江西省航道工作用艇船型標準化系列化研究

廖慧清

(江西省高等級航道事務中心,江西 南昌 330038)

0 引言

2006年交通運輸部發布的《全國內河船型標準化發展綱要》確定了到2010年和2020年我國內河船舶實現標準化和系列化的發展目標,船舶標準化已成為船舶技術的重要發展趨勢。

江西省內河航道發展條件優越,全省擁有通航河流或航線101條,航道通航里程5 716 km,位居全國第8位。作為交通強國建設試點省份,江西省交通運輸廳制定印發了《“三大攻堅行動、三大提升工程”落實細則》和《加快水運改革發展實施意見》,結合江西水運發展實際,提出了江西發展智能航運的總體戰略定位,發展目標包含五大核心要素的發展方向和實施路徑。根據《推進贛鄱黃金水道智能航運高質量發展試點工作方案》《贛鄱黃金水道智能航運高質量發展試點工作實施方案》《江西智能航運發展五年行動計劃》,研究確定了一批試點示范項目。為適應江西贛江、信江三級航道全線貫通面臨的新形勢、新要求,進一步提升高等級航道管養水平,并更好地完成《江西省水運改革發展工作要點》任務和要求,加速推進水運裝備設備標準化、現代化,有必要開展江西省航道工作用艇船型的標準化、系統化研究,形成適用于江西航道工作特點的功能型船型設計成果,為航道養護精細化管理打下堅實船艇裝備基礎。

因此,本文基于江西省航道工作艇現狀,對江西航道主要船型進行標準化、系列化技術研究,為實現交通公務船艇智能化、標準化提供船艇建設方案。

1 航道工作用艇標準化建設現狀分析

江西省航道船艇的配備一般由所在單位主管部門根據需求結合當地經濟發展水平設計和建造,因此船型不一,缺乏指導性的建造統一標準。此外,江西省航道工作船艇老化,普遍船齡偏大,嚴重制約了航道日常維護工作的順利開展。尤其是航道管養的主力船型,原有船型較小,起吊能力差;航道快艇是汽油舷外機,水上加油不方便,存在嚴重安全隱患,已經不能適應高等級航道的日常管理、航標維護的新要求。隨著航道等級的提升,航標設施的大小和重量將面臨較大提升,目前的許多航標艇不適合高等級航道航標維護精細化管理工作要求。

近年來,擁有內河通航水系的省份紛紛投入巨資整治和提升航道等級,提高內河水運在交通運輸領域的份額[1]?，F階段,江西省在內河船型標準化推進工作方面雖取得了一定的成果,但是仍存在以下幾個方面的不足:

(1)過去對發展內河水運的重視程度不高,資金投入不足,造成內河水運發展嚴重滯后,而內河航道和港口基礎設施相對薄弱,這也嚴重制約了全省內河船舶標準化發展。

(2)航道工作船艇建造年限參差不齊,船舶類型多樣,功能定位不明確,給船舶的維護保養和人員培訓帶來很大的不便。

(3)目前內河高等級航道少,船舶標準化程度低,船型與航道、船閘的協調性相對較弱,特別是隨著江西省公路交通大發展的趨勢,跨河橋梁日益增多,船型與跨河橋梁的協調急待加強。

做好各類型航道維護船艇的供應保障工作,是實現全省航道的綠色發展、低碳交通、保航暢通的重要基礎。因此,根據目前江西省內河航道現狀,結合江西省內河航道建設標準,發展高等級航道,對航道工作用艇的主要船型開展江西航道工作用艇標準化系列化技術研究已是當務之急。

2 內河航道工作用艇研究內容

江西省內河船型標準化需要結合全省現有航道通航能力、本地港口實際情況進行綜合研究,制訂符合全省航道的船型主尺度系列標準,最大限度地提高內河航道的通航能力。但船型標準化涉及面廣、情況復雜,不僅是技術上的問題,更是管理上的問題,要從標準船型研發、新建非標準船型的限制、落后船型淘汰等方面統籌推進。本文結合江西省內河航道建設標準,從江西省內河航道日常管養出發,分別對航道巡查船、航標工作船、航道測量船、航道工作躉船和船閘工作船5種主要船型進行標準化、系列化研究,見表1。根據江西省航道工作用艇需求,從總體布置、船舶尺度、線型設計、結構設計、設備比對對江西省航道工作用艇進行標準化研究,提出滿足實際需求的標準化、系列化船型。

表1 內河航道工作用艇分類、用途及特點

3 內河航道工作用艇研究技術路線

內河航道工作用艇研究技術路線見圖1。

圖1 研究技術路線

3.1 船型分類及配置

3.1.1 調查研究和搜集資料

深入調查研究,全面收集資料,是做好新船型研發的基礎。通過對省內外兄弟單位航道管理、養護船艇的調研工作,同時搜集了解國內外航道管理、養護船艇研究的新進展、新成果,為新船型的研究提供詳實的基礎數據資料。

3.1.2 新型船標準化設計研究

標準化新船型的研究是一項復雜的系統工程,需要通過綜合研究。新型船設計主要從總體、結構、輪機、電氣、經濟技術5個部分開展研發工作,運用先進的專業研發技術手段,實現船型參數、線型、總體布置、結構、操縱性能、自動化控制、先進性和經濟性等方面的綜合優化。

針對江西省航道船舶的現狀及未來船型發展趨勢,采用船舶數學化建模,通過數值分析比對得出航道最佳船型,并以航道客觀條件綜合分析航道狀況及航行船舶特點,研發適應高等級航道的船型標準化尺度。

3.2 船舶力學性能分析及新材料應用

根據船艇的總體布置,通過MAXSURF軟件進行船體建模、穩性分析、運動和阻力預測、結構建模、結構分析等。通過參數化的三維模型運行,系統控制船舶的船體形狀,確保獲得平整的、優化的船體外形和優化的受力結構,獲得符合江西航道現實情況的理想船型[2]。研究帶筋板、減震降噪材料、綠色環保內裝材料和輔料在標準化船舶上的應用,結合有限元力學建模對船體結構受力進行系統分析,從而使標準航道船艇在綠色環保性、輕量化、新材料應用和節能等方面有較大改善[3-4]。

3.3 船舶機電設備優化與集成設計

對船舶機電設備進行模擬仿真對比實驗,對設備性能進行比對,從而優選出符合標準化性能的機電設備[5]。同時運用現有的計算機通信技術,實現船舶安全控制。信息技術在船舶管理中的應用,在監控技術和監管方式上加強對船舶的管理,實現船舶成本控制與優化運作。

3.4 航道工作用艇智能監管系統研發

研發的航道工作用艇智能監管系統主要功能如下:通過AIS實時查詢船舶的航行情況、停泊位置及航行軌跡;通過視頻監控實時查詢航道工作船內部及周邊環境情況;通過AIS、測深儀,對規劃的航道線路進行水深測量;通過油箱電子油位計掌握燃油消耗情況;通過對主機轉速監控掌握船舶實時運行情況。最后利用4G/5G技術,通過內網將數據實時傳輸到航道運行管理系統平臺,實現船岸數據同步[6]的目標。

4 航道工作用艇研究成果

4.1 研究成果

(1)確定適用于江西航道工作特點的5種典型功能型船型(航道巡查工作艇、航標維護工作船、航道測量船、航道工作躉船及船閘工作用艇)。

(2)形成5種典型船的總布置圖、主要結構圖、型線圖,并繪制外部標識、效果圖。

(3)確定5種典型船具有良好綜合技術性能的機電設備配置。

4.2 成果形式

(1)完成《江西省航道工作用艇船型標準化系列化研究》研究報告。

通過對江西航道工作用艇的功能性調研和分析,經多方案對比提出航道巡查艇、航標工作船、航道測量船、航道工作躉船和船閘工作船5種船型的總體配置,根據航道工作用艇配置設計一系列工作用艇,并通過三維效果圖等方法模擬實船布置效果。結合有限元力學建模對船體結構受力進行分析,實現標準航道船艇在環保節能、船舶輕量化方面的較大提高。研究了船舶機電設備優化設計和船舶智能監管系統,運用計算機信息技術提升船舶監管水平,實現船舶成本控制與優化運作。

(2)編制“江西省內河航道工作用艇船型標準化建設指南”。

該指南主要內容包括內河航道工作用艇建設要求及標準、內河航道工作用艇編制依據及適用范圍、內河航道工作用艇著色及命名規則、內河航道徽標設計、內河航道工作用艇標準化圖冊等5個方面,提出了基層航道部門一艘躉船、一艘航道巡查艇、一艘航標工作船的配布原則,對船舶著色、船舶命名、船籍港命名和標識進行了規范,詳細列出了標準化5種船型的參數、圖紙。目前標準化的5種船型實船進行了建造并已投入使用,實現了船體結構和外形的最優設計,符合實際航道的使用需求,最大限度地提高了船體的性能,為同系列船型提供參考,同時降低了船艇的建造成本。

5 結語

隨著航道工作船艇船型標準化工作的推進,船舶節能設備和節能新技術的大量使用,船舶能耗明顯降低,節能降耗效果愈發明顯。江西省航道精細化管理工作效率顯著提高,無論是航道的定期巡查,還是應對水上突發狀況、維護航標等,工作效能將明顯提升。航道工作用艇船型標準化、系列化研究完成以后,可以避免同類船艇新建重復設計,從而顯著縮短我省航道管養工作用艇建造周期,大量減少后期同類型船舶設計費用,而且標準化工作用艇的使用,可明顯提高使用船艇日常維護周期、提高駕駛船員培訓效率,降低水域環境污染,提升江西省航道管理整體形象,順應國家內河船舶標準化的發展趨勢。