深潜水作业技术发展与船型设计关键技术

周国平

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

0 引 言

大深度潜水作业技术是一种广泛应用于海洋资源开发、海底资源勘探、海洋科学考察、海底设施安装、水下系统施工、海底管道检修、海底电缆抢修和大深度水下救助打捞等领域中的水下高端作业技术。国际上将潜水员直接暴露于水下，在水深超过50m的高压环境下开展的潜水作业称为深潜水作业。按照国际惯例，若潜水作业深度超过120m、作业时间超过1h，一般采用饱和潜水方式。饱和潜水是指采用潜水设备将潜水员送到水下，到达指定位置后潜水员出舱潜水巡回，是一种适用于大深度、长作业时间的水下工程的潜水作业方式。大深度潜水往往意味着作业水深超过120m，连续作业时间超过2h。大深度潜水作业的核心技术主要由大深度饱和潜水作业技术和具有高海况作业能力的深潜水作业支持船组成，深潜水作业支持船是装载潜水设备进行水下工程作业所需的重要海洋技术装备。本文主要对大深度饱和潜水作业技术和深潜水作业支持船技术进行分析。

1 大深度饱和潜水作业技术发展情况

1.1 饱和潜水作业技术国外发展情况

20世纪中叶，美国的一位乡村医生及其同事经过反复试验发现，人如果在高压环境下逗留到一定的时间，其血液组织内的惰性气体会达到饱和状态。1957年，美国海军潜水生理学家Bond根据Haldane理论中的惰性气体在体内运行的规律，提出“饱和潜水”的观点，即创造出一种环境和条件，使潜水员能在高压环境下停留几十天，其体内各组织体液中溶解的惰性气体达到完全饱和的状态，待预定作业任务完成之后，一次性减压出水，且减压时间并不会随潜水时间的延长而增加。饱和潜水能使潜水作业时间大大增加，使潜水工作效率得到很大提高，该技术提出之后得到了国际同行的重视，很快进入了实际应用阶段，成为大深度潜水作业的标准技术。20世纪60—70年代，为解决海洋油气资源勘探开发和生产实践中遇到的问题，研究人员重点围绕水下作业技术（即有人潜水技术和潜水装备），对一系列生理医学和潜水安全问题进行了研究。1962年，美国军队在海上组织了代号为“人在海中—I”的一系列海上饱和潜水试验，通过实践验证了饱和潜水原理。在这段时间内，为提高潜水员的深海作业能力，一些潜水技术较先进的国家开展了一系列生物医学试验，进行了增加潜水深度和延伸有效潜水时间方面的研究。

1981年，美国完成了名为“ATLANTIS Ⅲ”的模拟试验，3名潜水员呼吸氦、氮、氧组成的混合气，潜水最大深度为686m，在该深度处停留了24h，在大于650m的深度处共生活、工作了7d。1988年，法国海洋技术公司（COMEX）在地中海进行了名为“HYDRA—8”的采用氢、氦、氧组成的混合气的饱和与巡回潜水实潜试验，潜水员在地中海水下534m处完成了规定的作业任务，这是当时人类真正到达的水下最深潜水深度。1992年，法国COMEX又进行了名为“HYDRA—10”的采用氢、氦、氧组成的混合气的饱和潜水试验，深度达到了701m，压力为71.1个绝对大气压，这是当时人类承受的最高压力。1994年，俄罗斯潜水医学机构进行了大深度动物饱和潜水试验研究，呼吸氦、氧混合气的饱和潜水最大深度对应压力达101个绝对大气压，呼吸氢、氦、氧混合气的饱和潜水最大深度对应压力达120～190个绝对大气压，证明生物能承受压力的研究空间还很大，人类有可能通过饱和潜水下潜到近2000m的深度处。2008年，日本海上自卫队完成了440m饱和与450m巡回潜水实潜试验，潜水员巡潜深度达450m。据了解，美国、法国、英国、瑞士、挪威、德国、日本和俄罗斯等8个国家已先后突破400m潜水深度。

1.2 饱和潜水作业技术国内发展情况

我国的饱和潜水技术研究虽起步较晚，但发展迅速。1975年，我国开始进行饱和潜水动物试验研究。1976年，在海军医学研究所建立了我国第一座饱和潜水试验舱，首次将饱和潜水试验研究由动物过渡到人，进行了20～30m模拟空气饱和潜水试验，随后进行了40m空气巡回潜水试验。1977年，在海军医学研究所饱和潜水舱和交通运输部上海打捞局加压舱进行了饱和深度为20.0m、30.5m和36.5m的氮、氧饱和潜水试验，以及50～70m空气巡回潜水试验。1979年和1981年，在“南海二号”饱和潜水设备上开展了深度120m模拟氦、氧饱和潜水与165m模拟氦、氧巡回潜水人体试验，以及302m模拟氦、氧饱和潜水人体试验。1982年，在“勘探一号”船上利用其饱和潜水设备系统进行了200m模拟氦、氧饱和模拟人体试验，获得了成功。1987年，在海军某潜水母船上使用从英国进口的200m饱和潜水设备系统进行了氦、氧饱和潜水海上人体试验，以及80m氦、氧饱和与100m巡回潜水人体试验。1989年，海军医学研究所采用500m饱和潜水系统进行了模拟350m氦、氧饱和与376m巡回潜水人体试验，高压下暴露20d，创造了当时的亚洲纪录；随后使用从英国进口的200m饱和潜水设备系统进行了海上100m氦、氧饱和与112m巡回潜水人体试验，并进行了120m氦、氧饱和与150m巡回潜水训练。2001年，分别进行了海上140m氦、氧饱和与166m巡回潜水训练和150m氦、氧饱和与182m巡回潜水训练。2010年，海军医学研究所采用500m饱和潜水系统成功进行了模拟480m氦、氧饱和与493m巡回潜水人体试验，创造了新的亚洲纪录，使我国成为世界上第9个掌握突破400m潜水深度、潜水员直接暴露在高压环境下作业技术的国家。

2006年底，上海打捞局在南海番禺油田使用200m饱和潜水设备系统完成了海上商业饱和潜水作业（96m饱和与105m巡回潜水），潜水深度为103.5m，12名潜水员在深海高压环境下生活了390h，出潜28人次，工作时间长达126h，在南海石油钻井平台旁，潜水员连续作业近8h，完成了番禺油田立管更换作业，实现了我国氦、氧饱和潜水从模拟试验到商业作业的转变，填补了我国饱和潜水海洋工程作业技术的空白。随后，上海打捞局应用饱和潜水作业技术为南海文昌油田进行了最大水深为153m的海底膨胀弯管安装作业。2014年1月，交通运输部上海打捞局在哈士基荔湾海洋工程项目中采用深潜水作业支持船“深潜”号实现了实际饱和潜水深度300m，巡回深度313.5m，创造了我国大深度饱和潜水作业新纪录。

2 深潜水作业支持船技术发展情况

2.1 深潜水作业支持船技术国外发展情况

深潜水作业支持船是装载潜水设备进行大深度潜水作业用到的重要海洋技术装备，技术难度大，专业化程度高，长期以来相关技术一直由美国、法国和挪威等发达国家掌握。例如，目前世界上较为先进的Subsea 7系列深潜水作业支持船“Seven Atlantic”（见图1），采用潜水系统与船体一体化设计，总长145m，型宽26m，配备有350m饱和潜水系统，双潜水钟，24人高压居住舱（可同时饱和减压24名潜水员），2套常压空气潜水系统，1台120t海洋工程起重机，2台工作型无人遥控潜水器（Remote Operated Vehicles,ROV），额定人员150人；Subsea 7系列深潜水作业支持船“Seven Havila”（见图2），总长120m，配备有300m饱和潜水系统，双潜水钟，24人高压居住舱（可同时饱和减压24名潜水员），1台250t海洋工程起重机，配置主动式升沉补偿装置（Active Heave Compensator, AHC），额定人员120人。

图1 Subsea 7系列深潜水作业支持船“Seven Atlantic”

图2 Subsea 7系列深潜水作业支持船“Seven Havila”

欧美等发达国家十分重视深潜水技术发展和大深度水下作业能力研究，在发展饱和潜水技术的同时，推进了深潜水作业支持船研究，研制出了一批设计先进、功能强大的深潜水作业支持船，具备400～500m深度的水下作业能力，全部采用潜水系统与船体一体化设计。为提高饱和潜水作业的安全性和作业效率，满足更深海域的作业需求，饱和潜水装备和深潜水作业支持船更趋向于大型化发展；饱和潜水系统拥有多个高压居住舱和多个潜水钟，可满足更多的潜水员同时进行不同深度的饱和潜水作业；深潜水作业支持船的主尺度和吨位更大，设有较大的油水舱和宽敞的甲板，动力定位系统级别更高，冗余度更大。20世纪90年代以来，国际上的深潜水技术研究已从有人潜水技术转向无人遥控潜水及装备技术。目前，深潜水作业支持船一般都配置有大深度工作型和观察型ROV，能在船上的控制室，通过遥控界面控制船舶在高海况下进行更深海域的水下工程作业。

2.2 深潜水作业支持船技术国内发展情况

我国在研究饱和潜水技术的同时，也开展了深潜水作业支持船开发技术研究。在民用方面，研究该技术起初主要是为了满足我国救助打捞技术的发展需求，包括水下人命救助、沉船沉物打捞、沉船存油抽取和油舱封堵、公共水域及航道和港口清障等。为应对突发事件和应急处置，早期深潜水作业支持基本上是在其他工程船上实现的，或是临时租借国外深潜水作业支持船实现。上海打捞局在2006年底采用200m饱和潜水设备系统完成的饱和潜水海洋工程作业（96m饱和与105m巡回潜水）就是租借国外的深潜水作业支持船进行的。

我国首艘深潜水作业支持船是由上海船舶研究设计院为上海打捞局进行氦、氧饱和潜水专门研究设计的特种工程船，该船在武昌船舶重工有限责任公司青岛海西湾造船基地建造，于2012年8月6日交付使用。图3为我国设计建造的首艘300m饱和深潜水工作母船“深潜号”。该船总长125.7m，型宽25m，配置有12人300m潜深的饱和潜水系统、作业水深3000m的ROV和1台140t重配置AHC的海洋工程起重机，饱和潜水系统采用甲板撬装的形式布置，具有300m饱和潜水、常压空气潜水、ROV探测作业、水下工程起重和大深度救助打捞等功能。“深潜号”可在我国70%的水域作业，实现实际饱和潜水深度300m，该船的投入使用使得我国海上大深度潜水作业能力得以显著提升。2013年7月，交通运输部为进一步提高我国的深水抢险打捞作业能力和装备水平，更好地执行国家救助打捞和政治军事抢险任务，启动了具备500m饱和潜水作业能力和3000m深水抢险作业能力的新型深潜水工作母船建造项目，目前正在有序推进。图4为我国正在建造的500m饱和深潜水工作母船。该船配备有双潜水钟和24人甲板高压居住舱（Deck Decompression Chambers, DDC），具有支持500m水深饱和潜水和6000m ROV作业能力，兼具深水管道铺设和深水海洋工程安装等海洋工程作业能力，建成之后将成为具备超深水施工能力的有多层饱和潜水系统的深潜水作业支持船。

图3 300m饱和深潜水工作母船“深潜号”

图4 正在建造的500m饱和深潜水工作母船

近年来，国内数家造船厂相继为国外船东承造了多艘深潜水作业支持船。例如：中船黄埔文冲船舶有限公司为新加坡船东承造了一艘300m饱和潜水支持船（见图5），该船能满足深水海域油气资源开发的工程作业需求，配备有双潜水钟、24人DDC的300m饱和超深潜水设备系统，具有300m饱和潜水、100m常压空气潜水、3000m ROV探测作业和250t水下工程起重等功能，以及实施3000m水下多种工程作业和设备安装作业支持功能；上海振华重工（集团）股份有限公司为希腊船东TOISA建造了深水多功能潜水支持船（见图6），该船可同时搭载24名潜水员分批次通过双潜水钟进行最大潜水深度为300m的饱和潜水作业，配备有400t海工折臂起重机和3000m作业级ROV，可搭载垂直铺设柔性铺管系统或修井系统。

图5 300m饱和潜水支持船“ORIENTAL DRAGON”

图6 300m饱和潜水支持船“TOISA PELAGIC”

虽然我国已建造或正在建造多艘/型深潜水作业支持船，但在饱和潜水作业系统配置和高端深潜水作业支持船自主研发等方面仍部分依靠国外技术，在饱和潜水技术研究方面大多仍处在饱和潜水室内试验和饱和潜水模拟实践研究阶段，应用于实际海洋工程作业较少，在海上饱和潜水作业水深和长时间连续作业方面表现都不太理想，仍面临着严峻的挑战。随着我国南海深水海域油气资源开发的范围不断扩大和速度不断加快，要求全面掌握当代国际先进的大深度水下潜水作业核心技术，并付诸海上工程作业实践，需全面掌握当代国际先进的具有大深度、高海况作业能力的深潜水作业支持船设计和建造技术，实现设备配套国产化，形成具有自主知识产权的高端深潜水作业支持船与饱和潜水装备设计和制造技术，提升我国大深度潜水工程作业装备的自主研制能力。

3 大深度饱和潜水作业技术特征

3.1 现代饱和潜水作业标准方案

为实施大深度饱和潜水作业，研究人员曾提出多种饱和潜水实施方法，主要有水下居住舱式饱和潜水和潜水舱（Submersible Diving Chamber, SDC）-DDC式饱和潜水2种。水下居住舱式饱和潜水方法实质上就是让潜水员在海底长时间居住生活，由于水面系统为水下居住提供的保障要求非常高，且存在很多缺点，技术上实现难度非常大，目前已被淘汰。SDC-DDC式饱和潜水方法是现代饱和潜水采用的标准方案，技术本质实际上就是让潜水员在水面的深潜水作业支持船上的DDC内长时间居住生活，潜水员体内各组织体液中溶解的惰性气体达到完全饱和的程度，潜水员可长期停留在潜水深度要求的高气压环境下几十天，在每次需进行水下潜水作业时，用SDC将潜水员运送到水下工作区域，潜水员出潜水舱巡回潜游进行水下作业，休息时返回水面的高压居住舱内休息，在整个水下作业工程结束之后，在船上的高压居住舱内按规定程序一次性减压，返回正常大气压环境。

SDC-DDC式饱和潜水方法的设备系统主要由SDC、DDC、逃生舱（Hyperbaric Rescue Chamber, HRC）和控制系统等组成，其中包括由潜水钟吊架、主绞车、导缆绞车、脐带绞车和电动液压泵组等组成的潜水钟收放装置，以及由逃生舱吊架、绞车和液压泵组等组成的逃生舱收放装置。我国研制的深潜水作业支持船“深潜号”采用了SDC-DDC式现代饱和潜水的标准方案。

3.2 大深度饱和潜水与巡回潜水模式

研究人员在饱和潜水实践中发现，由饱和潜水的设定深度继续向更大深度下潜，在一定深度和时程范围内返回原深度，可不需要经过减压程序，这就是巡回潜水的技术概念。例如，2010年我国海军医学研究所采用500m饱和潜水系统进行的模拟480m氦、氧饱和与493m巡回潜水人体试验，480m为模拟饱和潜水设定深度，493m为巡回潜水深度，SDC将潜水员送至480m深度之后，潜水员出舱可继续下潜至493m的深度进行工程作业，在规定的时间内返回SDC，不需要经过减压程序。同时，研究发现，随着饱和潜水深度的增加，巡回潜水的时间和深度也可增加很多，即480m饱和之后的巡回潜水时间和深度范围远超过300m饱和之后的巡回潜水时间和深度范围，这就使得潜水员在水下更深处的潜水作业范围更广，活动半径更大，潜水工作效率更高。根据饱和潜水与巡回潜水的基本原理和概念，为进行大深度条件下的长时间潜水作业，采用下潜运载工具将潜水员送到水下，然后潜水员出舱巡回潜游，采用巡回潜水的方法进行水下作业，这是现代饱和潜水的标准作业方式。

我国研制的深潜水工作母船“深潜号”在哈士基荔湾海洋工程项目中就是采用的这种饱和潜水与巡回潜水作业方式，实现饱和潜水深度300m，巡回潜水深度313.5m。通常SDC将潜水员送到水下距海底一定的高度处，或水下工程设备和设施系统附近，由于海底地貌、水下工程设备和设施系统的海底布置会有高低深浅的变化，进行水下作业是不可能保持作业水深与下潜运载工具的下放深度一致的，因此潜水员出舱之后可向更深的水域巡回潜游进行水下潜水作业。

3.3 饱和潜水系统设备配置技术

深潜水作业需采用潜水作业专用装备完成，其中包括饱和潜水装备、常规潜水装备、载人潜水器和无人遥控潜器等，潜水作业设备系统配置分级为：

1) 潜水深度40m以内的潜水作业，配置潜水深度40m的轻潜水装备；

2) 潜水深度60m以内的深潜水作业，配置潜水深度60m的管供空气潜水设备系统；

3) 潜水深度120m以内的深潜水作业，配置潜水深度120m的管供氦、氧混合气体潜水设备系统，此外还需配置医疗加压舱和方便潜水员下水的开式SDC吊放架等；

4) 潜水深度超过120m的大深度潜水作业，采用饱和潜水方法，配置潜水深度200m饱和潜水设备系统、潜水深度300m饱和潜水设备系统和潜水深度500m饱和潜水设备系统等。

为提高饱和潜水作业效率，通常配备多个甲板减压舱和SDC，可供更多的饱和潜水员同时进行不同水深的饱和潜水作业。

采用SDC-DDC式饱和潜水模式的现代饱和潜水标准方案配置1套双SDC式24人的300m或500m饱和潜水系统，可同时饱和减压24名潜水员，具备实施饱和深潜水的水下工程作业能力。图7为饱和潜水主要设备系统组成，主要配置有：2个3人SDC，可供3名潜水员同时进行潜水作业；由潜水钟吊架、主绞车、导缆绞车、脐带绞车和电动液压泵组等组成的SDC收放装置；1套24人DDC，其中2个主居住舱为9人双舱减压舱，可用于一般作业的2×6人饱和减压居住和潜水员换班时的2×9人饱和减压居住，辅居住舱为2×6人双舱减压舱，当潜水员换班时，3人在辅居住舱减压，另3人进入主居住舱，从而实现不间断潜水作业，提高潜水作业的效率和连续性；2个24人HRC，包括逃生舱吊架、绞车和液压泵组在内的逃生舱收放装置；潜水和高压居住舱控制舱室；动力和辅助系统设备舱室及饱和潜水装置冗余供电系统；2个潜水月池和1个工作月池等。

图7 饱和潜水主要设备系统组成

3.4 潜水月池和工作月池设计

为适应高海况饱和潜水作业要求，深潜水作业支持船应设置潜水月池和工作月池等专用月池，潜水作业的SDC通过深潜水作业的潜水月池潜放和回收，将潜水员送到水下，潜水月池和工作月池在接近船中的位置前后布置。SDC上下穿过潜水月池时会产生气塞现象（瓶塞效应），船舶的摇荡（横摇、纵摇和升沉），特别是升沉运动，会使这种气塞现象更趋严重，在SDC上下穿过潜水月池时，上下运动的水波会对SDC产生砰击，对SDC设备及其附件造成损坏，给钟体内人员帯来不适，潜水月池的设计关系到潜水员下水和出水的安全性。

潜水月池设计为一条从工作甲板直通船底的SDC专用通道，月池周围采用双层结构，内层开设大的椭圆形孔，布置成湿式缓冲舱（见图8），以缓解月池内SDC上下穿过潜水月池时出现的垂向抽吸气塞现象，减小月池内上下运动的水波对SDC的砰击；同时，在潜水月池周围布置压缩空气喷嘴，以形成气泡阻尼层，减小下水和回收时波浪对潜水月池的影响。在潜水月池上部的工作甲板下布置空气透气管，以疏导潜水月池内SDC上下运动造成的正压或负压。潜水月池内表面装有SDC收放辅助导向装置。潜水月池底部四周以转圆弧过渡，保护下水的导缆和脐带等不受损伤。工作月池也设计为一条从露天工作甲板直通至船底的方形专用通道，开口尺寸可大一些，工作月池可向潜水员传送工具和器材，支持大深度饱和潜水作业，必要时还可配置另一套饱和潜水系统进行潜水作业。在应急情况下可由工作月池吊放应急潜水装置和潜水人员下水，救援遇险的饱和潜水人员。

图8 潜水月池湿式消波舱主要结构

4 深潜水作业支持船设计

4.1 深潜船型选型与总布置设计

深潜水作业支持船是现代化大深度饱和潜水作业支持船，用于完成多种海洋工程施工作业和水下抢险打捞作业，作业工况繁多，需满足多种海底施工类型、条件和特点等的要求，不仅要承载饱和潜水系统（通常是饱和潜水系统加上气瓶组），而且需配置起重设备、打捞施工设备和足够的甲板作业区域，是具有特殊要求和较大甲板面积的大型特殊用途船。由于是在大深度开阔海域作业，要求船舶能适应恶劣的海况，具备在高海况下进行潜水作业的能力，具有很强的抗风浪能力，满足无限航区的船舶性能要求，有良好的稳性、快速性、耐波性和操纵性等。由于是在远离海岸的开阔海域进行长时间的连续饱和潜水作业，加上海况恶劣，鉴于这种情况下，物资补给十分困难，为具有强抗风浪能力、抗摇能力、较大的甲板面积、较好的居住能力及较长的续航力和自持力，深潜水作业支持船需具有更大的主尺度，船舶大型化已成为其发展趋势。为满足多种水下工程作业设备和系统的布置、油水装载和住舱舒适性等方面的要求，需对舱段舱室划分和布置进行深化设计研究和优化，重点解决大型特种设备、居住舱室布置和总体性能方面的技术难题，满足《特种用途船舶安全规则2008》（SPS 2008）和其他规范、规则的要求，使船型有效满足大深度潜水作业需求。

4.2 电力推进和高冗余动力定位技术

为确保潜水员在水下作业的安全性，现代化深潜水作业支持船通常采用电力推进和高冗余度动力定位技术。电力推进采用中央电站，可按不同负荷启动不同数量的发电机组，投入运行的发电机组始终处于接近满负荷的状态，而未启动的发电机组作为备用，这能大大提高动力设备的冗余度，更好地满足潜水作业复杂工况的要求，确保潜水员在水下作业的安全性。高冗余度动力定位能力是深潜水作业支持船必须具有的性能，由于饱和潜水是采用下潜运载工具将潜水员送到水下，然后潜水员出舱巡回潜游的，饱和潜水作业对深潜水作业支持船的定位能力有很高要求（偏移不能大于3m），动力定位系统的配置应能保证船舶保持某个固定位置或跟踪预定的航迹，以满足潜水作业需要，按规范要求，动力定位等级不能低于DP-2级。动力定位是利用船舶自身具备的动力，通过对推进器和侧推装置进行自动控制，产生推力和力矩，克服由风、浪、流等外力引起的使船舶偏离原定位置和方向的情况，使船舶保持在原定潜水作业位置及限制的位移范围内。动力定位系统具有保持指定位置和艏向、自动定位目标位置、自动搜寻最佳方位角、跟踪转向点、跟踪目标、自动航迹显示、变换回转中心、调遣自动航行、预测漂移、分析在线定位能力、监测和补偿锚链张力等功能。

4.3 船体关键结构优化设计

对于船体结构设计的总纵强度计算，根据稳性计算书确定许用弯矩和切力，选取典型的横剖面确定甲板和船底构件的尺寸，特别注意考核月池区域的船体梁强度，选取典型的横剖面校核船体梁强度，得出许用静水弯矩和切力。典型横剖面结构见图9。船上配备有众多特种大型设备，如何合理地对设备所在区域的船体结构进行局部强度设计和加强，是结构设计的重点和难点。为避免船体变形对饱和潜水装置产生影响，采用有限元计算方法对饱和潜水装置区域的支撑结构进行校核，控制该区域船体结构的变形量。为综合考虑各种设备对结构的影响，需对整个设备区域结构建立有限元模型，进行有限元计算分析，确保其满足规范的要求。A字架布置在艉部推进器舱上部，该区域无法设置支柱，故通过增加强构件腹板高度和面板厚度给予有效支撑；艉滚筒是通过支撑轴承与船体连接的，故需对轴承所在区域的结构进行特殊加强，该区域的加强采用纵横交错的舱壁支撑结构形式；鲨鱼钳通过设置局部舱壁给予有效支撑；艉部定位锚绞车的加强要注意对缆绳导向装置区域的加强；舵桨装置安装空间受限，故在对其进行加强时要考虑船体基座施工的可行性，以及与舵桨装置基座螺栓连接的可操作性。

图9 深潜水作业支持船典型横剖面结构

4.4 大吨位海上起重作业装备配置设计

海洋工程起重机和海上起重A字架是深潜水作业支持船配置的大型水下工程起重作业装备，用于完成海底油气设施安装、水下生产系统施工和水下救助打捞等工作。海洋工程起重机和海上起重A字架的配置型式、起重能力和设备自身重量等对船舶的总体性能、结构布置、风浪中运动特性和大吨位起重安全技术有着直接影响。全回转海洋工程主起重机设置在船中露天工作甲板舷边，采用立柱安装，最大起重能力通常按作业需求和起重设备形式配置，并根据作业需求逐渐增大，目前最大起重能力达到250～600t，起升钢丝绳绞车设置在起重机上的最大起重能力通常为250t（见图10），起升钢丝绳绞车配置在主船体舱内的起重能力较大，设置的全回转海洋工程辅助起重机最大起重能力通常为50～150t。海洋工程起重机最大起吊半径可达30m以上，水下起吊工作水深2500～3000m，起重机配有AHC。在艉部设置1台海上作业变幅门式起重机（A字架），目前A字架的最大起重能力通常为350t（见图11），大型A字架的最大起重能力已达到500t。A字架起重绞车布置在主船体舱内，起重吊钩由起重绞车的钢丝绳通过滑轮导缆实现升降起重作业。

图10 250t全回转海洋工程主起重机

图11 350t海上变幅门式起重机（A字架）

4.5 ROV配置技术

为适应更深海域的水下工程作业，深潜水技术已由潜水员下潜出舱直接暴露于水下巡回潜游发展为潜水员在船上控制室内操纵遥控机械手进行水下作业，有人潜水技术向无人遥控潜水技术发展使得水下工程作业能适应500～1500m的深水海域和1500m以上的超深水海域。

当前，深潜水作业支持船一般都配置有大深度深水作业工作型和观察型ROV，水下作业深度可达到1000m、2000m和3000m，或更深海域，可在船上的控制室内通过遥控界面对ROV进行控制和操纵，ROV由吊放架从舷侧吊放下水，在高海况下可由工作月池吊放下水，对海底的海洋工程设施、油气管及电缆等进行搜寻、探测、数据记录和数据处理等，并通过工作型ROV机械手进行深水海洋工程装备安装、检查和维修作业等（见图12）。深潜水作业支持船通常设置2套工作型ROV，水下作业深度可达到3000m。该工作型ROV上设置有多套多功能机械手和探测、监视设备，布置在艏楼和甲板室左右侧ROV舱内；配置2套专用门式吊放装置收放和作业设备，并设置2个ROV控制室，分别控制ROV进行水下作业，具备在3000m水深范围内实施无人遥控远程水下工程探测、测量、安装、检查和维修等多种水下工程作业的能力。

图12 3000m工作型ROV

4.6 船舶减摇和防横倾调载设计

深潜水作业支持船由于作业的特殊性，基本上在低速航行或停泊状态下作业，饱和潜水作业涉及SDC的水下稳定及潜放和回收，SDC与甲板减压舱在高压条件下的分离和对接，SDC在水下的升沉控制，需满足深潜水和深水大吨位起吊等作业需求，深潜水作业支持船应具有良好的减摇性能。矩形平面被动式减摇水舱采用对压载水舱加设阻尼格栅的布置形式，利用船舶横摇时压载水的移动，通过阻尼格栅的移动产生异相位的横倾力矩，达到减摇的目的，在船舶处于低速航行或停泊状态时都能有效减少船舶横摇。可并列设置2～3个与船宽相等的矩形平面被动式减摇水舱，在不同的海况下，根据船舶的装载和减摇要求，对1～3个减摇水舱加注半舱压载水，以达到压载水最大异相位横摇移动幅度与减摇的合适要求，有效减少船舶横摇。海洋工程起重机在进行大吨位海上起重作业时，起吊重物的移动和起重机吊臂的转动会使船舶产生横倾力矩，造成船舶倾斜，为保持船舶在起吊重物过程中的平衡性，需设置主动式防倾调载系统。根据起重机起吊重物移动产生的最大横倾力矩，在主船体内选用3～5对舷边压载水舱作为抗横倾调载水舱，每对调载水舱配置1台抗横倾调载水泵，各调载水舱按半舱调载水计入，调载水泵排量按起重机起吊重物产生的最大横倾力矩和起吊重物移动半圈花费的最短时间核算，启动台数根据起重机起吊重物的工作负荷和产生的横倾力矩的大小确定，以满足起重机在海上起吊作业过程中船舶瞬间倾侧时的调整要求，使船舶始终保持在起重机起吊作业前的原始平衡状态。

5 结 语

深潜水作业支持船是现代化大深度饱和潜水作业的核心技术装备，随着海洋油气资源开发的不断发展，深潜水作业支持船的性能要求越来越高，包括技术更先进，设计更合理，设备更安全，设施更可靠，适用范围更广，能适应于不同水深的水下工程作业等。船舶采用电力推进和高冗余度动力定位技术，配备饱和潜水设备、常规潜水设备、ROV、海洋工程起重机和海上起重A字架等，具备为海洋工程水下作业及海洋救助打捞提供多种大深度、高海况深潜水作业支持服务的能力。深潜水作业支持船设计研究涉及的关键技术众多，研究的目的是全面掌握先进的大深度水下潜水作业核心技术，全面掌握先进的具有大深度、高海况作业能力的深潜水作业支持船自主开发研究设计关键技术，进一步发展深潜水作业支持技术装备，适应于海洋油气资源开发和大深度水下救助打捞，对接国家“加快建设海洋强国”战略，满足我国南海深水海域油气资源勘探开发作业要求，为海上石油和天然气勘探、开采工程提供海底设施，为油气管及电缆的安装、检查和维修等海洋工程深潜水作业提供支持服务。