淺析港口小型多用途測量船的功能設計

王騰州，張超

（安徽國防科技職業學院電氣技術學院，安徽 六安 230711）

隨著港口和航道等航運基礎設施的規模不斷擴大，為了保證港口環境和港務運輸的安全，提供安全可靠且有效的港口輔助船舶就成為至關重要的一件事情。可以為港口提供安全有效運行保障的船舶有多種類型，如破冰船、應急救援船、拖船、油船、領航船、消防船、接油船、測量船、浮標船、駁船、挖泥船以及浮動起重機等。港口工作的船舶除了船體的自然老化、結構、系統及設備的磨損外，20世紀70～80年代所設計的港口船舶在技術上已經過時，不管是從國際要求，船級社規則，衛生標準還是建造及運營成本上來說，都是以低自動化程度和大量的人員參與，來維持船舶的正常運行。但現代船舶通常是多功能的，例如，拖船在除了拖拽的主要功能以外，還能提供消防、領航、測量等方面的功能。換句話說，現代的船舶在建造中，單一功能的船舶數量減少了，但船舶的功能更加趨近飽和，其中也包含可移動和可變換的模塊，從而達到實現船舶多功能轉變的目的（圖1）。

1 港口小型測量船的應用分析

港口作業是一項復雜的系統工程，如何合理地配置單元組成，從而減少港口的投資規模，提高作業運行效率的角度，去解決因為復雜功能組合所導致的圍繞主要維度和其他多功能特性之間相互矛盾的趨勢，是需要認真面對的一個問題。對港口作業的船舶進行工作任務的分析表明，可以通過一個通用的平臺來完成以下復雜的功能組合的作業（圖1）。

圖1 總布置圖

1.1 港口小型測量船功能介紹

（1）進行河道的整治作業，研究河流水紋情況，以確定挖泥槽的來源和原因；（2）管理港口的水路運輸工作，控制內河水路和港口水路的狀況；管理航行圍欄，控制航行圍欄的狀態，控制照明標志上的燈光的明滅；（3）維護航運標志和照明設備；（4）船上的拖曳測量工作，主要功能為承擔海洋水聲物理實驗研究考察任務，進行嘈聲、傳播、反射作用距離測試及某些水文測量的實驗；（5）標識和解碼，可投放或回收專用航標。用來進行專用航標設置、撤除、位置的移動和其他狀況改變時，對航標進行執行性作業；（6）維護航運標志和修理燈光設備，為加強和規范航道的養護管理工作，來保障航道暢通，提高航道養護工作質量和效率，為船舶提供良好、安全的航行服務工作，維護的范圍可以涵蓋以下內容：航道維護類別、維護尺度及航道 維護水深年保證率、航標配布類別、航標維護正常率、過船建筑 物年通航時間保證率等；（7）貨物裝運和卸載的港口設備或船用起重機，可以用于艦船間貨物的轉移運輸、海上補給、水下作業設備的投放與回收等工作。比一般的起重機要求更加嚴格，它不僅是搬運貨物的設備，還需要應對海上各種突發的事件及各類情況所帶來的影響；（8）消除緊急泄漏的石油和石油產品,主要包括直接處理水面的石油采集和攔油柵，可使用機械方法將海面浮油迅速收集起來，減少和及時消除油污染；（9）執行拖船操作(使用后錨系泊絞車)可協助船舶進出港、靠離碼頭、掉頭等作業，船廠也可用其進行船舶泊位調動、供修造船進出塢、協助試航等用途的拖船等；（10）海底調查，尋找沉沒物體，船上包含側視雷達浮標錨和聲納回聲測深儀等設備；收集各種廢物、石油混合物、糞便和污水，日常維護固定水域上的清潔；執行對遇險船舶和漂浮物體的搜索，在水面上搜尋遇險者。

1.2 港口小型測量船的功能分組設計

考慮到上述的功能情況，設計的方向可分為30多個功能服務和輔助項目，其中功能分組可包括：緊急救援船、鉆井船、拖船、拖船；領航船、布纜船、水文和測量船；打撈船、污水和廢油的處理船；船舶供應和船舶裝運——卸載船等（圖2）。

圖2 船體模型圖

2 小型多用途測量船功能設計

2.1 技術特點

單一功能的港口工程船建造費用高且利用率低，難以為港口帶來安全高效的作業質量，因此，研制具有上述功能又具有優良操縱性能，適航性和安全性齊備，還能兼顧測量、無線電定位和通信等多用途高性價比特征，且綜合作業功能覆蓋小型港口輔助船的多功能船，但造價又要低于一艘常規港口船舶的新型港口輔助船，成為很值得思考的一個技術特點。

2.2 功能設計

本文中設計中的小型多功能測量船，旨在執行駐派實地勘測工作任務，并可持續20天以上，不局限于衛星定位的現代自動化功能集群的小型艦船。

該測量船包括在船上設備中。其主要任務是：完成海上勘測航道并測繪海圖的工作；控制船舶內部水路和港口的水路狀況；控制航行圍欄狀態和照明標志上燈光的閉合狀態；燈光信號標志的通航環境和設備維修。其增加的額外功能有：運送一定乘客（最多7人），以及完成部分的港口緊急的工作任務；拖拽非自行性的物體，起到拖船的作用。也可以進行淺水區的測量和測量工作，主要是通過附加的淺水測量船進行的，船尾裝有兩個固定螺距螺旋槳。從主柴油機通過倒檔變速箱進行機械驅動。以兩個平衡舵確保了船只的可操縱性，下部的支撐架可防止在淺水中損壞。為了在舵柄室中移動舵，可安裝兩個獨立的電動液壓轉向器，可同時（同步）和分開地將舵移到任何一側。船首設計有一個可容納100 KW的船首推進器。

2.3 主尺度分析（表1）

表1 船舶主要參數

（1）船長。小型測量船設計的工況大多為應急勘測作業，所以對船舶的總體布置有著較高的要求，必須在滿足性能、艙室布置和作業區面積等情況下，盡可能減小其船舶主尺度。以保證船舶的機動性和靈活性，以及實現低停靠和低運行的便利狀態，維護設計中的低成本造價的要求。（2）型深。受總體布置、尺度比、穩性、水深等因素的制約，型深的大小會受到大傾角穩性，最小干舷，重心高度的影響。（3）吃水。在船舶型寬、型深和船長等確定后，可根據傳播的質量、型線、重心來確定船舶的吃水，影響因素包括船舶的布置，航速等。新型的測量船應具有型深小、排水量小、船長小的特點，為滿足船舶航速指標及作業的穩性要求，可考慮適當增加型寬。

3 主要設備選型

3.1 多波束測深儀

多波束回聲測深儀主要是利用多波束回聲信號測量、繪制海底地形和水深的裝置。組成整個系統的三個基本部分為聲波收發射器、信號處理裝置和工作站。在船底龍骨上安裝收發射器或探頭，向水底發射“扇面”形式的多波束聲波，通過接收傳感器接收自海底反射的回聲波，并經過電纜將回聲信號傳送至船上的信號處理器，再通過顯示器或繪圖儀將處理過的海底信號繪制成水深圖或地形圖。經工作站處理的信號，還可繪制成彩色地形圖和底質圖。

本船選擇的為25m長標準電纜的多波束探深儀，其主要特點為可回轉到165°最大寬度視角；水深0.5～1.5m40kHz的頻率和0.5～500m200kHz的頻率；256～512光束寬度2～0.5°。

3.2 超聲波側向掃描聲納

超聲波側向掃描聲納采用帶有脈沖內線性調頻技術的超聲波雙頻側掃聲納，可以高分辨率、低噪音地獲得水下，水下物體的清晰聲圖。使您可以同時在兩個頻率上工作：100/400kHz，300/600kHz或300/900kHz。

3.3 慣性導航系統

慣性導航系統則為陀螺和加速度計為敏感器件的導航參數解算系統，此系統可根據陀螺的輸出情況，建立導航坐標系，再根據加速度計輸出解算出運載體在導航坐標系中的速度和位置。易于使用，高度可靠，設計用于船舶的傾斜、航向、擺動、速度和位置，并結合來自動態位移傳感器和衛星羅盤的GNSS數據和角速度和加速度數據，確定了自由度空間中可靠、準確的船舶定位數據。

4 結語

綜上所述，多功能造船理念的應用可以一定程度上推動造船事業的發展。基于現代化造船模式，多功能化的設計有著其獨特的魅力，有著一定綜合作業功能覆蓋的多功能輔助船，其經濟性和適用性都有值得注意的地方。在實際的設計過程中，設計人員應該積極對實際的情況進行分析，才能保證后續工作的順利開展。