半潛船及其在海洋工程中的應(yīng)用*

廉靜靜 楊 曉

半潛船及其在海洋工程中的應(yīng)用*

廉靜靜 楊 曉

半潛船作為運(yùn)輸大型海洋結(jié)構(gòu)物的特種工程船舶，解決了運(yùn)輸大型海洋結(jié)構(gòu)物的難題。詳細(xì)介紹半潛船的工作原理、發(fā)展歷史和國內(nèi)外擁有半潛船的現(xiàn)狀，半潛船滾裝/滾卸作業(yè)、潛裝/潛卸作業(yè)、吊裝/吊卸作業(yè)和滑裝/滑卸作業(yè)等四種作業(yè)方式及其在海上運(yùn)輸方面具有巨大的裝貨甲板和精準(zhǔn)的動力定位系統(tǒng)等獨(dú)特優(yōu)勢，論述半潛船在海洋工程中的應(yīng)用，并對半潛船未來發(fā)展前景進(jìn)行分析。

半潛船；大型海洋結(jié)構(gòu)物；運(yùn)輸方式

近幾年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，世界石油巨頭向海洋石油、天然氣領(lǐng)域投入大量的資金，海上石油勘探開發(fā)活動數(shù)量迅速增加，由此催生了對大型海洋結(jié)構(gòu)物的巨大需求，而這些大型海洋結(jié)構(gòu)物具有超大、超重、形狀不規(guī)則等特點(diǎn)，超出了普通集裝箱船以及散貨船的結(jié)構(gòu)和技術(shù)規(guī)范，迫切需要一種能夠運(yùn)輸大型海洋結(jié)構(gòu)物的特種工程船，半潛船的出現(xiàn)有效地滿足了這一需求。

一、半潛船概述

1. 半潛船簡介

半潛船指有較大開敞露天載貨甲板，艏部或艉部有較高上層建筑或甲板室或浮箱，在裝卸貨物作業(yè)過程中呈半潛狀態(tài)的船舶。[1]作為一種特種運(yùn)輸船舶，它可以通過調(diào)整壓載水的水量，使裝貨甲板潛入水中并到達(dá)一定深度，以便將所要承運(yùn)的大型海洋結(jié)構(gòu)物從指定的位置移到半潛船的裝貨甲板上，然后將貨物運(yùn)送到目的地，所以在半潛船的船體內(nèi)有許多壓載水艙，可以方便快捷地調(diào)節(jié)壓載水，圖1為半潛船的外形。

圖1 半潛船

2. 半潛船發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

早期，人們均采用在海水中直接拖航的方式實(shí)現(xiàn)對海洋平臺、疏浚設(shè)備等重大件貨物的遠(yuǎn)程運(yùn)輸即“濕拖”，這種方式運(yùn)輸周期長，易發(fā)生貨物的海損。為了克服重大件貨物“濕拖”的缺點(diǎn)，人們對重大件貨物的運(yùn)輸方式作出了革新，變“濕拖”為“干拖”，建造了用于裝載重大件貨物的半潛駁船，但當(dāng)時(shí)的半潛駁船沒有動力設(shè)備，還不具備自航的能力，只能借助拖輪拖帶的方式完成運(yùn)輸。當(dāng)時(shí)典型的半潛駁船有日本住友重工于1976年為荷蘭Wijsmuller航運(yùn)公司建造的“Ocean Servant 1”號及后來它的姊妹船“Ocean Servant 2”號。非自航半潛駁船的應(yīng)用為半潛船的出現(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)，事實(shí)上也成為現(xiàn)代半潛船的前身。

1979年6月，日本住友重工為荷蘭Wijsmuller航運(yùn)公司建造的“Ocean Servant 1”號交船。[2]該船船長139.91米，船寬32.31米，夏季吃水8.51米，載重量14 310載重噸，最大下潛深度15米（甲板位于水下6.5米），設(shè)有2臺艏側(cè)推器，每臺功率500馬力。這標(biāo)志著自航式半潛船即現(xiàn)代半潛船的正式誕生。之后，Wijsmuller航運(yùn)公司陸續(xù)建造和收購了多條半潛船。1993年9月，荷蘭Wijsmuller Transport公司與Dock Express Shipping公司合并組成OCKWISE航運(yùn)公司，成為世界上最大的半潛船公司，隨后于2012年收購了總部位于荷蘭鹿特丹的AIRSTAR公司，擁有了該公司旗下在營的4艘半潛船，分別是“Fjell”號、“Fjord”號、“Forte”號和“Finesse”號，進(jìn)一步擴(kuò)大了DOCKWISE公司半潛船的數(shù)量。然而，DOCKWISE公司在2013年被荷蘭Royal Boskalis Westminster公司收購，2016年4月25日，Royal Boskalis Westminster通過子公司完成對DOCKWISE公司剩余股份的收購。除DOCKWISE公司外，挪威Offshore Heavy Transport AS（OHT）公司擁有5艘油輪改造的半潛船，分別為“Eagle”號、“Falcon”號、“Osprey”號、“Hawk”號和“Albatross”號，其半潛船的相關(guān)參數(shù)如表1所示，該公司下的“Albatross”號半潛船[3]如圖2所示，但是從船舶數(shù)量來看，DOCKWISE經(jīng)營著23條半潛船，占據(jù)全球半潛船隊(duì)50%的份額，在半潛船市場中占據(jù)著舉足輕重的地位，表2為DOCKWISE公司擁有的半潛船及其相關(guān)參數(shù)。

表1 OHT公司擁有的半潛船及其船舶參數(shù)

圖2 OHT公司半潛船“Albatross”號

表2 DOCKWISE公司擁有的半潛船及其船舶參數(shù)

續(xù)表

在我國，真正意義上擁有的第一艘半潛船“泰安口”號如圖3，是由廣州廣船國際股份有限公司制造，由上海船舶研究設(shè)計(jì)院和DELTA MARINE公司承擔(dān)施工設(shè)計(jì)的。該船船長156米，型寬36米，型深10米，夏季吃水7.5米，最大下潛吃水19.0米，總載重量為17 550噸，服務(wù)航速不小于14節(jié)，續(xù)航力為12 000海里。[4]“泰安口”號半潛船采用了世界上最先進(jìn)的SSP電力推進(jìn)系統(tǒng)，360度全回轉(zhuǎn)螺旋槳；采用DP動力定位系統(tǒng)，電腦與導(dǎo)航定位衛(wèi)星配合，在海上停泊,保持船位不變時(shí)也不用拋錨，只要在電腦中設(shè)定好停船點(diǎn)的經(jīng)緯度，就會牢牢地停在這一點(diǎn)上，可以達(dá)到厘米級的定位精度。2003年8月28日，廣州遠(yuǎn)洋在廣船國際訂造的另一艘半潛船“康盛口”號交船。該船是“泰安口”號的姐妹船，性能、主尺度均相同。這兩艘新型半潛船投入運(yùn)營后，使得我國在特大型貨物運(yùn)輸能力方面躍居世界第二位。[3]我國擁有半潛船的運(yùn)營商主要有中遠(yuǎn)航運(yùn)、振華重工、中交航運(yùn)以及廣州打撈局等7家單位。表3列出了我國擁有的部分半潛船及其船舶參數(shù)。

圖3 半潛船“泰安口”輪

表3 我國擁有的部分半潛船及其船舶參數(shù)

續(xù)表

二、半潛船的作業(yè)方式及其獨(dú)特優(yōu)勢

1. 半潛船滾裝/滾卸作業(yè)

半潛船滾裝/滾卸作業(yè)又分為尾滾作業(yè)和側(cè)滾作業(yè)，主要是通過自行平板車或牽引式行走將大型海洋結(jié)構(gòu)物從碼頭滾裝/滾卸。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是安全性很高，成本低。這種裝卸貨方式要求裝貨碼頭和半潛船的裝貨甲板基本平齊，此時(shí)需要考慮潮汐對滾裝/滾卸作業(yè)過程的影響，當(dāng)滾裝/滾卸作業(yè)過程半潛船的最小干舷高度大于高潮時(shí)碼頭的干舷高度，半潛船空船的干舷高度小于低潮時(shí)碼頭的干舷高度時(shí)，才能夠進(jìn)行滾裝/滾卸作業(yè)。[5]

在滾裝/滾卸作業(yè)中，需要通過不斷調(diào)整船舶壓載水，以保持裝貨碼頭與半潛船的裝貨甲板水平，半潛船左右平衡，半潛船的GM值始終為正。同時(shí)需要不斷調(diào)整半潛船的出纜長度，保證船舶始終貼緊碼頭。[6]圖4是半潛船滾裝（側(cè)滾）作業(yè)現(xiàn)場圖。

圖4 半潛船滾裝作業(yè)方式示意圖

2. 半潛船潛裝/潛卸作業(yè)

潛裝/潛卸[7]是針對大型海洋漂浮物的一種特有的裝船方式，它要求半潛船配有浮箱，具有半潛功能，在船體甲板面下沉至低于水平面一定深度后，由拖輪牽引或者由船舶自帶的牽引設(shè)備將漂浮貨物移至船舶甲板上方準(zhǔn)確位置，待半潛船排水上浮至甲板與貨物接觸，然后再實(shí)施綁扎，卸貨方式與裝貨方式是逆向操作即可。潛裝/潛卸作業(yè)前，必須要根據(jù)下潛起浮地點(diǎn)的水深、當(dāng)時(shí)潮汐及本船的吃水，認(rèn)真核算并自定壓載水調(diào)整計(jì)劃。在下潛起浮的過程中必須始終保持船舶左右平衡，保證船舶GM值始終為正。在潛裝過程中，當(dāng)半潛船下潛到預(yù)定的深度，貨物由拖輪拖至離船舶50米左右時(shí)，必須前后各交叉帶上兩根本船的纜繩，在拖輪的配合下利用纜繩將貨物移到預(yù)定地點(diǎn)，由預(yù)先裝好的定位樁判定是否到位。潛卸也需要進(jìn)行同樣的操作，在拖輪的配合下由纜繩控制貨物。潛裝/潛卸作業(yè)過程中船舶的穩(wěn)性和浮力脆弱，操縱性也較差，因此該作業(yè)過程對氣象水文條件要求較高。[6]圖5為潛裝作業(yè)示意圖。

3. 半潛船吊裝/吊卸作業(yè)

半潛船吊裝/吊卸作業(yè)主要是借助大型浮吊等裝卸設(shè)備對重大件貨物進(jìn)行裝卸，采用浮吊作業(yè)形式上可分為扒桿式和全回式兩種，在近海和深海兩類作業(yè)區(qū)域完成，在吊裝/吊卸作業(yè)過程中通過調(diào)整自身的壓載水保持半潛船良好的穩(wěn)性。

圖5 半潛船潛裝作業(yè)方式示意圖

4. 半潛船滑裝/滑卸作業(yè)

半潛船滑裝/滑卸作業(yè)首先需要在裝貨甲板上安裝滑軌，通過液壓頂推裝置將貨物從半潛船尾部將貨物推到甲板上，到達(dá)預(yù)定的位置后進(jìn)行貨物的綁扎系固，整個(gè)作業(yè)過程中需要不斷調(diào)整半潛船的壓載水以保持船舶的穩(wěn)性。

5. 半潛船海上運(yùn)輸?shù)莫?dú)特優(yōu)勢

半潛船作為一種新型特種船舶，相較其他船而言，在海上貨物運(yùn)輸方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢：

①巨大的裝貨甲板：半潛船甲板沒有傳統(tǒng)船舶的舷墻、貨倉及裝卸設(shè)備，整個(gè)甲板就是巨大的“貨倉”，即裝貨甲板，半潛船的這種構(gòu)造使得它具備了運(yùn)輸其他傳統(tǒng)船舶不能裝運(yùn)的貨物的能力，特別是運(yùn)輸那些超高、超寬、超重的單件特種貨物。

②獨(dú)特的裝卸貨作業(yè)方式：傳統(tǒng)的貨物裝卸方式都是吊裝/吊卸，但由于起重能力及作業(yè)空間的限制，對于那些超高、超寬、超重的單件特種貨物的裝卸作業(yè)很難通過吊裝/吊卸實(shí)現(xiàn)。半潛船強(qiáng)大的壓載水調(diào)整系統(tǒng)使其具備了滾裝/滾卸、潛裝/潛卸的特殊裝卸貨作業(yè)方式，能很好地實(shí)現(xiàn)對特種貨物的裝卸。

③精確的動力定位系統(tǒng)（DP）：半潛船配備了普通船舶所不具備的DP動力定位系統(tǒng)，電腦與導(dǎo)航定位衛(wèi)星配合，在海上停泊保持船位不變時(shí)也不用拋錨，只要在電腦中設(shè)定好停船點(diǎn)的經(jīng)緯度，就會牢牢地停在這一點(diǎn)上，定位誤差可以達(dá)到厘米級的精度。例如“康盛口”采用了DP-2動力定位系統(tǒng)。[6]

④先進(jìn)靈活的動力設(shè)備：傳統(tǒng)的船舶采用低速柴油機(jī)（主機(jī)）作為其動力推進(jìn)設(shè)備，而新型半潛船則配備了更為先進(jìn)的動力設(shè)備。例如“康盛口”采用了電力推進(jìn)裝置和兩部懸掛式螺旋槳SSP，船艏部還配備了兩部800千瓦的側(cè)推器，這使得半潛船具備極其靈活的操縱性，在船舶航行中可隨時(shí)減速甚至停車，在狹窄水域可以原地打轉(zhuǎn)。[6]

⑤雙船聯(lián)合作業(yè)：對于某些超大型貨物，單個(gè)半潛船可能無法完成作業(yè)任務(wù)，但兩艘半潛船可并排搭載，通過動力定位系統(tǒng)（DP），可以實(shí)現(xiàn)步調(diào)一致，聯(lián)合作業(yè)。[7]

三、半潛船在海洋工程中的應(yīng)用

1. 海洋平臺的載運(yùn)

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開能源的供給，隨著陸地油氣資源的不斷減少，人類能源開發(fā)的重點(diǎn)也放到了廣闊的大海上，海上能源的開發(fā)和利用技術(shù)也日新月異。海上能源的開發(fā)離不開海洋平臺，半潛式平臺、張力腿平臺、浮動式海上生產(chǎn)設(shè)施、深海浮筒平臺以及鉆塔鉆井平臺等超重、超高、超寬海洋平臺越來越多，新建海洋平臺由船廠運(yùn)到油氣海域、海洋平臺更換位置、海洋平臺的返廠修理以及海洋平臺的拆除，都需要進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)。由于海洋平臺不能拆分，而普通船舶又難以裝載海洋平臺等特種貨物，早期采用了直接拖航的方法，但這種方法易造成海洋平臺的損壞，后來發(fā)展到利用半潛駁船拖航，但由于半潛駁船不具備自航能力，不便進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。半潛船運(yùn)輸則具備了直接拖航和半潛駁船拖航不具備的優(yōu)勢，可以安全、精確、短周期地完成海洋平臺運(yùn)輸任務(wù)。特別是半潛船裝備的動力定位系統(tǒng)還可以很好地協(xié)助完成海洋平臺的精確安裝作業(yè)。[8]

2. 港口門機(jī)的載運(yùn)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各個(gè)國家不斷加大對港口的建設(shè)，港口門機(jī)的運(yùn)輸量不斷加大，特別是隨著大型和超大型集裝箱船數(shù)量的不斷增加，配套港口門機(jī)臂長達(dá)60米左右。目前門機(jī)的運(yùn)輸方式主要利用叉裝船，滾上滾下，而叉裝船由于其專用性很強(qiáng)，攬貨有其局限性，并且運(yùn)輸門機(jī)的尺寸受到限制。而半潛船同樣可以運(yùn)輸此類甚至更大的門機(jī)，尺度幾乎不受限制，因而也是良好的港口門機(jī)運(yùn)載工具。[7]

3. 挖泥船的遠(yuǎn)程調(diào)遣

隨著航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展以及水利事業(yè)的發(fā)展需要，航道疏浚工作越來越顯示出其重要性。目前大部分挖泥船主要用于內(nèi)河及沿海港口航道的疏浚任務(wù)，其穩(wěn)性不能滿足無限航區(qū)的要求，因此挖泥船的長距離調(diào)遣必須通過船舶載運(yùn)而不能通過自航實(shí)現(xiàn)。半潛船通過潛裝/潛卸作業(yè)，可以快速穩(wěn)定地將挖泥船整船裝船，安全、快捷地將挖泥船運(yùn)送至目的地，提高挖泥船的利用率及其經(jīng)濟(jì)效益。[7]

4. 軍用設(shè)施的載運(yùn)

由于國防建設(shè)的需要，不少國家需要進(jìn)出口軍事設(shè)施，大型軍用設(shè)施的運(yùn)輸不僅要求船舶有足夠的空間，還要求保證軍用設(shè)施的絕對安全，因此對于大型軍用設(shè)施，普通船舶很難完成運(yùn)輸任務(wù)，半潛船由于其獨(dú)特的優(yōu)勢，能快速、安全、可靠地完成大型軍用設(shè)施的運(yùn)輸任務(wù)。

5. 管道及電纜的鋪設(shè)

大型半潛船由于其船型特點(diǎn)以及其安裝的動力定位系統(tǒng)和反應(yīng)迅速的壓載水系統(tǒng)，可為船體提供良好的耐波性和超大的起重能力，半潛船整個(gè)中尾部甲板均無梁拱和障礙物，經(jīng)過改裝，利用其先進(jìn)的動力定位系統(tǒng)，可在惡劣海域?qū)崿F(xiàn)海底管道及電纜的鋪設(shè)。[9]

6. 沉船打撈作業(yè)

半潛船具有超大的起重能力，利用其上浮下潛的功能，結(jié)合動力定位系統(tǒng)，可與其他打撈船舶協(xié)同作業(yè)，完成大型沉船打撈作業(yè)。

四、半潛船發(fā)展前景

隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對能源的需求量會越來越大，海洋平臺數(shù)量會隨著海洋開采油氣事業(yè)的發(fā)展大幅度增加，且隨著裝備制造業(yè)和國際貿(mào)易的發(fā)展，超重、超高、超寬的特種貨物不斷增加，對特種貨物的運(yùn)輸需求也將大幅度增加，而目前全球能夠運(yùn)載海洋平臺的半潛船僅有50余艘，且半潛船船齡較老，例如，DOCKWISE的平均船齡在22年以上，其中許多半潛船是由油輪改造，存在安全隱患，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足海洋平臺的運(yùn)載要求，因此目前迫切需要一批新型半潛船投放市場，以滿足市場對運(yùn)力的要求，半潛船的市場需求及發(fā)展?jié)摿Q定了半潛船必將大有發(fā)展前途。

[1]中國船級社.半潛船檢驗(yàn)指南(評審稿)[EB/OL].[2016-07-09].http://www.docin.com/p-590781732.html.

[2]黃蓓蓓.半潛船發(fā)展歷史與展望[J].中國水運(yùn),2010(1):4-6.

[3]挪威Offshore Heavy Transport AS公司[EB/OL].[2016-07-09].http://www.oht.no/.

[4]蔡睿眸,楊定邦.一種新型半潛船的開發(fā)[J].廣東造船,2002 (1):1-6.

[5]肖建英.甲板駁船自由浮態(tài)滾裝大型貨物研究[J].中國航海, 2009(2):49-53.

[6]張建浩.淺述新型半潛船的海務(wù)管理[M]//船舶安全管理論文集.2007:14-17.

[7]馮志根.大型半潛船發(fā)展前景[J].船舶設(shè)計(jì)通信,2001(1-2):4-7.

[8]柴佳春.半潛船運(yùn)輸海洋平臺的可行性分析方法[D].大連:大連海事大學(xué),2003.

[9]閔兵.半潛式起重工程船載海洋工程中的應(yīng)用[J].中國造船, 2010(1):156-161.

10.16176/j.cnki.21-1284.2016.12.002

廉靜靜（1983—），女，大連海事大學(xué)航海學(xué)院，實(shí)驗(yàn)師，博士

863計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015AA016404)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助（3132015005&3132016010）；大連海事大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目（2016Y07）

楊曉（1983—），男，大連海事大學(xué)航海學(xué)院，講師