海上大力士

海洋上航行的船舶，仿佛流動的橋梁，聯動著世界。除了我們熟悉的貨船、客船外，還有挖泥船（詳見《知識就是力量》2022年6月刊）、風電安裝船等工程船。我們這篇文章的主角——半潛船也是它們中的一員。下面，我們就來認識一下這位海上大力士吧。

大海里的“叉車”

半潛船，顧名思義是可以下潛的船舶，但它不像潛艇那樣能夠完全潛入水中，而是部分船體潛入水下。通過下潛和上浮的方式，半潛船能夠實現對海上漂浮的大型結構件（例如石油鉆井平臺、船舶、軍艦、潛艇等）的裝卸和運載。

半潛船在海上裝貨時，首先要讓船身下沉，使它的裝貨甲板低于待裝貨物的底部，然后將待裝貨物用拖輪（又稱拖船，通常用于拖動駁船和各種作業船）拖帶到半潛船的裝貨甲板上，等待裝貨物定位、綁扎好后，半潛船再完成上浮，并將貨物運送至目的地。到達目的地后，半潛船將再次下潛，完成和所裝載貨物的分離。因此，半潛船也被稱作“海上大力神叉車”。

優秀的運輸安裝“能手”

半潛船最初承運的貨物主要是大型港口機械、小型船舶、游艇等；后來，半潛船承運的貨物增加了大型海洋油氣開采用的平臺以及相關的超大型結構物。目前，后者已經占半潛船貨運量的90%以上。

由于陸地資源逐漸減少，資源開采的對象逐步從陸地走向海洋。為了利用海洋的油氣資源，人類開發了功能各異的各種海洋鉆井平臺，而利用鉆采平臺開發海洋油氣資源，則需要大量特種海洋工程船舶的支持（包括大型設備的海上運輸與安裝、油氣田工程的供給與維修等）。其中，半潛運輸船是開發建設海上油氣田的主力裝備。

據統計，目前全世界在運營的鉆井平臺超過800座，其中超過1200米水深的深水、超深水裝備所占總量比例正逐年上升。面對超長、超寬、超重且不可分割的海洋工程結構物，半潛船不僅可以安全可靠地運輸，還能夠精確定位安裝，是當之無愧的運輸、安裝“能手”。

半潛船是怎么實現下潛和上浮的？

半潛船有一個能裝很多水的“大肚子”，人們稱之為“壓載水艙”。如果要讓半潛船的裝貨甲板下潛，就要往它的“大肚子”里灌水，喝飽水的半潛船身體就會變重，便會慢慢潛到水里去了；當需要半潛船上浮時，就讓它把喝到“肚子”里的水吐出來，吐完水的半潛船就會變輕，便會像只皮球一樣浮到水面上來了。

?“新光華”號半潛船運載“希望6號”石油鉆井平臺（供圖/中遠海運特運）

以10萬噸級半潛船為例，它的壓載水艙的艙容達到了21萬立方米，壓載水總量達到14萬立方米。它完成一次“喝水”和“吐水”，也就是船體完成一次下潛和上浮，這個過程大概需要4小時。

下潛，并不簡單

半潛船實現下潛功能，靠的是壓載水艙，而一艘半潛船的壓載水艙數量通常可達100個以上。以10萬噸級半潛船為例，全船共有117個壓載水艙。眾多的壓載水艙會給船體設計帶來難題——既要滿足下潛深度需要，又要靈活調整船舶浮態和穩定性，以保證下潛過程中的安全和穩定——這都是設計船體必須考慮的問題。

半潛船的下潛上浮作業時間窗口短，傳統的壓載控制系統不能很好做到精準、快速、安全地控制壓載水艙的注水和排水，因此需要將報警監測、液位遙測、閥門遙控集成一體化控制，形成高集成化、高自動化的控制系統，從而做到精準、快速、安全地控制超大容量的壓載水（指為了控制船舶吃水、傾斜而加到船上的水，即壓載水艙中的水）。

大海之上，以動“致”靜

過去，海上作業工程船舶大多采用錨泊的方式定位（指用錨及錨鏈、錨纜將船或結構物系留于海上，使其保持在預定位置上的定位方式），或者用拖輪進行輔助定位。但隨著水深的增加，錨泊定位方式的成本和安裝布置的難度顯著增加，甚至難以應用。這就意味著，錨泊定位方式已經無法滿足需要精確定位工作的半潛船了。

取而代之的是一種新興的高科技定位技術——船舶動力定位技術。這種技術利用船舶自身的動力抵抗外界（包括風、浪、海流等）的干擾，從而動態控制船舶停到某個確定位置或沿著預定航線運動。

?海洋鉆井平臺，是主要用于鉆探井的大型海上結構物

動力定位技術的基本原理是利用測量系統檢測在外界風、浪和海流的擾動力作用下船只的偏移量，經信號處理后輸入計算機，用專門的控制軟件進行分析計算后，向船上各個推進器發出指令，使之發出相應的推力，以對抗環境擾動，從而使船只保持或回到原來設定的位置。如果把定位點設置為以一定的速度沿預定軌跡運動，也可實現航跡的保持和跟隨。

有了動力定位系統，半潛船在海上作業時便無需拋錨，只需要鎖定一個坐標點，無論風浪如何影響，都能夠在該系統的作用下，穩穩地定位在鎖定的坐標點上。

20多年前，由中國船舶集團廣船國際建造的“泰安口”輪和“康盛口”輪是當時世界僅有的兩艘具有動態定位功能的半潛船，開辟了海洋石油平臺動態定位安裝方的先例。但在那時，動力定位系統只能全部依靠進口獲取。經過20多年的發展，中國的配套能力和水平也都取得了長足的發展，目前的動力定位系統已經可以部分實現國產。以8萬噸半潛船“新耀華”號為例，這艘船的動力定位誤差只有0.05米，可在海上實施堪比“穿針繡花”式的高精度作業，這也標志著中國在動力定位上已經達到了國際領先水平。

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?“康盛口”輪半潛船成功挑戰載運9500噸鉆井平臺（供圖/中遠海運特運）

（責任編輯 / 代竹蕊 美術編輯 / 周游）