一種新型拋標作業裝置在“海巡1630”航標船上的應用

陳俊毅，林添金

（1.廈門航標處，福建 廈門 361006；2.集美大學輪機工程學院，福建 廈門 361021）

0 引 言

21世紀是海洋的世紀，人類需從海洋中獲取更多的資源［1-2］。因此，海洋監測將是重要的研究內容，涉及的參數有很多，該技術領域是一個多學科交叉的邊緣技術領域，與多個技術門類有密切關系。浮標是實現海洋監測的一個重要平臺，是引導船舶航行、定位和標示礙航物及表示警告的人工標志，主要通過浮體、錨鏈和沉石等部件固定在水中［3-4］。浮標對支持水運、漁業、海洋開發和國防建設等事業的發展具有重要作用，因此對浮標進行設置和管理是確保港口、航道安全運行的一項重要工作。隨著我國航運事業的飛速發展，船舶數量和噸位不斷提高，助航標志的作用越來越重要，對提升航道浮標維護作業水平提出了更高的要求。本文以廈門航標處的“海巡1630”航標船為例進行分析。該航標船的浮標拋設作業會受風、浪、流和船舶密度等因素的影響，結合航標拋設作業的特點，對該船的浮標拋設作業模式進行研究，設計一種新型拋標裝置，以提高浮標拋設作業的安全性和航標維護效率，提升浮標助航服務質量，為水上交通提供安全保障。

1 航標船拋標作業現狀及存在的問題

1.1 航標定位精度要求

受風、浪、流和船舶碰撞等因素的影響，浮標會偏離設定位置，使定位精度下降。當浮標設定點距離危險物較近時，考慮到航標船的操控靈活性不強，為確保航標船的安全性滿足要求，浮標拋設位置與設計位置有一定的偏差，這使得浮標定位精度有所下降。

浮標是海上重要的助航標志之一，在引航和避險方面發揮著重要作用，其位置的準確性直接關系到船舶航行的安全性，因此規范對浮標定位精度有很高的要求。規范要求浮標在海上漂浮旋回時，其浮筒的位置不能超過以設定點為圓心、回旋半徑為50 m的區域。港內與港外的精度要求不同：人工航槽的浮標位置精度誤差要小于等于回旋半徑加10 m；港內航道的浮標位置精度誤差要小于等于回旋半徑加15 m；自然航道的浮標位置精度誤差要小于等于回旋半徑加20 m。因此，沉石的投放點準確度要控制在5～20 m［5］。

1.2 航標船工作模式的局限性

目前，航標船采用的拋標作業模式都是在航標船航行到浮標拋設定位點時，用船上的吊機吊起沉石，將其掛在舷外，見圖1。確定好拋設位置之后，先拋出沉石和錨鏈，再將浮筒吊至水面，最后解開浮筒。

圖1 吊機起吊沉石和浮筒場景

由于狹管效應，加上臺風和冷空氣的影響，臺灣海峽常年風浪較大。在風浪比較大的情況下，航標船能航行，但在起吊沉石和浮標時其穩性會變差，同時吊起的沉石和浮標會隨船舶的橫搖而擺動，靠人力很難控制［5］，存在極大的安全隱患，大多數情況下無法實施現場拋標作業，會大幅增加運營成本。以“海巡1630”航標船為例，從浮標井處起吊浮筒時，吊桿頂端到甲板的高度約為15 m，浮筒的長度一般約為9 m，直徑為2.4～3.0 m。圖2為“海巡1630”航標船船體橫搖時吊機吊起重物端搖擺范圍示意圖，其中：AB為吊桿頂端到甲板的距離，AB＝15 m；θ為船體橫搖角度。

圖2 “海巡1630”航標船船體橫搖時吊機吊起重物端搖擺范圍示意圖

由式（1）可計算出BC＝1.31 m。若船體橫搖5°，浮筒在甲板上水平移動的距離可達到2.6 m。若風浪增大，船體的橫搖幅度可達10°以上，會使航標作業設備的橫向擺動加劇，浮筒的橫向位移可達5.2 m以上，嚴重威脅作業人員的生命安全。因此，該工作模式不能滿足各種海況下的應急操作需求，會影響航標船的工作效率和工作能力。

2 拋標作業裝置優化

從航標船功能的局限性、安全性和船員的勞動強度等方面考慮，改進浮標拋設裝置和作業方式，優化浮標拋設作業流程，減少對吊機的使用，進而提高航標船在拋設浮標時的安全性。為達到該目的，結合多年的工作經驗，設計一種不需要現場吊機作業的拋標裝置［6］。該新型拋標裝置是一種半自動遙控拋標裝置，主要由浮筒架、浮筒架軌道、浮筒架固定樁、絞盤機和投放遙控器等設備組成，各設備在船上的布置見圖3～圖5。1套浮標拋設裝置布置在航標船的同一舷側，1艘航標船可同時配備多套浮標拋設裝置。

圖3 浮筒和浮筒架在船上的布置示意圖

圖5 拋標裝置各設備布置俯視圖

浮筒架根據浮筒的規格量身設計，以確保其能對浮筒進行有效支撐和固定，同時便于分離。因此，浮筒架一般設計成楔形半包裹狀。浮筒架軌道設計為有槽軌道，且具有一定的坡度，以確保浮筒架在甲板上不受船舶顛簸的影響而橫向滑移。為防止浮筒架因船舶搖晃而滑動，在槽端設置浮筒架固定裝置。浮筒架通過鉤鎖連接自動脫鉤裝置，駕駛臺通過遙控器控制脫鉤裝置脫鉤之后，載有浮筒的浮筒架在重力的作用下沿有坡度的有槽軌道滑入海中，此時浮筒與浮筒架分離，并將浮筒架收回。釋放沉石是拋標作業的主要環節，也是最危險的環節，為提高該環節的作業安全系數，在釋放沉石時，絞盤機旋轉帶動絞盤機臂，沉石在絞盤機臂的推動下掉入水中，實現作業現場零工作人員，進而保障人員的安全，提升高海況下拋標作業的工作效率和安全性［7］。

圖4 沉石與絞盤機在船上的布置示意圖

3 拋標作業流程優化

3.1 拋標前的準備工作

由于新型拋標裝置的構造與以往不同，其拋標作業流程也與傳統的拋標方式有所區別。為實現機械設備動力拋設浮標，需在開航前做好一系列準備工作。航標船停泊在碼頭邊，按任務計劃在甲板上裝料（包括航標、沉石和錨鏈等物品），在使用浮筒架時，需先將浮筒架放置在有槽軌道上，并將其與浮筒架固定釋放裝置連接；放置并固定好浮筒架之后，將浮筒放置在浮筒架上，并固定好。將沉石吊裝到甲板固定位置處，確保絞盤機臂能有效推動沉石，同時保證沉石的1／4底面積置于舷外，防止釋放沉石時被舷側鋼板凸起卡住。

3.2 浮標拋設作業

準備工作完成之后，航標船駛往浮標設定位置進行浮標拋設作業。解開沉石固定鋼絲和浮筒架固定裝置，在駕駛臺遙控拋設浮標，利用沉石絞盤機將沉石移出舷外，錨鏈隨之拋出，浮筒架順著滑道劃入海中，浮筒入水之后在水流的作用下與浮筒架分開，此時回收浮筒架即可。通過對近1 a的數據進行統計發現：在正常海況下，采用該新型裝置之后，單次浮標拋設作業時間由10 min縮減到2 min，拋設效率提高了400%；在高海況下，采用該新型裝置也能實現浮標拋設，能確保浮標維護任務正常完成，同時浮標投放無需現場人員輔助，能在很大程度上降低安全隱患，為企業創造良好的經濟效益。

4 結 語

通過對拋標工作的現狀和存在的問題進行分析，設計了一款新型拋標裝置，優化了拋標設備，改進了拋標流程，減少了拋標作業現場人員，降低了拋標作業強度和難度。與吊機拋設浮標相比，該裝置具有以下優點：

1）在高海況下可有效降低作業風險，提高拋設作業效率；

2）該裝置結構簡單，未增加附屬動力設備，成本低，故障率低；

3）具有良好的普適性，除了安裝在航標船上以外，還可安裝在非專業航標船（船上沒配備吊車）上，實現拋標作業。

“海巡1630”航標船加裝該拋標作業裝置之后，減少了浮標拋設現場工作人員，有效避免了工作過程中因高海況而導致人員落水的安全隱患，緩解了工作人員不足的問題。同時，提高了浮標拋設工作效率，降低了工作人員的勞動強度，為增強浮標維護保養的及時性和快速性提供了有力保障。