廉靜靜 楊 曉

半潛船及其在海洋工程中的應用*

廉靜靜 楊 曉

半潛船作為運輸大型海洋結構物的特種工程船舶，解決了運輸大型海洋結構物的難題。詳細介紹半潛船的工作原理、發(fā)展歷史和國內外擁有半潛船的現狀，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)方式及其在海上運輸方面具有巨大的裝貨甲板和精準的動力定位系統(tǒng)等獨特優(yōu)勢，論述半潛船在海洋工程中的應用，并對半潛船未來發(fā)展前景進行分析。

半潛船；大型海洋結構物；運輸方式

近幾年來，隨著全球經濟的發(fā)展，世界石油巨頭向海洋石油、天然氣領域投入大量的資金，海上石油勘探開發(fā)活動數量迅速增加，由此催生了對大型海洋結構物的巨大需求，而這些大型海洋結構物具有超大、超重、形狀不規(guī)則等特點，超出了普通集裝箱船以及散貨船的結構和技術規(guī)范，迫切需要一種能夠運輸大型海洋結構物的特種工程船，半潛船的出現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]作為一種特種運輸船舶，它可以通過調整壓載水的水量，使裝貨甲板潛入水中并到達一定深度，以便將所要承運的大型海洋結構物從指定的位置移到半潛船的裝貨甲板上，然后將貨物運送到目的地，所以在半潛船的船體內有許多壓載水艙，可以方便快捷地調節(jié)壓載水，圖1為半潛船的外形。

圖1 半潛船

2. 半潛船發(fā)展歷史及現狀

早期，人們均采用在海水中直接拖航的方式實現對海洋平臺、疏浚設備等重大件貨物的遠程運輸即“濕拖”，這種方式運輸周期長，易發(fā)生貨物的海損。為了克服重大件貨物“濕拖”的缺點，人們對重大件貨物的運輸方式作出了革新，變“濕拖”為“干拖”，建造了用于裝載重大件貨物的半潛駁船，但當時的半潛駁船沒有動力設備，還不具備自航的能力，只能借助拖輪拖帶的方式完成運輸。當時典型的半潛駁船有日本住友重工于1976年為荷蘭Wijsmuller航運公司建造的“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用為半潛船的出現打下了良好的基礎，事實上也成為現代半潛船的前身。

1979年6月，日本住友重工為荷蘭Wijsmuller航運公司建造的“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），設有2臺艏側推器，每臺功率500馬力。這標志著自航式半潛船即現代半潛船的正式誕生。之后，Wijsmuller航運公司陸續(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，進一步擴大了DOCKWISE公司半潛船的數量。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，其半潛船的相關參數如表1所示，該公司下的“Albatross”號半潛船[3]如圖2所示，但是從船舶數量來看，DOCKWISE經營著23條半潛船，占據全球半潛船隊50%的份額，在半潛船市場中占據著舉足輕重的地位，表2為DOCKWISE公司擁有的半潛船及其相關參數。

表1 OHT公司擁有的半潛船及其船舶參數

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

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，由上海船舶研究設計院和DELTA MARINE公司承擔施工設計的。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的SSP電力推進系統(tǒng)，360度全回轉螺旋槳；采用DP動力定位系統(tǒng)，電腦與導航定位衛(wèi)星配合，在海上停泊,保持船位不變時也不用拋錨，只要在電腦中設定好停船點的經緯度，就會牢牢地停在這一點上，可以達到厘米級的定位精度。2003年8月28日，廣州遠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營后，使得我國在特大型貨物運輸能力方面躍居世界第二位。[3]我國擁有半潛船的運營商主要有中遠航運、振華重工、中交航運以及廣州打撈局等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。

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

續(xù)表

二、半潛船的作業(yè)方式及其獨特優(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構物從碼頭滾裝/滾卸。這種方式的優(yōu)點是安全性很高，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，此時需要考慮潮汐對滾裝/滾卸作業(yè)過程的影響，當滾裝/滾卸作業(yè)過程半潛船的最小干舷高度大于高潮時碼頭的干舷高度，半潛船空船的干舷高度小于低潮時碼頭的干舷高度時，才能夠進行滾裝/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。同時需要不斷調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（側滾）作業(yè)現場圖。

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備將漂浮貨物移至船舶甲板上方準確位置，待半潛船排水上浮至甲板與貨物接觸，然后再實施綁扎，卸貨方式與裝貨方式是逆向操作即可。潛裝/潛卸作業(yè)前，必須要根據下潛起浮地點的水深、當時潮汐及本船的吃水，認真核算并自定壓載水調整計劃。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，當半潛船下潛到預定的深度，貨物由拖輪拖至離船舶50米左右時，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定地點，由預先裝好的定位樁判定是否到位。潛卸也需要進行同樣的操作，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備對重大件貨物進行裝卸，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，到達預定的位置后進行貨物的綁扎系固，整個作業(yè)過程中需要不斷調整半潛船的壓載水以保持船舶的穩(wěn)性。

5. 半潛船海上運輸的獨特優(yōu)勢

半潛船作為一種新型特種船舶，相較其他船而言，在海上貨物運輸方面有著得天獨厚的優(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、貨倉及裝卸設備，整個甲板就是巨大的“貨倉”，即裝貨甲板，半潛船的這種構造使得它具備了運輸其他傳統(tǒng)船舶不能裝運的貨物的能力，特別是運輸那些超高、超寬、超重的單件特種貨物。

②獨特的裝卸貨作業(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/吊卸實現。半潛船強大的壓載水調整系統(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，能很好地實現對特種貨物的裝卸。

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)，電腦與導航定位衛(wèi)星配合，在海上停泊保持船位不變時也不用拋錨，只要在電腦中設定好停船點的經緯度，就會牢牢地停在這一點上，定位誤差可以達到厘米級的精度。例如“康盛口”采用了DP-2動力定位系統(tǒng)。[6]

④先進靈活的動力設備：傳統(tǒng)的船舶采用低速柴油機（主機）作為其動力推進設備，而新型半潛船則配備了更為先進的動力設備。例如“康盛口”采用了電力推進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減速甚至停車，在狹窄水域可以原地打轉。[6]

⑤雙船聯合作業(yè)：對于某些超大型貨物，單個半潛船可能無法完成作業(yè)任務，但兩艘半潛船可并排搭載，通過動力定位系統(tǒng)（DP），可以實現步調一致，聯合作業(yè)。[7]

三、半潛船在海洋工程中的應用

1. 海洋平臺的載運

經濟的發(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)的重點也放到了廣闊的大海上，海上能源的開發(fā)和利用技術也日新月異。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、浮動式海上生產設施、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，都需要進行運輸作業(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，不便進行遠距離運輸。半潛船運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輸任務。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. 港口門機的載運

隨著世界經濟的發(fā)展，各個國家不斷加大對港口的建設，港口門機的運輸量不斷加大，特別是隨著大型和超大型集裝箱船數量的不斷增加，配套港口門機臂長達60米左右。目前門機的運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，攬貨有其局限性，并且運輸門機的尺寸受到限制。而半潛船同樣可以運輸此類甚至更大的門機，尺度幾乎不受限制，因而也是良好的港口門機運載工具。[7]

3. 挖泥船的遠程調遣

隨著航運事業(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河及沿海港口航道的疏浚任務，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遣必須通過船舶載運而不能通過自航實現。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、快捷地將挖泥船運送至目的地，提高挖泥船的利用率及其經濟效益。[7]

4. 軍用設施的載運

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

5. 管道及電纜的鋪設

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

隨著全球經濟的不斷發(fā)展，對能源的需求量會越來越大，海洋平臺數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，對特種貨物的運輸需求也將大幅度增加，而目前全球能夠運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，遠遠不能滿足海洋平臺的運載要求，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,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].船舶設計通信,2001(1-2):4-7.

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

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

10.16176/j.cnki.21-1284.2016.12.002

廉靜靜（1983—），女，大連海事大學航海學院，實驗師，博士

863計劃資助項目(2015AA016404)；中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金資助（3132015005&3132016010）；大連海事大學教學改革項目（2016Y07）

楊曉（1983—），男，大連海事大學航海學院，講師