某新型布缆船功能定位与船型论证

常书平　方先进　姚丁元　李昆鹏

摘    要：针對我国大陆与岛屿、岛屿与岛屿之间海底光缆的建设、维护、维修任务，分析了现役布缆船存在的不足，研究了国内外近些年新建布缆船特点与发展趋势。基于作业方式对新型布缆船船型进行了重点分析，论证提出应采用先进的尾部作业船型，增强总体布置和作业操作等方面能力，为新型布缆船总体技术方案设计提供有效指导。

关键词：布缆船;光缆;发展;船型

中图分类号：U674.34                              文献标识码：A

Abstract： In view of tasks of the construction， maintenance and repair of submarine optical fiber cables between mainland China and islands， islands and islands， this paper analyzes the shortcomings of the existing cable-laying ships， and studies the characteristics and development trend of the newly-built cable-laying ships at home and abroad in recent years. Based on the analysis of the ship form， it is demonstrated that the new type of cable laying ship should adopt advanced stern working ship form to enhance the overall arrangement and operation ability， it provides support for the overall technical scheme design of the new cable-laying ship.

Key words： cable-laying ship， optical fiber cable， development， ship form

1     前言

我国海域面积广阔、岛屿众多，大陆与岛屿、岛屿与岛屿之间大量采用了海缆通信方式，其具有抗干扰、抗损毁、通信容量大、保密安全性高等优势。近些年来，海洋开发活动倍增，捕捞、抛锚作业等原因导致的海缆损坏事故频发，海缆维修、维护的工作量较以前大幅增加。由于军用布缆船发展总体滞后，现役海缆船在操纵性能、维修性能、埋设深度能力、敷设能力、新设备配套能力、装载能力、路由调查能力等方面已难以满足海光缆建设及维修的任务。国防海缆建设和海洋路由调查任务时，主要依托地方海缆公司代建，存在价格高、保密难、维修保障不及时、战时应急动员差等问题。为满足平时和战时国防海缆建设需求，新型布缆船研制被提上议事日程。

2    新型布缆船功能定位

近些年来，海底通信技术、布捞缆设备技术、推进及定位技术等迅速发展，现役老旧布缆船无法满足海缆建维要求，且简单复造或改装亦不能满足使用需求。新型布缆船较现役布缆船在功能定位方面改进主要体现在以下几个方面：

（1）新型布缆船要适应海缆种类变化。随着通信技术发展，海底通信电缆已逐渐被海底通信光缆所取代，现役布缆船不具备海底光缆作业能力。同时，其受主尺度、动力配置和甲板面积等限制，难以为水喷式埋设机、直线布缆机等新型海底光缆施工设备及配套作业系统提供必要的作业拖力、电力支持和安装位置，不具备升级改造的潜力。

（2）新型布缆船要提高战技性能和主要设备维修性、保障性。现役布缆船于20世纪80年代设计建造，已超期服役多年，其装载量、操纵性和快速性等多项指标已大大低于原设计标准，施工作业能力明显下降;同时该船主要机电设备严重老化，很多备品备件已无采购来源，维修性、保障性差;该船作业自动化水平低，一些工序需多人合力完成，劳动强度大，且生活保障条件差，给日常工作带来不利影响。

（3）新型布缆船要增加海缆装载能力。现役布缆船海缆装载量较小，一次性埋设距离短，大多数线路只能采用分段施工模式，而采用分段施工的方法将导致施工难度加大、周期加长、效率降低，且分段施工留下的接头部分不能埋设，易导致其受损概率增加。

（4）新型布缆船要增强控位作业能力。海底光缆埋设和维修时，要求布缆船在一定风浪流条件下进行定向和定点作业，这就要求船舶低速状态或停泊状态下应具有较强的控位能力。而现役布缆船仅配备常规推进系统，低航速条件下舵效低，操纵性不佳，且难以应用动力定位系统，不能实现船位精确控制，难以满足海底光缆施工的精度要求。

（5）具有较好的稳性和操纵性，系柱拖力大。布缆船在开展布缆作业过程中，一般以低速或零速为主，所以要重点考虑在低速或零速时船舶的抗风浪能力和灵活操纵的能力，从而满足作业的要求。此外，由于要拖拉埋设设备，为使能够能有较深的开沟深度，应付较硬的土质，要求船舶拖带性能好，特别是要具有较大的系柱拖力。

3    国内外布缆船发展趋势

我国在海底电缆工程建设方面起步较晚，自主建造的布缆船较少，相比于国外先进布缆船，吨位、铺缆设备及能力均有较大差距。国内的海底电缆敷设施工船主要应用于国内沿海，作业水深较浅且吨位相对较小，定位系统以锚泊定位为主，铺缆设备以传统形式的埋设犁为主，在满足长距离、深水、大容量的海底电缆铺设工程方面尚存差距。

国外专业性布缆船的建造始于19世紀，随着海缆通信建设需要和海缆施工技术不断进步，海缆船的性能也不断改进和提高。国外先进的海缆施工公司及布缆船主要集中在英国、挪威、美国等国家。

国外新建布缆船有以下特点：

（1）全尾部作业船型成为主流[1]。海缆作业涉及多台/套设备，各设备之间协调十分重要，参与人员较多，尾部可提供足够大作业面积。相对于传统的首尾结合作业模式，采用全尾部作业，可减少各设备之间干涉，施工设备的操作和监控更加便捷，给海缆作业带来极大的便利，同时使作业区和生活区划分明确，减少干扰。

（2）采用动态定位系统（DPS）[2-3]。近二十年新建布缆船都装置了先进的DPS，具有灵活的船舶操控性能和精确定位功能。DPS系统包括动力、测量、推进和控制等，它与高精度卫星定位系统（DGPS）组合能使船舶可保持到1～3 m的定位精度和1?～3?的航向偏差，能使数千公里海缆按预定路由敷设而不偏移;在海缆维修中能准确地捞取故障海缆;进行光缆接头作业时能使船舶固定在某一个定点位置，并能在3 kn海流中定位作业，有效地保证了海缆施工维修的质量和效率。

（3）海缆作业设备先进[4]。新建布缆船都设置了适应光缆建维作业要求的新型作业设备，更适应海况条件变化，打捞海缆作业效率更高。船上装配了大型鼓轮机，这是海缆维修的重要设备，其鼓轮直径一般为3～4 m，最大牵引力可达30～40 t，从而保证在不同水深条件下，都能实施打捞和回收海缆的作业;并装备了能检修海缆和进行埋设作业的遥控水下装置（ROV），使海缆作业的水深可达到3 000 m。

（4）控制系统自动化。随着计算机控制系统智能化程度提高，布缆作业的精确性增强，船员劳动强度降低。进行海缆作业时，计算机控制系统使鼓轮机、直线布缆机、埋设机等作业控制系统与布缆船动力定位系统协同，实现海缆建维作业的自动化，并提高了作业质量。

（5）电力推进普遍采用。由于电力推进系统去除了许多机械传动装置，也可节省出空间来装载海缆或海缆作业设备。电力推进系统不再受限于发动机、推进器、传动轴系的传统直线布置模式，电缆柔性连接可将原动机布置在任何地方，大大增强了全船设备布置灵活性，易于实现船舶结构优化。电力推进还具有节约能源、振动小、噪音低等特点。

4    船型论证

现役布缆船较多采用了传统布缆船船型，一般设置专用的海缆装载舱，同时设首部作业区和尾部作业区，依靠全船贯通的通道实现首尾协调，如图1。传统布缆船船型存在问题主要有：全船首尾贯通的作业通道，既占用空间和造成总布置困难，又对生活区、驾驶区产生干扰;首部甲板空间较小，作业操作不便，作业效率较低;首部直接面临海浪抨击，振动感强烈，升沉运动大，不利于海缆作业安全，恶劣海况时首部海缆作业效率将受到明显影响;首部作业区与尾部作业区不利于互相观察，作业协调难度加大。

近二十年来，在传统布缆船基础上出现了一种改进船型，仍然设置电缆舱，船首为非作业区，所有海缆作业在船尾完成，尾甲板通过一段舱内通道将作业区、生活区、驾驶区等分隔。随着一些直径大、弯曲半径大的光缆及管线成为布缆船作业对象，传统作业系统配置受限于设备重量、布置空间和光缆退扭高度等因素，难以满足作业对象要求。为解决上述问题，出现了一种新型布缆船船型，如图2，其基本特征有[1]：一般船宽较大，在甲板上布置大直径的海缆装载区，不再专门设置海缆舱;设置轮胎型直线拉缆机，可满足较大弯曲半径的海缆（管线）作业需求;设置了可转动放缆的卷筒或转盘装载海缆（管线），布设发展了不需退扭的顺势敷设方式。

新型布缆船宜采用比较先进合理的尾部作业布缆船船型，示意如图3，并依靠半贯通作业通道将尾甲板和前海缆装载舱连接，形成连贯的作业区;长首楼前半部分设生活区、驾驶区，与作业区减少干扰;作业控制室设于中后部，便于观察作业区情况;尾部主要设置1台鼓轮布缆机、1台轮胎直线布缆机，基本可完成所有作业任务;尾部相对宽阔的作业区域和相对平稳的作业环境，也利用改善操作人员安全性。

5    小结

本文基于新时代我国沿海、近海通信光缆的布放、埋设和维修等任务，提出了其对新建布缆船的作业需求和功能定位。分析了现役布缆船存在的主要不足，在梳理国内外布缆船特点与发展趋势基础上，基于作业方式对布缆船船型进行了重点分析，论证提出了新型布缆船宜采用尾部作业的船型方案，解决现役布缆船在总布置、作业操作等方面的不足，为新型布缆船总体技术方案确定提供有效指导。

参考文献

[1]张太佶. 中型布缆船的更新代船型初探[J]. 船舶， 2008， （2）： 1-7.

[2]毛建辉. 尉志源. 海缆船定位系统设计[J]. 舰船科学技术， 2020， 42（20）： 170-175.

[3]朱海洋. 船舶动力定位能力分析系统研究[D]. 江苏科技大学， 2017.

[4]尉志源， 毛建辉， 张志刚. 大型海缆船技术发展现状及趋势[J]. 船舶， 2019（5）： 81-89.