84m雙體半潛自航式居住輔助平臺船型分析

福建省馬尾造船股份有限公司 占玉金

84m雙體半潛自航式居住輔助平臺船型分析

福建省馬尾造船股份有限公司 占玉金

84m雙體半潛自航式居住輔助平臺是福建省馬尾造船股份有限公司建造的居住生活輔助平臺，是全球首制新船型。該船具有抗風(fēng)浪、多用途、節(jié)能環(huán)保、便利舒適等特點(diǎn)，集居住、餐飲、娛樂、輸送、運(yùn)輸?shù)裙δ苡谝惑w，是綜合型的電力推進(jìn)雙體平臺。該文介紹了這一平臺船型的主要功能、技術(shù)指標(biāo)、設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析以及建造注意事項(xiàng)。

海洋工程船 雙體半潛 電力推進(jìn) 動力定位 輔助平臺

0 引言

2010年，國際船舶市場對三大基本船型需求尚未恢復(fù)，海洋工程船因其自身的優(yōu)勢，深受船東青睞，成為船舶經(jīng)濟(jì)新增長點(diǎn)?；诟＝ㄊ●R尾造船股份有限公司（以下簡稱馬尾造船）已承接較多的工程船項(xiàng)目，從長遠(yuǎn)發(fā)展考慮，為進(jìn)一步拓寬市場，適應(yīng)發(fā)展要求，充分發(fā)揮生產(chǎn)能力，提高船舶產(chǎn)品建造綜合水平；通過國際市場調(diào)研，對擁有較強(qiáng)抗風(fēng)浪能力、能平穩(wěn)便捷地將人員輸送到工作平臺、環(huán)境舒適、配套設(shè)施齊全、定位能力強(qiáng)的居住船舶有強(qiáng)大需求，因此馬尾造船著力開發(fā)一款能滿足上述市場需求的船舶產(chǎn)品，即84m雙體半潛自航式居住輔助平臺。

1 概述

本平臺為馬尾造船為主研制，加拿大設(shè)計(jì)公司技術(shù)支持，阿聯(lián)酋海工船東訂造的全球首制船型。總長84m，是艘新型多功能、節(jié)能環(huán)保、鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)的電力推進(jìn)雙體平臺，為海上鉆井平臺工作人員提供居住、餐飲、娛樂等服務(wù)，為平臺運(yùn)輸貯藏品、原材料和設(shè)備等甲板貨物；輸送燃油，淡水，海水，壓縮空氣給鉆井平臺，用途廣泛。符合ABS規(guī)范關(guān)于海上移動式鉆井平臺要求及IMO關(guān)于海上移動式鉆井平臺構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則要求。船級符號為+A1，COLUMN STABILIZED UNIT，ACCOMODATION SERVICE，+AMS(E)，DPS-3，UWILD，HELIDK，按照服務(wù)于無限航區(qū)的要求進(jìn)行檢驗(yàn)。

本平臺配備6臺主發(fā)電機(jī)，4個定螺距全回轉(zhuǎn)舵槳，擁有先進(jìn)電力推進(jìn)系統(tǒng)和動力定位能力3級，操作靈活方便、整體性能優(yōu)越、功能多樣化，具有高技術(shù)、高自動化、良好營運(yùn)性和經(jīng)濟(jì)性，是公司創(chuàng)辦以來承建最高技術(shù)含量的海工船舶產(chǎn)品，對我國海洋工程裝備制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)發(fā)展及企業(yè)自身發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)均有積極影響。

本文對84m雙體半潛自航式居住輔助平臺的總體布局進(jìn)行闡述，對平臺主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)和難點(diǎn)、建造注意事項(xiàng)進(jìn)行簡要介紹。

2 主要技術(shù)參數(shù)

2.1 主尺度

總長：84.00 m；型寬：32.00 m；主甲板高度(A.BL)：22.20 m；駕駛室頂高度(A.BL)：37.80 m；直升機(jī)接待室高度(A.BL)：39.70 m；工作吃水（A.BL）：8.90 m；結(jié)構(gòu)吃水（A.BL ）：14.60 m；定員：431人。

2.2 技術(shù)指標(biāo)

（1）載重量：12.50m A.BL吃水時，載重量約6180t。

（2）主發(fā)電機(jī)和航速：主發(fā)電機(jī)功率為6×2884kW，轉(zhuǎn)速為900r/min；在8.9m A.BL吃水時，主機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時設(shè)計(jì)航速不低于10.5節(jié)。

（3）甲板載貨量：甲板可裝貨區(qū)域面積約640m2，甲板貨重心在甲板上1m時，甲板載貨量達(dá)500t。

（4）液艙容積：燃油艙容積為1809 m3；淡水艙容積為1310 m3；壓載水艙容積為7222 m3。

3 船體型線

本平臺采用小水線面雙支柱體的船體結(jié)構(gòu)線型；雙下潛箱體為增加浮力和實(shí)際使用需要，水線面積增大；根據(jù)舵槳布置要求，艏、艉部船體線型變化較大；上船體型寬較大，上船體與雙支柱體的內(nèi)側(cè)過渡連接線型較為復(fù)雜，如圖1所示。

4 艙室布置

本平臺采用小水線面雙體結(jié)構(gòu)，以深置水下的雙下潛體、高出水面的寬敞上船體、連接上船體和下潛體的小水線面雙支柱體組成主船體部分，如圖1所示。主船體部分主要有主甲板、二甲板和下甲板等，下甲板下布置有兩個獨(dú)立機(jī)艙、艏艉有4個獨(dú)立的舵槳間，以及壓載水艙、油艙、淡水艙等。下甲板上布置有廚房、餐廳，干品間等，二甲板上布置娛樂間、健身房、電影院等。主甲板上設(shè)有01～04甲板、05/駕駛甲板，06甲板，駕駛室頂。居住艙室布置在船舯部靠艉部主甲板上，駕駛室和應(yīng)急駕駛室布置在上層建筑前部。總體艙室布置如圖1所示。

圖1 總體艙室布置

5 主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

本平臺總體設(shè)計(jì)緊湊、空間合理利用、功能齊全。與常規(guī)工程船相比，本平臺是雙體、半潛式、自航式的生活居住輔助平臺，具有多樣化功能和卓越性能。下面簡要分析其主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)：

5.1 小水線面雙體結(jié)構(gòu)

本平臺設(shè)計(jì)了小水線面雙體結(jié)構(gòu)，如圖2所示，由雙下潛體、上船體和雙支柱體三部分組成，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。與單體船相比，擁有更大的甲板面積，對于運(yùn)載乘客和甲板貨物等，可以發(fā)揮優(yōu)勢；平臺具備良好的穩(wěn)定性能，有低噪高舒適性等優(yōu)點(diǎn)，但吃水對載重量變化十分敏感，需要重點(diǎn)計(jì)算小水面雙體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及疲勞分析，使其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能抗擊深海區(qū)域百年一遇的風(fēng)浪，船舶可以航行于較惡劣的海況。

圖2 小水線面雙體結(jié)構(gòu)

5.2 電力推進(jìn)系統(tǒng)

電力推進(jìn)系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保、操縱性好、低噪、省空間等優(yōu)勢，變頻器采用AFE有源前端，取消了推進(jìn)變壓器同時諧波畸變值更低，使船舶具有良好經(jīng)濟(jì)性、低噪低排放及良好的操縱性和安全性。

配置6臺主發(fā)電機(jī)組，分別布置在船中部左右兩個獨(dú)立的機(jī)艙里，每臺功率2800kW，為電力推進(jìn)提供動力；每個潛體的艏、艉部布置舵槳間，共4臺全回轉(zhuǎn)定距舵槳，功率3000kW/臺，舵槳驅(qū)動為變頻電機(jī)，滿足各種運(yùn)行模式，具體布置如圖3所示。還配置1臺910kW應(yīng)急發(fā)電機(jī)，位于主甲板。在船舶破損極端狀態(tài)下，失掉一個機(jī)艙或一個駕駛室，船舶可以正常航行。

圖3 發(fā)電機(jī)、舵槳布置圖

5.3 動力定位系統(tǒng)DPS-3

配置最高級別的DPS-3動力定位系統(tǒng)，可以滿足在水流1m/s和風(fēng)速18m/s的海況下實(shí)現(xiàn)船舶正常定位工作。該系統(tǒng)分別布置在主橋樓間和應(yīng)急橋樓間。配置K-POS系統(tǒng)、一套DPS-2和單手柄操作系統(tǒng)，布置于主橋樓間；另外配置一套DPS-1系統(tǒng)布置于應(yīng)急橋樓間，K-POS系統(tǒng)配有DGPS、RADius、Fanbeam、HiPAP、MRU、Gryo、Wind等參考系統(tǒng)；應(yīng)急橋樓與主橋樓間用A60絕緣材料進(jìn)行防火分隔，滿足DPS-3的要求。主駕駛和應(yīng)急駕駛室的防火分隔要求和電纜的分開布置，也保證了當(dāng)駕駛室失火或進(jìn)水，應(yīng)急駕駛室能夠繼續(xù)運(yùn)行動力定位系統(tǒng)。

5.4 艙室和生活輔助系統(tǒng)

本平臺從安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適等角度考慮400多人起居所需要的復(fù)雜生活輔助系統(tǒng)。居住艙室布置在船中部到艉部，為海上作業(yè)平臺提供良好的居住服務(wù)。全船居住艙室共219間，可居住船員68人，乘客363人，每個房間配備獨(dú)立的衛(wèi)生單元。布置超大廚房、餐廳、辦公室、會議室、醫(yī)院、健身房和網(wǎng)吧等，設(shè)計(jì)兩部20人電梯供人員乘坐，上層建筑艉部布置有直升機(jī)平臺。在主甲板艏部下方設(shè)置了一個小貨艙，可容納3個20尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱。

居住艙室配置 8 個中央空調(diào)機(jī)間，船員間和乘員間的中央空調(diào)分開獨(dú)立服務(wù)。龐大的空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)為全船居住、娛樂及餐廳、廚房等處所提供通風(fēng)、制冷及加熱服務(wù)。中央空調(diào)裝置與外部氣體探測系統(tǒng)進(jìn)行連鎖；一旦探測到有毒氣體，將自動關(guān)閉進(jìn)風(fēng)口。

生活黑水和生活水系統(tǒng)滿足431人的生活需要，生活黑水系統(tǒng)采用真空泵站單元加污水緩沖艙式的真空系統(tǒng)，以及生活污水處理裝置；居住艙室布置噴淋系統(tǒng)，為居住艙室消防安全提供有力保障。

5.5 壓載水系統(tǒng)

本平臺壓載水系統(tǒng)艙室多，艙容大，相互接駁復(fù)雜，在系統(tǒng)配置、控制原理、壓載水處理等方面都是新課題。大容量的壓載水系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)時，在壓載艙內(nèi)注入大量的海水，船身隨之下沉，吃水逐漸加大，最后大部分船體都會浸入水中，形成所謂的半潛狀態(tài)。

本船有36個壓載艙，總?cè)萘?222 m3, 系統(tǒng)擁有8臺壓載泵，每臺200m3/h，2臺壓載水處理裝置，每個壓載艙配有遙控液位測深。

8臺壓載泵用于艙與艙之間互駁，也可以將壓載水排出舷外，能快速保持船舶平衡以及船體上升。4臺布置在4個舵槳區(qū)域，用于將壓載水打入壓載艙，另4臺布置在左右舵槳間通道，用于艙與艙之間的壓載水互駁及排舷外。

壓載水系統(tǒng)具有起浮平臺的能力，能夠在3個小時內(nèi)從吃水14.2m下降到風(fēng)暴吃水9.6m。期間，通過壓載泵排出4980噸壓載水，實(shí)現(xiàn)規(guī)范要求的起浮能力。

5.6 冷卻水系統(tǒng)

常規(guī)的機(jī)械冷卻水系統(tǒng)有兩種，分別是海水直接冷卻和海水冷卻淡水再由淡水冷卻設(shè)備。本船采用的是后一種冷卻方式，采用箱式冷卻器。與板式熱交換器或傳統(tǒng)的管殼式冷卻器相比，箱式冷卻器有下列優(yōu)點(diǎn)：沒有采用二級冷卻水管路，不需要冷卻水泵、濾器、閥件、管線等需要維修的部件；箱式冷卻器不易腐蝕和附著海生物。安裝簡便，可通過焊接安裝到海底門頂板上。不用維修，它的運(yùn)行成本比其它類型的冷卻系統(tǒng)低。

6 建造時主要注意事項(xiàng)

作為特殊用途的海洋工程平臺，設(shè)備價(jià)格昂貴，設(shè)備保護(hù)和調(diào)試技術(shù)要求高，本公司又是第一次建造，特別注意以下事項(xiàng)：

（1）加強(qiáng)前期生產(chǎn)策劃，實(shí)現(xiàn)紙面預(yù)造船。全船設(shè)計(jì)采用三維建模，生產(chǎn)部門參與設(shè)計(jì)三維模型評審，注重施工細(xì)則。

（2）重點(diǎn)工程、重點(diǎn)設(shè)備安裝調(diào)試專題攻關(guān)。對舵槳、DPS-3、甲板吊、伸縮跳板、箱式冷卻器等專題重點(diǎn)攻關(guān)，最大限度地減少在建造過程中出現(xiàn)問題才著手解決的被動局面。如采用舵槳在船體分段的安裝方法，工序前移，改善施工環(huán)境，減少船臺周期，提高生產(chǎn)效率；通過全站儀以同一基準(zhǔn)對艏艉四個舵槳進(jìn)行統(tǒng)一定位安裝，保證四個舵槳平行和對稱布置要求。

（3）雙體結(jié)構(gòu)建造使用高檔工裝。根據(jù)雙體結(jié)構(gòu)特殊需要，專門研制出高檔支撐架，使得跨左右舷分段在合攏時得到了有力支撐，還提供施工人員上下的安全通道和護(hù)欄，保障人員施工安全。

（4）薄板分段建造控制精度。通過使用鋼板矯平設(shè)備進(jìn)行矯正，以及改進(jìn)其焊接工藝、控制預(yù)裝及分段儲運(yùn)吊裝等，減少分段變形量與火工矯正量。

（5）建立可追溯文件包，對建造過程進(jìn)行記錄和存檔，將其提交給船級社備案和船東存檔跟船服務(wù)。

7 結(jié)束語

本平臺性能優(yōu)良，設(shè)計(jì)符合當(dāng)今海洋平臺發(fā)展要求，抗風(fēng)浪、多用途、節(jié)能環(huán)保、便利舒適，是深海開發(fā)所需要高附加值產(chǎn)品。2014年2月，在英國倫敦舉行的2014年度OSJ頒獎典禮上贏得“年度海工支持船”榮譽(yù)，并贏得業(yè)界的一致好評。經(jīng)過實(shí)船兩年多的營運(yùn)實(shí)踐，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求達(dá)到國際先進(jìn)水平，處在同行業(yè)領(lǐng)先水平。該平臺集居住、餐飲、娛樂、輸送、運(yùn)輸?shù)裙δ苡谝惑w，是綜合型的海上移動平臺，在激烈的海工裝備市場競爭中，具有明顯優(yōu)勢。該平臺的成功建造標(biāo)志著馬尾造船在設(shè)計(jì)和管理水平邁上新臺階，為后續(xù)承接高端新船的建造提供不可多得的寶貴經(jīng)驗(yàn)。