海洋調(diào)查船設(shè)計(jì)分析

李陵

摘 要：我國(guó)的海洋開發(fā)方興未艾。本文結(jié)合我國(guó)新時(shí)期的海洋科學(xué)考案需求，論述了海洋調(diào)查船發(fā)展的先進(jìn)技術(shù)以及基本設(shè)計(jì)思路，可為我國(guó)新型海洋調(diào)查船的科研與建造提供參考。

關(guān)鍵詞：海洋調(diào)查船；船舶設(shè)計(jì)；特殊設(shè)備

中圖分類號(hào)：674.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 前言

海洋調(diào)查船是指可進(jìn)行海洋水文物理、海洋氣象、海洋化學(xué)、海洋地質(zhì)地貌、海洋生物等海洋科學(xué)調(diào)查研究工作的船舶。由于掌握包括海底地形地貌、海洋重力、海流等在內(nèi)的海洋環(huán)境信息是實(shí)施海上作戰(zhàn)的基本前提，世界各國(guó)也將海洋調(diào)查船視作維護(hù)領(lǐng)海安全的重要力量。黨的十八大提出了“提高海洋資源開發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，堅(jiān)決維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”的宏觀目標(biāo)，我國(guó)的海洋戰(zhàn)略也加快了海洋調(diào)查船開發(fā)建設(shè)的步伐。

圖1 我國(guó)“科學(xué)”號(hào)海洋調(diào)查船

目前全球正在運(yùn)營(yíng)中的海洋調(diào)查船共有900余艘，其中9艘為破冰科考船。有1 000 t以上的 “向陽紅”系列和1 000 t以下的“曙光”系列，這些船由于建造年代久遠(yuǎn)，船舶性能與設(shè)備均已落后，目前除了“向陽紅09”外，其余已悉數(shù)退役。九十年代，我國(guó)從原蘇聯(lián)國(guó)家引進(jìn)并改裝了 “雪龍”號(hào)與“大洋一”號(hào)，兩艘極地科考船。近十年來，我國(guó)陸續(xù)新建了“實(shí)驗(yàn)”號(hào)、“科學(xué)”號(hào)、“海監(jiān)50”號(hào)等性能優(yōu)異、設(shè)備先進(jìn)的新型海洋調(diào)查船。

圖2 我國(guó)“實(shí)驗(yàn)”號(hào)雙體海洋調(diào)查船

2 總體設(shè)計(jì)

海洋調(diào)查船作為特種用途船舶，其船型設(shè)計(jì)非常特殊：（1）從外形上看，為體現(xiàn)在海上乘風(fēng)破浪的堅(jiān)毅精神，外形輪廓上采用直線和階梯造型，和艦艇有些類似；（2）從船載人數(shù)上看，大中型海洋調(diào)查船的船員與科考人員總數(shù)往往達(dá)到70～80人，有較多的居住和活動(dòng)房間以及救生設(shè)備，具有客船的特點(diǎn)；（3）工作要求上看，要求有全景式駕駛室、較大的工作甲板面積及特種機(jī)械裝備，具有工作船的特點(diǎn)；（4）從布置上看，其較大的標(biāo)本艙庫、測(cè)量?jī)x器艙庫、特殊儲(chǔ)藏室，以及與其配套的艙口蓋、吊機(jī)等設(shè)備，具有貨船的特征。因此，綜合以上各方面的特性，海洋調(diào)查船的設(shè)計(jì)要綜合權(quán)衡來滿足多方面的要求。

2.1 主尺度

海洋調(diào)查船往往采用較大的船寬，一方面有利于各種設(shè)備的布置，另一方面有良好的穩(wěn)性和耐波性。船長(zhǎng)的選取主要根據(jù)航行海域決定，我國(guó)渤海、黃海波長(zhǎng)較短，南海及臺(tái)灣海峽，波長(zhǎng)較長(zhǎng)，如果執(zhí)行任務(wù)的主要海域位于南海時(shí)，船長(zhǎng)最好不小于90 m。

2.2 規(guī)范及船級(jí)

我國(guó)新建的大型海洋調(diào)查船一般設(shè)計(jì)為無限航區(qū)，滿足現(xiàn)行中華人民共和國(guó)海事局《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則》、中國(guó)船級(jí)社《鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范》及其修改通報(bào)的要求，并取得中國(guó)船級(jí)社☆CSA與☆CSM船級(jí)符號(hào)及Ice Class B附加標(biāo)志。

2.3 航速

海洋調(diào)查船在設(shè)計(jì)時(shí)往往不把航速作為最主要的性能指標(biāo)，故在滿足船東要求的同時(shí)，應(yīng)盡量避免將船的服務(wù)航速設(shè)計(jì)在傅汝德數(shù)峰值或快速爬坡階段。

2.4 分艙與穩(wěn)性

完整穩(wěn)性除需滿足《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則》要求外，還需滿足《海洋調(diào)查船特殊抗風(fēng)力要求》的規(guī)定。在分艙時(shí)，破艙穩(wěn)性可適用于國(guó)際海事組織《特殊用途船舶安全規(guī)則》（海大A534 （13）決議）的要求。

2.5 艙室布置

對(duì)海洋調(diào)查船的艙室設(shè)計(jì)，我國(guó)有著下列明確的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求：

《海洋調(diào)查船專用艙室及其設(shè)施的設(shè)置要求》（CB/T3470-94）；《海洋調(diào)查船生活艙室及其設(shè)施的設(shè)置要求》（CB/T3469-94）；《海洋調(diào)查船實(shí)驗(yàn)室及調(diào)查作業(yè)甲板振動(dòng)、噪聲一般要求》（CB/T3527-93）。

2.6 噪聲限值

實(shí)驗(yàn)室和調(diào)查作業(yè)甲板的噪聲界限值，應(yīng)滿足表1所列。

表1 噪聲限值表（單位：dB）

3 特殊設(shè)備

3.1 推進(jìn)器系統(tǒng)

海洋調(diào)查船應(yīng)能滿足長(zhǎng)期3～6 kn低速航行，且推進(jìn)與操縱系統(tǒng)往往要與動(dòng)力定位配合，所以也常選用可調(diào)螺距槳或電力全回轉(zhuǎn)舵槳推進(jìn)方式。

可調(diào)螺距槳通過設(shè)置于槳轂中的操縱機(jī)構(gòu)，以改變槳葉的螺距，使船、機(jī)、槳在各種工況下都能充分發(fā)揮主機(jī)的功率。全回轉(zhuǎn)電力推進(jìn)系統(tǒng)雖然造價(jià)很高，但優(yōu)點(diǎn)十分明顯，近十年來在海洋調(diào)查船上應(yīng)用較多，如“科學(xué)”號(hào)、“海監(jiān)50”等，它將舵槳合二為一，采用吊艙式推進(jìn)，由于沒有了傳統(tǒng)推進(jìn)的齒輪箱、軸系等，在機(jī)艙布置上更為靈活，噪音振動(dòng)可以降到最小。

3.2 甲板機(jī)械

海洋調(diào)查船應(yīng)能滿足投放水下設(shè)備的操作，如無人艇、深潛機(jī)器人、浮標(biāo)等各種探測(cè)設(shè)備，需要多部手動(dòng)和機(jī)動(dòng)大型吊臂吊機(jī)、不同規(guī)格的收放絞車、纜車。除了救生艇架、載貨電梯等常規(guī)船舶配備外，海洋調(diào)查船還需要如下甲板機(jī)械：

（1）A型架吊機(jī)

海洋調(diào)查船如要吊放重物（10 t以上），則需要A型架吊機(jī)這樣的大型起重設(shè)備。A型架吊機(jī)與一般的回轉(zhuǎn)起重機(jī)不同，它是在垂直平面上旋轉(zhuǎn)倒出的起重器械，具有起重能力大、適應(yīng)范圍廣等特點(diǎn)。

（2）變幅液壓起重機(jī)

變幅液壓起重機(jī)主要包括折臂起重機(jī)與伸縮臂起重機(jī)兩種，它們的特點(diǎn)是除具有一般回轉(zhuǎn)吊機(jī)的起升、回轉(zhuǎn)功能外，還可通過折疊或伸縮吊臂以達(dá)到變幅的功能。它不工作的時(shí)候占據(jù)空間較少，工作時(shí)卻能覆蓋較大范圍的工作面積。

（3）專用絞車

海洋調(diào)查船需配備各類專用絞車，可布置在工作甲板上，也可以放在專用的絞車艙中，一般需要配套的絞車控制室。

3.3 減搖設(shè)備

海洋調(diào)查船對(duì)穩(wěn)定性的要求非常高，橫搖裝置必不可少，主要有舭龍骨、呆木、減搖鰭、減搖水艙、陀螺減搖裝置。由于陀螺減搖裝置造價(jià)昂貴、維護(hù)成本高，故較少使用；減搖鰭的重量比減搖水艙輕，占用船內(nèi)艙容較少，但其缺陷是僅在高航速下有效果。對(duì)于海洋調(diào)查船來說，低速航行是一種常態(tài)，所以減搖水艙比減搖鰭的應(yīng)用更為普遍，設(shè)計(jì)合理的減搖水艙的減搖效果可達(dá)到40%～50%。

3.4 動(dòng)力定位系統(tǒng)

海洋調(diào)查船，一般都是到達(dá)預(yù)定位置后，停船開始取樣，但即便風(fēng)平浪靜，由于海流、風(fēng)向等影響，數(shù)千噸的調(diào)查船也會(huì)在不知不覺中漂移。尤其是在大洋深海區(qū)，水深上千米，取樣設(shè)備下沉到海底便需幾個(gè)小時(shí)，等到了海底船位早已偏離。動(dòng)力定位系統(tǒng)通過感應(yīng)器獲取風(fēng)浪、涌流等數(shù)據(jù)，借助360°旋轉(zhuǎn)的螺旋槳推進(jìn)器與首尾側(cè)推器，自動(dòng)推進(jìn)、調(diào)整，最終使船舶在預(yù)定位置精確定位。

3.5 直升機(jī)系統(tǒng)

直升機(jī)憑借其垂直起降、機(jī)動(dòng)靈活、速度快和視距遠(yuǎn)等特點(diǎn)，已大量被裝配在海洋調(diào)查船上，以用來快速運(yùn)輸人員、小型設(shè)備、實(shí)驗(yàn)標(biāo)本等，大大提高了海洋調(diào)查船的靈活機(jī)動(dòng)性和使用功能，尤其是海上搜索和救援的能力更為突出。直升機(jī)搭載在船上，是由船載直升機(jī)和航空保障系統(tǒng)兩部份組成，如果需搭載直升機(jī)執(zhí)行任務(wù)，應(yīng)提供相應(yīng)的航空保障條件。

3.6 專用設(shè)備

新型海洋調(diào)查船搭載了自動(dòng)化程度越來越高的各種探測(cè)系統(tǒng)，往往還搭載模塊化的集裝箱實(shí)驗(yàn)室，通過預(yù)留空間與數(shù)據(jù)接口，以實(shí)現(xiàn)每次執(zhí)行不同的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。這些探測(cè)系統(tǒng)可以與機(jī)艙、航海設(shè)備通過計(jì)算機(jī)中心集結(jié)成智能網(wǎng)絡(luò)，并通過衛(wèi)星通信與其它海洋調(diào)查船和陸岸實(shí)驗(yàn)站的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)海上調(diào)查數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)衛(wèi)星雙向傳輸和處理。

4 結(jié)束語

我國(guó)的海洋調(diào)查船經(jīng)過近年來的迅速發(fā)展，已大大縮減了與美歐先進(jìn)船型的差距，在未來的發(fā)展中，新船型的應(yīng)用、船載探測(cè)設(shè)備與人的良好交互結(jié)合、更高程度的自動(dòng)化集成以及更智能的信息化網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)該是新型海洋調(diào)查船新的研究重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 海洋調(diào)查船生活艙室及其設(shè)施的設(shè)置要求（CB/T3469-94）.

[3] 海洋調(diào)查船實(shí)驗(yàn)室及調(diào)查作業(yè)甲板振動(dòng)、噪聲一般要求（CB/T3527-93）.

[4] 夏萍.中國(guó)海監(jiān)83號(hào)船的ABB電力推進(jìn)系統(tǒng)[J]. 中國(guó)造船， 2010.