一型海上支持/維護船安裝深水多波束的可行性研究

殷憲峰

摘 要：本文就深水多波束探測系統在一型海上支持/維護船可能的安裝形式、安裝位置、改裝施工工程、對原船影響、需要采取的相關措施及加裝總成本等方面進行可行性分析，并提出安裝建議方案。

關鍵詞：試海上支持/維護船;深水多波束;導流罩

1基本情況

近年來受國際低迷油價對海工市場的沖擊影響，國際海工市場普遍存在船東撤單、改單以及“交付難”現象，交不出去的海工船與日俱增并不斷挑戰“庫存”高壓線。在國家有關部委倡議帶動下，把現有海工船通過主甲板面加裝調查設備、水下加裝聲學設備改造成具備科考能力的一型鉆探保障船，為“冰窟”中掙扎的海工船企探索出盤活資源、消化庫存、充分利用資源的新模式。探討在一艘85米海上支持/維護船（簡稱：原船）加裝深水多波束探測系統可行性為例，踐行改造成科考船的先河。

經對原船改造后，可作為保障船輔助大洋鉆探船開展各項保障作業;可作為調查船獨立開展海上科學考察;保留原船海工作業、物資運輸、應急救援等作業能力。所以該船現有的功能艙室及設備如月池、水泥罐、定位錨等均保留。原船體主甲板以下部分水密艙壁也基本保持不變。同時再通過增加科考設備及系統、提高吊機配置（從原船100噸提高到150噸）等來滿足支持保障、環境監測等需求。

2深水多波束探測系統基本組成與安裝要求

2.1系統基本組成

深水多波束探測系統通常由水上和水下兩部分組成。

水上部分由聲納主機機柜、聲納主機電源機柜，前放機柜、2個發射接線箱、服務器組件、3臺計算機、打印機、繪圖儀和幾個傳感器組成。水上部分可以增設聲學設備間或與主甲板實驗室進行設備及作業操作空間共用。

水下部分主要包括水下發射聲基陣（包含一個框架和若干個發射換能器模塊，每個發射換能器模塊引出一根電纜）、水下接收聲基陣（包含一個框架和若干個接收水聽器模塊，每個接收水聽器模塊引出一根電纜）和聲速計三部分組成。水下部分的布置及安裝方案應根據原船實際情況，做慎重考慮。

2.2系統基本安裝要求

（1）保持足夠的平直度和準確的相對角度：接收聲納陣垂直于船龍骨方向（即沿船寬方向）安裝，發射聲納陣平行于船龍骨方向（即沿船長方向）安裝。兩聲納陣互相垂直，盡量平分。兩聲納陣陣面要求位于同一水平面上，陣面緊鄰。

（2）避免氣泡振動或噪聲干擾：由于深水多波束探測系統為水下聲學設備，水下氣泡或船體振動、噪聲都可能對深水多波束探測系統的正常工作產生嚴重影響，因此，對于該系統的基本安裝環境要求是：盡量避免受到水下氣泡或船體振動、噪聲的干擾。

（3）自帶結構框架：水下發射聲基陣和水下接收聲基陣出廠時一般自帶結構框架，方便船底安裝和設備的自我保護。

（4）大致尺寸范圍：目前可提供國內外發射和接收角度為1度*1度的萬米深水多波束探測系統，接收聲納陣、發射聲納陣的尺寸大致有6m*6m，8m*8m等長度。如果發射角和接收角變小，則相對尺寸進一步加大;反之則尺寸變小。

3系統船底安裝形式基本分析

3.1基本安裝形式

深水多波束探測系統安裝一般采用船底安裝形式，基本為三種方案，如圖1-3所示：

一般情況下，從阻力角度看：內嵌式平底安裝，附體阻力沒有增加。導流罩式的凸出船底安裝，凸出高度從450mm到600mm不等（一般由多波束換能器陣的尺寸確定），在設計航速段增加的附體阻力一般在8%～15%之間，設計航速下降約0.3～0.5節不等。貢多拉吊艙式（GONDOLAS）安裝，吊艙體突出船底高度從1300mm到1600mm不等，在設計航速段增加的附體阻力一般在18%～25%之間，設計航速下降約0.5～1.0節不等。所以，從阻力角度首選內嵌式平船底安裝。

從多波束探測效果看，一般設備商首推貢多拉吊艙式（GONDOLAS）安裝方案，該方案對多波束探測效果最好。而從船模試驗數據和實際裝船統計結果看，導流罩式的凸出船底安裝形式，同樣可以取得良好的多波束探測效果。關鍵在于，船廠安裝的質量和對于安裝方式的設計把控。

一般設備商會對其多波束產品的安裝環境提出具體要求，在施工允許的條件下，應尊重設備商的意見。

3.2原船多波束的限制條件

由于被改造原船系為海工船型，船首較寬大，航行期間易產生興波干擾，而興波產生的氣泡易下滑至多波束安裝區域的船底。

另外船首的2套首側推裝置和1套升縮式全回轉推進器工作時，也易產生氣泡下滑至多波束安裝區域的船底。但伸縮式全回轉推進器的工作時段可以避開多波束的運行，影響較小。

其次，從原船發電機組底座前艙壁到船首升縮式全回轉推進器之間，僅有的一段機械振動干擾較小的船底區域為14檔肋位，從94#～108#肋位如選擇更長的肋位間距段安裝，則應充分考慮、評估機械振動的影響因素，先做現場振動和噪聲值的實測。

以上因素，對于多波束規格的選擇和安裝將產生一定的限制。而且一旦船底結構施工處理不當，則多波束的使用效果將受到影響。因此，在確定安裝方案之前，強調應對船底的噪聲、振動情況作出實測評估。在此基礎上，再做出較合理的安裝方案。

3.3安裝施工方案比較

內嵌式平底安裝方案，船體開孔尺寸較大，結構加強難度大，施工質量要求高;導流罩式的凸出船底安裝，結構加強相對容易，施工簡便，對船體破壞較小;貢多拉吊艙式（GONDOLAS）安裝，結構復雜，體積和阻力大，吃水增加較大。

就改造船而言，綜合考慮安裝和施工因素，應選擇導流罩式的凸出船底安裝和貢多拉吊艙式（GONDOLAS）安裝方式，當然導流罩凸出船底安裝方式是首選。

3.4理論分析與船模試驗

基于設計院已有較多科考船及其各類多波束和其它聲學設備的設計安裝經歷，也對氣泡的形成原理及其水下走向做過較多的船模試驗，了解氣泡沿船體運動的基本性狀。因此，對于解決多波束避免氣泡干擾問題有自己的獨特理解，并針對性地形成一些設計專利。這些分析、試驗和專利結果，已經應用到近期即將交付使用的“蛟龍”號載人潛水器支持母船“深海一號”船首的形式中。

從船模試驗結果看，支持我們對導流罩凸出船底安裝方式的判斷：有效的設計形式可以避免船底氣泡對多波束的干擾。

3.5實船安裝案例

“探索一號”原船也是一艘近海海工船，而且推進方式和發電機組安裝位置與本船相似。經當時分析論證了四種安裝形式（包括在船首安裝的考慮），最終選擇的也是導流罩凸出船底安裝形式。近期交付使用的“大洋號”綜合科學考察船，多波束探測系統采用了導流罩凸出船底安裝形式。前幾年加裝多波束的“海洋四號”船，采用了導流罩凸出船底安裝形式。

從近幾年的實船使用結果表明，其安裝的深水多波束探測系統運行穩定，可以滿足其執行各類海洋科學考察時，對地形探測的使用要求。

4多波束安裝有關建議

4.1導流罩安裝方式

綜上分析，導流罩凸出船底安裝方式已可以較好地解決船底結構強度和氣泡干擾問題。所以，建議鉆探保障船深水多波束探測系統，首選導流罩凸出船底安裝形式。如果設備商對安裝環境提出明確使用要求，則在施工允許的條件下，應充分尊重設備商的意見。

4.2安裝工程內容

水下部件的安裝以及相應結構的加裝、船體開孔、局部加強、涂裝施工等工作，整個工作應在船塢內進行。多波束尺寸及其安裝位置，最好選擇在原船船首1/3范圍（94#～108#肋位）內船底。如果考慮選擇多波束發射聲納陣（即沿船長方向）的尺寸較大，則原船測深計程儀艙（在船首93#～94#肋位范圍內）的位置需要后移一至二檔肋位?；蛘?，將測深計程儀艙移動到側面位置。

一般而言，更長的多波束接收聲納陣的尺寸則會伸展到發電機組下方。如果安裝，應先實測、評估振動噪聲的情況。便于做出合理的多波束安裝方案選擇。

深水多波束探測系統水上系統安裝。主要包括放置聲納主機各機柜專用艙室的改造、其它甲板部件安裝以及電纜的走線等工作。建議在中間甲板增設一間聲學設備間。

4.3對安裝環境的評估

建議對作業航速下安裝位置的振動與環境輻射噪聲進行測量評估。

測量評估方法：測評人員隨船出航，主機和發電機組啟動后，現場實測振動值和噪聲值，提交評估報告。如有必要，則應考慮對原船船體或設備基座采取一定減震降噪措施，提出建議加強的具體措施方案。

評估工作可委托有測量評估能力的單位進行。也可以提請多波束設備供應商提出判斷。

4.4其它考慮

安裝深水多波束探測系統的施工階段選擇，可以與鉆探保障船近期的改造工程同步進行;也可以在統籌考慮的基礎上做出安裝預留。

由于原船兩套首側推的開口直徑較大，且位置偏低。鉆探保障船在多波束作業航行階段，首側推開口附近可能產生部分氣泡下泄，影響多波束探測作業。因此，可以在船舶運行一段時間后，對首側推開口的影響程度和是否加裝首側推封蓋作出判斷。

改造完成后如果船首產生較多氣泡，還可以通過在船首加裝經濟、簡易型非水密斧型首，以達到減阻和消泡的性能目的。

5多波束安裝成本估算

多波束安裝費用因船廠工藝、成本的不同而有所不同。一般嵌入式安裝施工費用比凸出式安裝費用高約40%至50%。

首側推孔加封蓋約180萬/1套，2套共計360萬。

如涉及對原船船體或設備基座采取一定減震降噪措施，則費用另算。

6結論

（1）鉆探保障船加裝多波束系統，建議安裝方式首選導流罩形式安裝，次選貢多拉吊艙式（GONDOLAS）安裝。如果多波束設備商有明確的要求，以設備商的要求為準。

（2）加裝多波束探測系統后，全船總體性能和結構強度仍可滿足船級社規范要求;布置空間可以滿足其設備安裝及測量作業的使用需求。

（3）由于多波束系統作業對背景噪聲及外部振動干擾等要求較高，尚需對本船現有主機在作業航速下多波束水下系統所處船體外板附近及關聯區域做振動噪聲測量評估，在獲取有關數據及評估報告后對方案進行細化及完善。

（4）凸出式安裝船體施工費用以船廠的報價為準;首側推孔加封蓋2套共計360萬。

參考文獻：

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