工作趸船的设计

李云芸，程 鑫

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江 212003；2.交通运输部东海航海保障中心连云港航标处，江苏 连云港 222042)



工作趸船的设计

李云芸1，程 鑫2

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江 212003；2.交通运输部东海航海保障中心连云港航标处，江苏 连云港 222042)

趸船设计的难点在于需要根据停泊水域的不同，选择合适的主尺度、布置方案和泊稳方式。结合近几年10余艘不同类型的趸船的设计经验，介绍了不同用途的内河和海港趸船主尺度和布置方案的影响因素，分析了码头连接和锚泊方式的区别和特点，提出了趸船常见噪音的预防和海港趸船设计时应用规范需要的注意事项，为工作趸船的设计提供了一种实用简捷安全可行的方法。

趸船；锚泊方式；噪音；船舶设计

0 引言

趸船是一种无动力装置船舶，通常固定在岸边或水上某个固定的区域，按用途分有工作(住宿)趸船、囤货趸船、储油趸船、货物转驳码头趸船(可附带起重设备)及其上设有机泵舱的各类专用工作趸船等。趸船一般在水上定位后很少调遣移动，因为没有动力装置，移动时需要拖船或其他外力协助。

趸船与常规船不同，设计的难点是需要根据使用功能和停泊水域的不同，选择合适的主尺度、布置方案和泊稳方式。很多新建趸船作为水上监管职能部门的办公场所，其外观设计也是一个重要方面。本文结合作者近几年设计的10余艘各类趸船，介绍和分析其布置方案、与码头的连接方式，特别是趸船锚泊方式等。

1 趸船主尺度

1.1 趸船的长度和宽度

趸船在制订初步方案时，用船单位一般会提供该船的主要用途，其内容如下：

(1)对工作(住宿)趸船会提出工作场所要求，住宿人员或房间数量。

(2)对囤货(储油)趸船，会提供需要的舱容。

(3)对专用工作趸船有设备布置的要求。

(4)此外，还有停泊水域(码头岸线)的要求、码头和栈桥大致位置、靠泊船的参数等。

根据这些条件，结合船舶的内外通道和艏艉锚泊区可以大致确定主甲板平面布置，并基本确定趸船的长度和宽度。

1.2 趸船的型深和吃水

常规船确定型深和吃水时主要考虑排水量和阻力(航速)因素。由于趸船为非机动船且很少移动，所以趸船的吃水、型深更多考虑停泊水域条件和使用性要求。趸船水下线形多数为方箱形，因此空船吃水均较小，内河非囤货趸船一般实际干舷固定在1～1.5 m左右。对专用工作趸船和工作(住宿)趸船，船舶在风浪和水流中的摇摆和晃动会影响船上机泵设备的正常工作并使船上工作人员感到不舒服，因此大多数趸船会在船体设有较多的压载水舱或配置固定压载以加大船舶的吃水并降低趸船的重心高度，改善趸船的摇摆性能，提高舒适性。

分析以往设计的趸船，发现长江趸船的特征为：上游船一般吃水小、干舷小、型深小，下游船吃水较大、干舷较大、型深较大；海港趸船的特征为：吃水大、干舷大、型深大。

除了上面在确定趸船主尺度方面考虑的因素外，运河及湖区设置的趸船一般在满足布置和靠泊船要求条件下，尺寸尽量小；风浪大、水流大的长江下游和海港区趸船，在满足布置和靠泊船要求条件下，尺度适当加大。

此外，从船舶结构方面考虑，应该按照《钢质内河船舶建造规范》对趸船的长宽比、宽深比的要求进行设计。

2 趸船的布置

从使用方面来看，对于工作(住宿)趸船，由于现在陆域建筑审批复杂，很多水上监管职能部门的工作人员直接在趸船上办公和值班住宿，因此对工作场所面积和房间数量要求较高。对这类工作趸船，普遍采用二层甚至三层甲板室形式，而囤货(储油)趸船、专用工作趸船等主要考虑甲板区作业面积，一般在艏艉设有较小的甲板室供值班人员使用。

从所在区域来看，运河、湖区和长江上游趸船的长度和宽度应尽量小，采用二层甚至三层甲板室形式来满足布置的要求；长江下游和海港趸船则多为一层或局部二层甲板室，以尽量减小上部受风面积，提高舒适性。运河、湖区和长江上游趸船的各层甲板室一般均设有外走道，各层甲板可以从外部直接通达，而长江下游和海港趸船由于风浪较大，上层一般不设外走道，各层从室内通达。

很多趸船泊于沿岸旅游风光带区域，趸船外观设计与周边景区协调也是需要考虑的重要方面。

图1为南京海事局位于下关沿江风光带的80 m趸船布置图。该船外形与传统趸船不同，甲板室项部铺设人造草地坪，并设置有大面积玻璃墙的观光活动室和张拉膜造型，以适应周边景区的需要。

3 趸船的锚泊方式

趸船通常固定在岸边或水上某个固定的区域，如果锚泊方式不合理，趸船在水流和风浪作用下会产生漂移或移位，对于与岸基有管线连接的趸船，移位太大会造成破坏，而且趸船自身无动力装置，移位后需要借助其他船舶才能回复到原位。另一方面，趸船毕竟是泊于水面而不是陆上建筑，通常说固定在岸边或水上某个固定的区域也是相对的，受潮汐、水流和风力的影响，泊于水面的船舶必须会产生一定的位移来应对潮汐等环境的变化。因此，设计中要考虑的是根据各个趸船的使用特点和要求，以及靠泊水域的条件和限制，采用适当的锚泊方式，控制趸船特定方向的位移，这部分工作有时还需要与水工建筑专业配合。下面对趸船常用的锚泊方式和特点做一个分析。

3.1 抛锚定位

抛锚定位是最常见和简单的定位方式。根据锚泊水域环境，一般在水流上方位置采用3只锚定位，水流下方位置采用2只或3只锚定位。

抛锚定位时锚和锚链的大小首先需要根据锚泊水域的水文条件和靠泊船的情况进行直接计算，再参照相似船舶的使用经验。实际选取时锚和锚链都会按大1～2档选取。

抛锚定位的优点是方便，前期费用低；缺点是锚需要抛出距离较远，悬垂的锚链对过往船舶的航行安全有隐患，而且受潮汐、水位差及水流的影响，锚链的收紧和放松会使趸船产生一定移位。所以对水位差变化大和水流湍急的长江上游趸船，一般都采用抛锚与岸上系固桩(地牛)结合，防止趸船走锚。抛锚定位方式如图2、图3所示。在航道一侧的锚链有时还会采用若干悬锤拉低锚链高度的方法以减少对周边航行船的影响。

3.2 撑杆定位

采用撑杆定位的一般都是近岸趸船。由于近岸侧水位浅，锚和锚链不能按既定位置抛于水中，所以趸船艏艉采用锚定位、内侧采用撑杆控制趸船的横向位移定位方式。撑杆一般均与抛锚相结合，其定位方式如图4所示。

3.3 定位桩定位

采用定位桩定位的趸船，除了可以上下浮动外，趸船纵横向位移均较小。

定位桩定位的优点是能严格控制趸船的位移，满足船舶泊稳的需要，但也存在不足，其缺点如下：

(1)前期费用高，定位桩根据所处水域，直径一般在1.0 ～1.5 m，长度30 ～40 m，勘察和桩柱施工的费用远远超过锚和锚链。

(2)定位桩紧靠趸船，使趸船的定位要求比较高，与定位桩配合的卡箍往往需要等趸船就位后再进行水上作业施工。在后期船舶上坡检验、维护时也需重复对卡箍进行拆、装。

(3)水面上高高竖立的定位桩，对景观和环境的影响及破坏远大于采用锚泊定位。

(4)后期趸船在尺度和定位方面基本不可调整和变动。

即使采用定位桩定位有很多的缺点，但对需要固定于特定位置的专用工作趸船，还是会采用定位桩定位。例如，给某大型钢铁企业设计的专用取水趸船，该趸船靠泊处在长江中游沿岸，距主航道较远，风浪也不大，但趸船上安装4台取水泵组，由2根直径1 m的输水管从趸船引水上岸，承担整个企业的工业用水供应。为了泵组能安全平稳工作以及管线连接的安全，该船采用了4根直径1.2 m、长度36 m的定位桩，并通过浮箱连接趸船和定位桩，以减少水上施工作业量并使趸船的定位位置有一定的调整富裕度。该船投入使用已3年，效果非常好。其定位桩定位、浮箱连接方式如图5所示。

同样，对停泊位置附近有水下设施(电缆、管线等)导致不能采用抛锚定位的趸船，或者航道侧船舶流量大，抛锚定位对航行安全有影响的趸船也会采用定位桩定位。某海港趸船主要用于航标作业船靠泊，其定位桩、卡箍连接示意图如图6所示。由于该海港区域规划为旅游区，区域内游艇多，长距离的抛锚会对游艇安全带来隐患，因而该趸船采用艏艉各2根直径1.2 m、长度40 m的钢管桩定位。由于靠泊船吨位较大，且海港风浪大、受潮汐影响大，原设计采用浮箱连接趸船和定位桩。实际使用情况来看，虽然趸船定位精确，但船舶摇摆较厉害，采用卡箍直接与定位桩衔接效果更好。

此外，根据对趸船定位的要求和水域条件，尚有在趸船一侧或一端设置定位桩，采用抛锚与定位桩结合定位的情况，定位桩的数量有1桩、2桩、3桩和4桩。具体定位桩的设计由水工建筑专业负责。

4 趸船和码头的连接

除了专门固定于水中特定位置的工作趸船需要通过其他航行船给趸船输送人员和补给外，近岸趸船都需根据岸坡的条件设置引桥直接登船。

运河、湖区趸船一般靠岸较近，水面与码头的高差也不大，可以根据距离设置简易钢引桥或跳板。

长江趸船枯水和洪水季水位差较大，多数都要设置25～30 m左右钢引桥，以减小水位变化产生的引桥坡度。对于岸坡较长的情况，有时尚需在中间位置设置过渡墩台，采用2座(段)钢引桥或固定引桥+活动钢引桥，以避免采用过长的钢引桥。上、中游由于水流急，出于安全考虑，一般主引桥都不直接搁置在趸船上，而是通过一个或多个浮箱和跳板与趸船连接。下游趸船采用浮箱过渡的情况很少，常常是在过渡墩台上设置风暴架和电动葫芦，在洪峰期和台风来临时将钢引桥搁置在趸船一端吊起，以避免趸船过度摇摆对钢引桥的影响和破坏。

5 趸船动力配置

多数近岸趸船动力由岸电提供，船上不配动力装置，仅配若干蓄电池，向应急照明、信号灯、广播及通讯等设备提供备用电力。但有些水域趸船例外，如设计的长江上游和鄱阳湖区域趸船，由于洪水期水流急、水位变化非常快，船舶需要频繁收放锚链，出于安全考虑，船上均设有备用发电机，为绞盘或绞车供电。

6 其他需要注意的问题

6.1 水流拍击和钢引桥产生的噪音

趸船一般沿船周围设置2道钢质护舷材，其中下道在近水面处。由于钢质护舷材结构近似于空箱型，当钢护舷较宽且趸船所处位置风浪大时，近水面处有时会产生拍击和共鸣声，因此对于较宽的下道护舷材其下端宜采用斜面过渡的方法。某长江下游海事办公用趸船，护舷材下端面距水线约～0.1 m，由于其停泊位置来往船只较多且风浪大，江水不停地拍击到护舷材上产生的噪声，严重影响了船上办公人员的工作和休息。鉴于趸船已抛锚就位，因而最后只能采取加大压载、调整吃水的措施，使下道护舷大部分没于水中，噪声才得以缓解。

同样，对钢引桥搁置在趸船上的一端，在风浪大、水流大的情况下，钢引桥会频繁滑动，其下端要设置多只滚轮或在甲板和搁斗的相应位置设置滚珠摩擦板，以减小结构直接摩擦的噪音。

6.2 趸船设计适用规范

《钢质内河船舶建造规范》中对趸船有专门章节要求，内河趸船可参照设计计算。

对停泊于海上水域的趸船，《国内航行海船建造规范》中对趸船并没有专门要求，若按常规船或驳船章节要求设计，规范与实际要求相差太大，基本没有办法进行。在设计中通过对规范的分析、比较及与船检部门的沟通，采用“拔高”原则，对海上水域的趸船，用《国内航行海船建造规范》中对起重船的相关要求计算更为合理和适用。

7 结语

趸船是一种比较简单的船型，它不同于常规船，船舶的性能和结构方面都比较容易满足相应规范的要求，趸船设计时更多的是考虑适用性和使用性。在确定总体方案时，要对趸船拟停泊区域的水文情况有足够的了解，对专用工作趸船要了解设备工作、运行的限制条件。对锚泊设备的配置有时仅靠理论计算尚不够，还需结合实际使用经验再确定。因此，在设计初期确定总体方案时要与用户多沟通，有时还需要与水工建筑专业配合，并了解类似船舶的使用情况，以便最后的设计能满足其使用功能的要求。

[1] 中国船级社.钢质内河船舶建造规范[M].北京：人民交通出版社，2016.

2017-01-15

李云芸(1963—)，女，高级工程师，主要从事船舶设计工作；程鑫(1969—)，男，高级工程师，从事航海保障领域和船舶应用工作。

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