；程鑫(1969—)，男，高级工程师，从事航海保障领域和船舶应用工作；闫健(1982—)，男，高级工程师，从事航海保障领域船舶应用工作。

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