一种新型抛标作业装置在“海巡1630”航标船上的应用

陈俊毅，林添金

（1.厦门航标处，福建 厦门 361006；2.集美大学轮机工程学院，福建 厦门 361021）

0 引 言

21世纪是海洋的世纪，人类需从海洋中获取更多的资源［1-2］。因此，海洋监测将是重要的研究内容，涉及的参数有很多，该技术领域是一个多学科交叉的边缘技术领域，与多个技术门类有密切关系。浮标是实现海洋监测的一个重要平台，是引导船舶航行、定位和标示碍航物及表示警告的人工标志，主要通过浮体、锚链和沉石等部件固定在水中［3-4］。浮标对支持水运、渔业、海洋开发和国防建设等事业的发展具有重要作用，因此对浮标进行设置和管理是确保港口、航道安全运行的一项重要工作。随着我国航运事业的飞速发展，船舶数量和吨位不断提高，助航标志的作用越来越重要，对提升航道浮标维护作业水平提出了更高的要求。本文以厦门航标处的“海巡1630”航标船为例进行分析。该航标船的浮标抛设作业会受风、浪、流和船舶密度等因素的影响，结合航标抛设作业的特点，对该船的浮标抛设作业模式进行研究，设计一种新型抛标装置，以提高浮标抛设作业的安全性和航标维护效率，提升浮标助航服务质量，为水上交通提供安全保障。

1 航标船抛标作业现状及存在的问题

1.1 航标定位精度要求

受风、浪、流和船舶碰撞等因素的影响，浮标会偏离设定位置，使定位精度下降。当浮标设定点距离危险物较近时，考虑到航标船的操控灵活性不强，为确保航标船的安全性满足要求，浮标抛设位置与设计位置有一定的偏差，这使得浮标定位精度有所下降。

浮标是海上重要的助航标志之一，在引航和避险方面发挥着重要作用，其位置的准确性直接关系到船舶航行的安全性，因此规范对浮标定位精度有很高的要求。规范要求浮标在海上漂浮旋回时，其浮筒的位置不能超过以设定点为圆心、回旋半径为50 m的区域。港内与港外的精度要求不同：人工航槽的浮标位置精度误差要小于等于回旋半径加10 m；港内航道的浮标位置精度误差要小于等于回旋半径加15 m；自然航道的浮标位置精度误差要小于等于回旋半径加20 m。因此，沉石的投放点准确度要控制在5～20 m［5］。

1.2 航标船工作模式的局限性

目前，航标船采用的抛标作业模式都是在航标船航行到浮标抛设定位点时，用船上的吊机吊起沉石，将其挂在舷外，见图1。确定好抛设位置之后，先抛出沉石和锚链，再将浮筒吊至水面，最后解开浮筒。

图1 吊机起吊沉石和浮筒场景

由于狭管效应，加上台风和冷空气的影响，台湾海峡常年风浪较大。在风浪比较大的情况下，航标船能航行，但在起吊沉石和浮标时其稳性会变差，同时吊起的沉石和浮标会随船舶的横摇而摆动，靠人力很难控制［5］，存在极大的安全隐患，大多数情况下无法实施现场抛标作业，会大幅增加运营成本。以“海巡1630”航标船为例，从浮标井处起吊浮筒时，吊杆顶端到甲板的高度约为15 m，浮筒的长度一般约为9 m，直径为2.4～3.0 m。图2为“海巡1630”航标船船体横摇时吊机吊起重物端摇摆范围示意图，其中：AB为吊杆顶端到甲板的距离，AB＝15 m；θ为船体横摇角度。

图2 “海巡1630”航标船船体横摇时吊机吊起重物端摇摆范围示意图

由式（1）可计算出BC＝1.31 m。若船体横摇5°，浮筒在甲板上水平移动的距离可达到2.6 m。若风浪增大，船体的横摇幅度可达10°以上，会使航标作业设备的横向摆动加剧，浮筒的横向位移可达5.2 m以上，严重威胁作业人员的生命安全。因此，该工作模式不能满足各种海况下的应急操作需求，会影响航标船的工作效率和工作能力。

2 抛标作业装置优化

从航标船功能的局限性、安全性和船员的劳动强度等方面考虑，改进浮标抛设装置和作业方式，优化浮标抛设作业流程，减少对吊机的使用，进而提高航标船在抛设浮标时的安全性。为达到该目的，结合多年的工作经验，设计一种不需要现场吊机作业的抛标装置［6］。该新型抛标装置是一种半自动遥控抛标装置，主要由浮筒架、浮筒架轨道、浮筒架固定桩、绞盘机和投放遥控器等设备组成，各设备在船上的布置见图3～图5。1套浮标抛设装置布置在航标船的同一舷侧，1艘航标船可同时配备多套浮标抛设装置。

图3 浮筒和浮筒架在船上的布置示意图

图5 抛标装置各设备布置俯视图

浮筒架根据浮筒的规格量身设计，以确保其能对浮筒进行有效支撑和固定，同时便于分离。因此，浮筒架一般设计成楔形半包裹状。浮筒架轨道设计为有槽轨道，且具有一定的坡度，以确保浮筒架在甲板上不受船舶颠簸的影响而横向滑移。为防止浮筒架因船舶摇晃而滑动，在槽端设置浮筒架固定装置。浮筒架通过钩锁连接自动脱钩装置，驾驶台通过遥控器控制脱钩装置脱钩之后，载有浮筒的浮筒架在重力的作用下沿有坡度的有槽轨道滑入海中，此时浮筒与浮筒架分离，并将浮筒架收回。释放沉石是抛标作业的主要环节，也是最危险的环节，为提高该环节的作业安全系数，在释放沉石时，绞盘机旋转带动绞盘机臂，沉石在绞盘机臂的推动下掉入水中，实现作业现场零工作人员，进而保障人员的安全，提升高海况下抛标作业的工作效率和安全性［7］。

图4 沉石与绞盘机在船上的布置示意图

3 抛标作业流程优化

3.1 抛标前的准备工作

由于新型抛标装置的构造与以往不同，其抛标作业流程也与传统的抛标方式有所区别。为实现机械设备动力抛设浮标，需在开航前做好一系列准备工作。航标船停泊在码头边，按任务计划在甲板上装料（包括航标、沉石和锚链等物品），在使用浮筒架时，需先将浮筒架放置在有槽轨道上，并将其与浮筒架固定释放装置连接；放置并固定好浮筒架之后，将浮筒放置在浮筒架上，并固定好。将沉石吊装到甲板固定位置处，确保绞盘机臂能有效推动沉石，同时保证沉石的1／4底面积置于舷外，防止释放沉石时被舷侧钢板凸起卡住。

3.2 浮标抛设作业

准备工作完成之后，航标船驶往浮标设定位置进行浮标抛设作业。解开沉石固定钢丝和浮筒架固定装置，在驾驶台遥控抛设浮标，利用沉石绞盘机将沉石移出舷外，锚链随之抛出，浮筒架顺着滑道划入海中，浮筒入水之后在水流的作用下与浮筒架分开，此时回收浮筒架即可。通过对近1 a的数据进行统计发现：在正常海况下，采用该新型装置之后，单次浮标抛设作业时间由10 min缩减到2 min，抛设效率提高了400%；在高海况下，采用该新型装置也能实现浮标抛设，能确保浮标维护任务正常完成，同时浮标投放无需现场人员辅助，能在很大程度上降低安全隐患，为企业创造良好的经济效益。

4 结 语

通过对抛标工作的现状和存在的问题进行分析，设计了一款新型抛标装置，优化了抛标设备，改进了抛标流程，减少了抛标作业现场人员，降低了抛标作业强度和难度。与吊机抛设浮标相比，该装置具有以下优点：

1）在高海况下可有效降低作业风险，提高抛设作业效率；

2）该装置结构简单，未增加附属动力设备，成本低，故障率低；

3）具有良好的普适性，除了安装在航标船上以外，还可安装在非专业航标船（船上没配备吊车）上，实现抛标作业。

“海巡1630”航标船加装该抛标作业装置之后，减少了浮标抛设现场工作人员，有效避免了工作过程中因高海况而导致人员落水的安全隐患，缓解了工作人员不足的问题。同时，提高了浮标抛设工作效率，降低了工作人员的劳动强度，为增强浮标维护保养的及时性和快速性提供了有力保障。