浅析30米级航标船加长改造对结构安全及总体性能的提升
摘要：长期以来对海上灯浮标巡检、维护的主要工具是小型航标船，其中航标夹持船发挥的作用越来越大。但是，在夹持船的日常使用过程中，我们发现夹持船存在船员居住条件狭小、作业时船舶倾斜过大等弊端。本文通过对船舶结构、船舶稳性的详细介绍，分析问题存在的原因，提出相应的解决对策，可有效提升船舶总体性能和安全指标。
关键词： 航标夹持船 加长改造方案 性能变化 稳性分析
0引言
近年来我国航标作业船不断改进完善，电磁吸盘船、航标夹持船的投入使用，改变了航标工人传统的不安全跳标登标作业方式，降低了航标维护管理危险程度，提高了巡检、作业效率，使得航海保障能力大幅度提升。但现有29米级航标夹持船由于设计结构的限制，使得船员居住条件有限，并存在一定的安全隐患。而且，夹持船在使用液压摇臂吊车进行吊装作业时，由于船舶单侧受力过大，使得船舶横倾情况严重，导致船舶安全得不到有效保障，不但影响船舶人员安全，而且直接影响航标的维护工作。通过对船舶结构的改造对于有效改善船员居住条件和船舶稳性有着一定的实际意义。
1.船舶概况
1.1 航标夹持船
现用29米级航标夹持船属于小型航标船系列。主要承担航标的日常巡检、维护、保养、浮标拖带、拖复位等工作；担负有关航标的补给工作及建筑、维修用物料的运输工作；负责辖区航标应急恢复工作。
1.2船舶主要参数
总长：28.980m
垂线间长：27.225m
设计水线长：28.100m
型宽：6.200m
型深：2.800m
吃水：1.800m
上甲板层高：2.200m
驾驶甲板层高：2.150m
船员定额：8P
可伸缩吊臂液压吊车：2.0t—5.0m+2.0m
排水体积：171.86m3
梁拱：0.120m
肋距：0.55m
1.3总布置
该型船为钢制单甲板结构，具有一层连续主甲板、驾驶甲板。舱内有艏尖舱、储物舱、淡水舱（2个）、船员舱、压载水舱（4个）、机舱、舵机舱、燃油舱（2个）、帆缆舱、生活污水消毒柜舱、污油舱、污油水舱；上甲板有会议室、厨房、厕所、洗衣间、蓄电池间、电工间。
改造前总布置简图如图1-1：
2存在问题和改造方案
2.1存在问题
船舶稳性方面：在航标作业中发现，该轮在可伸缩吊臂液压吊车起重过程中，船体倾斜较严重，船舶稳性较差。如：在吊车2t/5m（10%油水食品）工况下，横倾角可达4.494度。
生活空间方面：该船受设计结构限制，生活区拥挤，居住条件较差。由总布置图也可看出，全船8名船员，包括船长、轮机长，均居住在主甲板以下的船员舱，该舱空间狭小，处于舱底，这给船员生活及船长的工作带来很大不便。
2.2改造方案
2.2.1 基本原理
改造方案以确保船舶结构和性能安全为基本原则，提出改造依据的基本原理如下：
由船舶静力学知，船舶横倾时的复原力矩为：
式中， ——排水量，GM——初稳性高， ——横倾角。
由上式可知，横倾角与船舶排水量和初稳性高成反比，要使横倾角减小，可采取以下措施：（1）增大排水量；（2）增大初稳性高GM，也即降低船舶重心G；（3）二者同时增大。
现采取（3）措施，用增加压载的办法，降低船舶重心高度，提高船舶初稳性，有效减小横倾角。
2.2.2 改造方案
（1）加载推算
取作业2t/5m（10%油水食品）工况进行分析。已知数据如下：
现对船舶加压载，在原有固体压载9.5t的基础上，继续增加压载重量，计算相应的横倾情况，结果如下表：
由上表可以看出，随着压载重量不断增大，横倾角逐渐减小，当压载为11.5t时，横倾角为3.41度，当压载为27.5t时，横倾角为2.37度，比原来的4.494度减少了2.124度，横倾得到了一定改善。然而，单一的增加船舶固体压载后，船舶吃水增加，排水量变大，使得该船在相同吃水的情况下，有效载重量减少，且原有空间狭小问题未得到解决。
（2）解决方案
若使载重不变，必须在保证吃水的同时增大船舶的排水量，那么，对船舶加载的方式应由“单一增加固体压载数量”调整为“加长船体+增加固体压载”。具体解决方案如下：
① 在FR28+150mm位置（该位置属于平行舯体，线型变化较小）将船体、一层房间切割成两段，在两端之间增加三个肋位的长度，及3*0.55=1.65m。
② 烟囱与机舱天窗互换位置。
③ 机舱风机分别向两舷边移动。
④ 驾驶室整体向船艏移动，在其后空出的位置增加一个房间，内可放置两张床，供2人或4人（上下铺）居住。
3性能评价与提高
通过上述解决方案的实施与改造，在结构上增大了住舱空间，使得一层会议室变大，且驾驶甲板上多出一个房间，有效解决了船员居住空间狭小的问题，而且给船长的工作带来很大方便；另外，采取“加长船体+增加固体压载”相结合的解决方案，有效克服了单一采取增加船舶固体压载后，船舶吃水增加，排水量变大，但有效载重量减少的弊端，使得船舶重心降低、船舶初稳性提高，有效减小横倾角。
3.1船体结构改进
改造后，船体加长，船舶主参数变化如下：
总长：30.630m
垂线间长：28.875m
设计水线长：29.750m
排水量：186.77m3
改造后效果简图如图3-1：
3.2稳性性能提高
船体加长后，2t/5m（10%油水食品）工况（未加固体压载）下的船舶稳性见图3-2：
船体加长后，2t/5m（10%油水食品）工况（加固体压载）下的船舶稳性见图3-3：
4结束语
本文对夹持船现有的两个主要问题：稳性和船员居住条件情况进行了分析，并提出了两种改进方案。方案一通过加压载来调节船舶横倾，从而实现稳性的改善，经过分析，得出结论，加压载可以减小横倾，但由此带来有效载重量减少的问题；方案二通过加长船体，使船员居住空间变大，从而使船员居住条件得到改善，同时，因增大了船舶体积，使船舶排水量增加，解决了方案一中因加压载对船舶排水量的要求。
关键词： 航标夹持船 加长改造方案 性能变化 稳性分析
0引言
近年来我国航标作业船不断改进完善，电磁吸盘船、航标夹持船的投入使用，改变了航标工人传统的不安全跳标登标作业方式，降低了航标维护管理危险程度，提高了巡检、作业效率，使得航海保障能力大幅度提升。但现有29米级航标夹持船由于设计结构的限制，使得船员居住条件有限，并存在一定的安全隐患。而且，夹持船在使用液压摇臂吊车进行吊装作业时，由于船舶单侧受力过大，使得船舶横倾情况严重，导致船舶安全得不到有效保障，不但影响船舶人员安全，而且直接影响航标的维护工作。通过对船舶结构的改造对于有效改善船员居住条件和船舶稳性有着一定的实际意义。
1.船舶概况
1.1 航标夹持船
现用29米级航标夹持船属于小型航标船系列。主要承担航标的日常巡检、维护、保养、浮标拖带、拖复位等工作；担负有关航标的补给工作及建筑、维修用物料的运输工作；负责辖区航标应急恢复工作。
1.2船舶主要参数
总长：28.980m
垂线间长：27.225m
设计水线长：28.100m
型宽：6.200m
型深：2.800m
吃水：1.800m
上甲板层高：2.200m
驾驶甲板层高：2.150m
船员定额：8P
可伸缩吊臂液压吊车：2.0t—5.0m+2.0m
排水体积：171.86m3
梁拱：0.120m
肋距：0.55m
1.3总布置
该型船为钢制单甲板结构，具有一层连续主甲板、驾驶甲板。舱内有艏尖舱、储物舱、淡水舱（2个）、船员舱、压载水舱（4个）、机舱、舵机舱、燃油舱（2个）、帆缆舱、生活污水消毒柜舱、污油舱、污油水舱；上甲板有会议室、厨房、厕所、洗衣间、蓄电池间、电工间。
改造前总布置简图如图1-1：
2存在问题和改造方案
2.1存在问题
船舶稳性方面：在航标作业中发现，该轮在可伸缩吊臂液压吊车起重过程中，船体倾斜较严重，船舶稳性较差。如：在吊车2t/5m（10%油水食品）工况下，横倾角可达4.494度。
生活空间方面：该船受设计结构限制，生活区拥挤，居住条件较差。由总布置图也可看出，全船8名船员，包括船长、轮机长，均居住在主甲板以下的船员舱，该舱空间狭小，处于舱底，这给船员生活及船长的工作带来很大不便。
2.2改造方案
2.2.1 基本原理
改造方案以确保船舶结构和性能安全为基本原则，提出改造依据的基本原理如下：
由船舶静力学知，船舶横倾时的复原力矩为：
式中， ——排水量，GM——初稳性高， ——横倾角。
由上式可知，横倾角与船舶排水量和初稳性高成反比，要使横倾角减小，可采取以下措施：（1）增大排水量；（2）增大初稳性高GM，也即降低船舶重心G；（3）二者同时增大。
现采取（3）措施，用增加压载的办法，降低船舶重心高度，提高船舶初稳性，有效减小横倾角。
2.2.2 改造方案
（1）加载推算
取作业2t/5m（10%油水食品）工况进行分析。已知数据如下：
现对船舶加压载，在原有固体压载9.5t的基础上，继续增加压载重量，计算相应的横倾情况，结果如下表：
由上表可以看出，随着压载重量不断增大，横倾角逐渐减小，当压载为11.5t时，横倾角为3.41度，当压载为27.5t时，横倾角为2.37度，比原来的4.494度减少了2.124度，横倾得到了一定改善。然而，单一的增加船舶固体压载后，船舶吃水增加，排水量变大，使得该船在相同吃水的情况下，有效载重量减少，且原有空间狭小问题未得到解决。
（2）解决方案
若使载重不变，必须在保证吃水的同时增大船舶的排水量，那么，对船舶加载的方式应由“单一增加固体压载数量”调整为“加长船体+增加固体压载”。具体解决方案如下：
① 在FR28+150mm位置（该位置属于平行舯体，线型变化较小）将船体、一层房间切割成两段，在两端之间增加三个肋位的长度，及3*0.55=1.65m。
② 烟囱与机舱天窗互换位置。
③ 机舱风机分别向两舷边移动。
④ 驾驶室整体向船艏移动，在其后空出的位置增加一个房间，内可放置两张床，供2人或4人（上下铺）居住。
3性能评价与提高
通过上述解决方案的实施与改造，在结构上增大了住舱空间，使得一层会议室变大，且驾驶甲板上多出一个房间，有效解决了船员居住空间狭小的问题，而且给船长的工作带来很大方便；另外，采取“加长船体+增加固体压载”相结合的解决方案，有效克服了单一采取增加船舶固体压载后，船舶吃水增加，排水量变大，但有效载重量减少的弊端，使得船舶重心降低、船舶初稳性提高，有效减小横倾角。
3.1船体结构改进
改造后，船体加长，船舶主参数变化如下：
总长：30.630m
垂线间长：28.875m
设计水线长：29.750m
排水量：186.77m3
改造后效果简图如图3-1：
3.2稳性性能提高
船体加长后，2t/5m（10%油水食品）工况（未加固体压载）下的船舶稳性见图3-2：
船体加长后，2t/5m（10%油水食品）工况（加固体压载）下的船舶稳性见图3-3：
4结束语
本文对夹持船现有的两个主要问题：稳性和船员居住条件情况进行了分析，并提出了两种改进方案。方案一通过加压载来调节船舶横倾，从而实现稳性的改善，经过分析，得出结论，加压载可以减小横倾，但由此带来有效载重量减少的问题；方案二通过加长船体，使船员居住空间变大，从而使船员居住条件得到改善，同时，因增大了船舶体积，使船舶排水量增加，解决了方案一中因加压载对船舶排水量的要求。
