长江下游航道整治建筑物维护船型研究

张云军,张云峰,吕小圣,周继斌,李建业

(长江南京航道局，江苏 南京 210011)

0 引言

长江南京航道局是交通运输部所属公益型事业单位，主要担负着江西省上巢湖湖口至江苏省浏河口的长江下游航道维护管理任务，是长江下游航道维护管理力量的重要组成部分。

长江南京航道局航道辖区内原整治建筑物约有127处已交付南京航道局管辖和维护，随着12.5 m深水航道建设全面推进，将对6个河段进行全面整治，整治建筑物会进一步增加。为保证整治建筑物安全使用和船舶航行安全，巩固12.5 m深水航道建设成果，需要研制专用船舶担负整治建筑物的巡航检查、涵盖水域测量及扫测、航标维护、沉降位移观测。目前国内外还没有专用的航道整治建筑物维护船的实船使用，因此，有必要对整治建筑物维护船型进行专项研究[1-2]。本文在分析研究背景的基础上，重点研究维护船型的功能需求、船型方案，为今后实船建造提供指导和借鉴。

1 研究背景

1.1 整治建筑物分类

根据不同航段的水文地质情况，长江南京航道局管辖的航道上设置的不同特性的整治建筑物大致可分为抛石类、规整类、透水类三类。其外形图分别如图1～图3所示。

图1 抛石类整治建筑物

图2 规整类整治建筑物

图3 透水类整治建筑物

抛石类整治建筑物的边坡坡度在水中的实测一般不超过1∶1.5～1∶1.8，即斜坡的水平夹角一般不大于35°。规整类整治建筑物的边坡在水中的坡度比抛石类整治建筑物的边坡坡度更小，有的达到1∶2.5，甚至为1∶3，即使局部有破损，其斜坡的水平夹角一般也不大于35°。这两类整治建筑物均可以通过维护船顶靠建筑物，维护人员登临整治建筑物完成维护工作。

透水类整治建筑物总体数量不多，但其外部形状极不规则，无论是船舶还是人员，都难以直接靠泊或登临，只能靠近进行查勘。

1.2 维护船型的主要工作

现交付给长江南京航道局管辖和维护的整治建筑物，其管理与维护的工作主要依据为《长江南京航道局航道整治建筑物维护管理办法(试行)》及《长江干线航道整治建筑物维护技术规定》。利用维护船所要完成的工作主要包括以下三类：

(1)对整治建筑物在规定的时间内进行年度性现场踏勘，并对观测工作进行存档备查，对危害建筑物的行为进行劝阻、取证和协助处置。

(2)对整治建筑物处的固定标和部分浮标等安全保护设施进行定期检修维护。

(3)兼顾对整治建筑物所在水域进行水文测量和地形测量等。

1.3 目前维护工作存在的问题

长江南京航道局现有的各型航道维护工作船，包括大型航标船、中型航标船和小型航标船，船舶的尺度普遍偏大，船艏线型也不能完全适应整治建筑物边坡的顶靠。航道测量船虽然配备了较完善的测量设备，但尺度偏大，稳性指标偏低，艏部结构弱。航道巡航测量快艇主尺度比较适合，但这类船属于快艇，船体结构轻，船艏强度低，航速快，上层建筑较丰满，稳性裕度较小，可用于携带维护设备的富余空间小。因此，现有船舶均不能完全担负起整治建筑物的维护工作。

现阶段主要通过租用小渔船来完成人员和固定航标维护设备的运送，但租用小渔船存在以下问题：

(1)会产生租船费用，且费用相对比较高。由于长江航道局属于国家事业单位，因此租船费用需要在年初就做好预算，核定好成本。

(2)租用渔船时需要与渔民进行协商，不能做到随叫随到，因此维护工作缺乏自主性。

(3)渔船相对比较简陋，在船上又载有渔网等设施，因此有效空间小，载人数量少。

(4)渔船主机功率小，相对而言操纵性不够好，存在一定的安全隐患。

(5)由于没有用于测量设备的固定安装支架等设施，水文测量工作不能很好地完成。

现有船艇不能担负起航道整治建筑物的维护工作，租用小渔船又存在明显的不足之处，为此长江南京航道局提出要研究一款专用的航道整治建筑物维护船舶，为今后根据实船建造提供船型依据。

2 研究依据及原则

长江下游整治建筑物维护船型研究的依据和基本原则主要包括规范法规和用户需求两个方面。

考虑到维护工作的实际需要和经济使用性，以现有的实际用于整治建筑物维护工作的小渔船为参考船型，长江下游航道整治建筑物维护船型的船舶长度不超过20 m，因此船型设计的规范和法规主要依据为中华人民共和国海事局发布的《内河小型船舶法定检验技术规则》(2016)。

用户需求主要是满足长江南京航道局对整治建筑物维护的工作需求。通过研究和分析，长江下游整治建筑物维护船型用户需求确定如下：

(1)船舶吃水约0.8 m，船舶的长度约15 m。

(2)乘员5～6人，并能搭载通过人员可运送的固定航标或部分浮标的维修设备，如灯泡、电池等。

(3)本船采用顶靠整治建筑物的方式，并宜于维修。用于测量的各种设备的费用不作为船舶建造费用。

(4)有一定的抗风浪能力，抗风等级按7级风核算稳性。采用双机双桨推进操纵，在控制投资的情况下保证船舶有较好的操纵性能。

(5)考虑到极浅水域测量的要求，在本船型上搭载小型遥控无人船，并有一定的储物空间，用于搭载日常维护工作用具。

(6)考虑安装便携式多波束测量装置，顶部可安装地形测量设备。

3 船型方案研究

本船尺度小，吃水浅，为了能在航行和作业过程中承受A级航区的风浪，船体线型设计成折角线型，由双机、双桨、双舵来推进和控制。

3.1 船型主要量度

型总长

15.00 m

水线长

13.80 m

两柱间长

13.18 m

总宽

4.20 m

型宽

4.00 m

型深

1.80 m

设计吃水

0.80 m

结构吃水

1.00 m

排水量

～21 t

船员

2 人

乘员

6 人

航区

内河A级

航速

～19 km/h

主机型号

YC6108ZC

主机功率×台数

80 kW×2

续航力

>500 km

3.2 总体布置

本船型为双机、双桨、双舵、艉机型专用型长江下游航道整治建筑物维护船，总体造型简洁美观，线型流畅，视野开阔，体现了工作船的布置特点。本船型的总布置图如图4所示。

图4 整治建筑物维护船型总布置图

3.2.1底舱布置

本船在舱室布置时力求合理，主船体以下的底舱布置从艉至艏依次为艉尖舱兼作舵机舱、机舱、储物舱、空舱、艏尖舱。其主要布置如下：

(1)艉尖舱兼作舵机舱：舵机舱内设有1台手动液压舵机，左右舵柄通过连接杆连接，以达到双舵同步。

(2)机舱总长5.5m，设有机械通风，与自然通风相结合使用。机舱内设有性能可靠的2台船用柴油机及1台低噪音、低排放、性能稳定的船用发电机组；轮机各系统的机械设备、蓄电池组和主配电板电气设备等均布置在机舱内，主机上方有开口并配有盖板，便于主机的检修和进出舱。

(3)储物舱前的空舱的后上方分隔有落舱式休息间及卫生间。休息间也可储存航标灯头、航标电池等设备，其他需要携带的小型维修设备也可放置于艉部主甲板上或艏甲板上。

(4)艏尖舱用于储存缆绳等物件，通过设在甲板上的铝质水密舱口盖进入。

3.2.2上层甲板室布置

(1)本船上层建筑的设计原则：在满足使用功能的前提下，尽量减小船侧受风面积，降低上层建筑的高度，从而降低重心，提高船舶的抗风能力及适航性能。因此本船上层建筑采用一层，乘员间(兼驾驶室)位于主甲板以上高1 900 mm处，舱室中间下落200 mm作为走道，两边安置乘员座椅，走道区域层高为2 100 mm。

(2)考虑船舶靠泊时横摇对上层建筑的影响，本船侧壁有一定的内倾，外走道仅设置风暴扶手，不设栏杆，以避免靠船时出现碰撞情况。

(3)乘员间内部设置7张单人高级座椅和1张可升降驾驶椅，主要供驾驶及船上随船人员乘坐使用。在两侧甲板以上设有固定矩形窗，用于舱室采光。后围壁中部设1扇铝合金风雨密外开门，两侧设置2扇铝合金移窗供通风。

3.2.3艏艉甲板布置

(1)艉部甲板两侧设机舱通风风道、栏杆等。靠艉部设置1艘小型无人遥控测量小船，用于极浅水域的水文测量。

(2)艏甲板两侧设有固定栏杆，艏部用活动小链连接左右两侧的固定栏杆。另外，艏部设有1个轻型铝合金跳板，在艏部顶靠整治建筑物后人工架设在船艏和整治建筑物之间，便于人员上下船舶。

3.2.4顶棚甲板平面的布置

顶棚甲板布置有导航雷达、高音喇叭、探照灯、左右舷灯、船名灯、三角桅杆和天线、艉灯等。

3.3 测量设备安装方式

本船需要兼顾整治建筑物所在水域的水文及地形测量，因此需要安装便携式测量设备，包括单波束测量仪、多波束测量仪、地形测量仪等。

本船设置750 mm宽外走道。在外走道处安装单波束测量支架、多波束测量支架、保护支架等测量设备，也可释放和回收小型无人遥控测量小船。根据作业需要，各种支架和测量设备可以从一舷调整到另一舷，以实现全范围测量。

地形测量仪安装在船舶上层建筑的顶部，以减少上层建筑的结构件对测量的干扰。

3.4 结构与材料

本船结构按《内河小型船舶法定检验技术规则》(2016)对A级航区船舶要求进行设计。考虑到本船在使用过程中船艏容易与不规则的整治建筑物发生碰撞，造成船艏局部变形，为便于维修，因此主船体结构采用钢质结构。

本船采用单甲板、单底、横骨架式钢质全焊接结构型式。由于艏尖舱可能会经常与整治建筑物在顶靠时与局部突出的石块发生碰撞，因此增加其外板和艏柱的板厚。每档肋位设置实肋板，外板骨架适当加密，在艏尖舱内填充泡沫材料并设置液位报警装置，增加该区域耐碰撞的能力。

甲板室结构考虑采用铝合金结构。本船甲板室为内倾式，因此不会与整治建筑物发生碰撞，可靠性较高。采用铝合金后船舶重量变轻，重心位置降低，有利于提高横向船舶的稳性。

3.5 船舶稳性

由于本船在风浪较大的长江A级航区航行和作业，因而型线采用折角线型，艉部设置压浪板，可有效提高船舶的耐波性能。

本船为内河A级航区的船舶，按照法规的标准，本船核算的风压稳性衡准数最小值为5.249，大于1，因此本船的抗风等级为6级风。参照《内河客舱和渡船抗风等级核定办法》，如果风压稳性衡准数大于1.5，则抗风等级可以达到7级风标准。

3.6 推进与操纵

考虑到整治建筑物的水域复杂，水流紊乱，操纵困难，因此要求船舶配备的主机功率大、舵效好。

本船采用双机、双桨推进。主机为2台船用柴油机，额定功率为80 kW，额定转速为1 500 r/min，远大于目前租用的小渔船的主机功率，因此船舶的操纵与控制性能可以满足需要。船舶的设计满载航速约19 km/h。

本船配1台液压舵机，操纵2只流线型平衡舵，满足舵效要求。

3.7 船舶舾装

(1)考虑到本船尺度小，抗风浪要求高，因此需要控制船舶重量。有关设备在满足使用要求的前提下，尽可能选用轻型设备。

(2)船舶装潢的总体原则是环保、淡雅、美观，同时又要具有防火、隔热、减振、降噪的功能。舱室装潢均采用铝、铝塑材料等轻质内装材料装饰，敷料的敷设厚度做到最小，要求严格控制空船重量。

3.8 机电主要设备

(1)本船设主机2台，型号为YC6108ZC船用柴油机；齿轮箱型号为120C，公称减速比为2.45，柴油机与齿轮箱罩壳联体安装。主机还拖带1台轴带发电机。机舱内还设1台M-GV8柴油发电机组，发电机功率6 kW，电制220 V/50 Hz。

(2)主机组控制采用机械式软轴驾机合一控制系统，主机组操纵由驾驶室内操纵手柄，经软轴来控制柴油机转速快慢及齿轮箱倒、顺、停。驾驶室操纵台还设有舵机操纵器、推进主机组和辅机的延伸仪表板及其他电气仪表和开关等。

(3)本船采用交流单相双线制系统及直流双线制系统。

(4)主机部分的监测报警系统(含近旁与延伸两部分)随主机配供，其延伸板设于驾控台上，延伸功能有：主机转速、滑油压力、冷却水温度显示；主机的启动与停车控制；主机超速、滑油压力低、冷却水温度高的声报警与光指示；还配有试验与消音按钮等。另设主机应急停车按钮。

(5)设1套监测报警装置。监测报警的主要项目有：发电机的过载、电网绝缘低、机舱舱底水高位、舵机舱舱底水高位、艏尖舱舱底水高位、污油水箱高位、齿轮箱滑油低压、齿轮箱滑油高温等。以上相关报警可延伸至驾驶室集中控制台。

4 结论

(1)确定了长江下游整治建筑物维护船型的主要尺度，对船艏结构和设施的配备提出了有效的方式和方案，大幅度提高了船舶的安全性和适用性。

(2)总体设计、线型选取、结构优化、设备配备等多方面采取措施，使得本船能在A级航区7级风情况下安全可靠地完成各项工作。

(3)设计了1套完整的多波束水文测量装置和地形测量装置，并配以无人测量艇，可以很好地完成整治建筑物水域的各种测量工作。

参考文献：

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