浅谈中型航标船功能需求与发展趋势
摘要：通过总结中型航标船舶的使用经验，梳理中型航标船舶的作业流程，分析中型航标船舶的工作职能，研究先进航标船舶的设计理念，参考现有成熟可靠的设备技术，研究新型中型航标船的功能需求，展望新型中型航标船的发展趋势。
关键字：中型航标船 功能需求 智能作业
0前言
航标是帮助船舶安全、经济和便利航行而设置的视觉、音响和无线电助航设施。中型航标船主要用于航标布设、起吊、巡检等的专业性船舶，同时也是机动的海上救助力量，可兼顾溢油应急、人命救助、沉船扫测等应急反应任务，航标作业船舶设计建造的水平高低，直接影响海事航海保障部门代表中国政府行使中国沿海航标管理职能，代表沿岸国政府承担履行国际公约的义务，为海上活动和保障船舶航行安全提供海上助航服务。
根据《海事船舶配备管理规定》，大型航标船按照海区配备，每海区1-2艘；中型航标船按航标处配备，每航标处1艘，小型航标船按航标数量配备到航标管理站。根据功能定位，未来中型航标船将是航标作业的主力船型。
1中型航标船的现状分析
1.1 中型航标船现状
国内现役中型航标船共计12艘，其中800吨中标船10艘，均建造于上世纪九十年代，主要特点是船龄偏大，设备老旧，基本都接近或超过海事船舶规定的最低服役年限25年。1200吨级中型航标船，国内现役2艘，2010年左右建造，配备于宁波航标处与福州航标处，该型船为钢质、单甲板、双层底（局部单底）、横骨架式结构，前倾首柱、方尾、首侧推、双机、双桨、双舵、柴油机驱动定距螺旋桨推进，虽然相比老一代800吨中型航标船，其操纵性能等各方面都有不少提升，但与目前世界上先进的航标船比起来各方面还是有一定差距。
1.2 国内外中型航标船对比
通过与国外相近级别的航标船对比分析，国内中型航标船主机功率、吊机起吊能力、抗冰能力、船舶操纵、航标作业等方面都有着不少的差距：
（1）船舶航行性能
所有的航标船都具有较好的灵活性。荷兰700吨船有液压位置平衡系统，具有首尾双推进器航标船，有航标船在有风、浪和水流的影响下维护浮标时位置稳定的能力；美国的航标船有船舶定位系统；荷兰的航标船也有襟翼舵，没有侧推也能够提供较好的侧向推力。多数船舶航速是15-16节。
（2）作业功能方面
所有的航标船都具有不止一项功能，都有轻度的破冰能力，这些航标船还经常用于执行其它任务。例如：能进行污染清除、搜索和救生、交通监督和渔业检查。需要的时候，有关执法人员就上船执行任务。
（3）航标作业方面
航标船都有不同的航标作业设备。特别是使用甲板上的大力绞盘、起锚机、专用的锚链锁用于收和抛锚链，大多数航标船具有非常有用的木甲板。所有的吊机都能用最大的负荷把浮标从船侧吊上船，其中几艘还具有浮标起吊和抛设的动作补偿功能。
2 中型航标船主要存在的问题
（1）基本所有800吨级中型航标船随着使用时间的增长，船舶设备渐趋老化，航标作业能力明显下降，已经不能很好地满足我国沿海航标管理的需要，特别是航标管理规模逐步扩大后航标作业需求持续增长的需要。
（2）船舶低速稳定性和操纵性能差。没有侧向推进装置，船的低速稳定性和操纵性能差；不具备的在有风、流、浪影响下，所应具有的稳定船位的动力定位功能；吊机起吊能力差、绞盘功率低，很难满足航标作业的特殊要求（特别是活节式灯桩、被淤泥积压的沉石等）。
（3）航标作业机械化程度差。在航标作业的过程中，除了吊机起重能力和绞盘的拉力外，其他如拖链、浮标移动、弃链等辅助工作要靠人力完成，不仅劳动强度大，还存在安全隐患。
（4）船舶可用作航标作业的面积过小。该类型船舶总体布局不合理，甲板作业面积不足，该类型船舶有效作业长度为16米，有效作业宽度为6米（左右两舷可用宽度为3米）作业甲板上有凸起0.6米高的航标舱口盖，航标起吊作业时，作业人员有时跳上跳下，特别是在作业3米浮标时，人员根本无法从甲板上通过，不利于作业的安全，安全性能差。
（5）作业方式落后。在浮标作业时要通过钢缆套住浮标的系链，通过钢缆的牵引使得锚链上绞盘，然后通过绞盘的拉力来把系链绞上甲板，在绞链的过程中还存在锚链相互堆压的现象，要通过人力来协助绞链，在浮标布设时要通过人力来敲开制链器才能使得沉石抛进海中，船员的劳动强度大。敲开制链器时制链器的瞬间反作用力很大，如果作业人员站位和操作不当，会给作业人员带来很大的伤害。
（6）主机功率不能满足冬季冰区航标作业。设计航速12节，与目前航标应急反应的时效性以及航标事业的快速发展不相适应，需要提高航速。
（7）浮标在起吊的过程中，偏荡厉害，特别是在大风浪中作业时，仅靠人力止荡效果不好，会发生浮标灯架撞击船体上层建筑和吊臂的现象。
3 解决措施
根据当前中型航标船的实际使用情况，为提高新造中型航标船的作业能力和服务功能，就当前航标作业需求和未来发展预测，结合未来工程船舶的功能定位和我国当前港口经济发展情况，提出在当前中型航标船基础上的改进建议、新型中型航标船的功能需求以及对未来中型航标船的展望。
3.1 传统中型航标船技术改造
（1）研制新型作业设备改变传统起绞浮标作业模式
为改变传统起绞浮标作业模式，北海航海保障中心青岛航标处针对800吨级中型航标船“海标052”轮现状，利用逆向工程、三维设计、有限元分析、液压系统综合调控、二维平面设计等技术开发研制了新型卧式自排链液压卷筒绞车，并成功应用于“海标052”轮上。新研制的设备仅需摁一下按钮就可将锚链自动绞起，起绞浮标锚链的效率可提高5倍，解决了长期以来致使航标作业效率低、航标工人劳动强度大、作业安全隐患多的行业难题。
（2）开发设计液压埋入式舱口盖增加甲板作业面积
随着现代液压设备制造和船舶修造技术水平的不断提高，我们可开发设计新型液压埋入式舱口盖安装于甲板上，使甲板变为平整的一体，增大甲板有效作业面积，确保作业安全。为实现这种目的，并通过船检机构的认证，青岛航标处采取了将新舱口盖和舱口盖框子预先制作为成套产品的方式，并将舱口纵桁、端桁梁、短横梁、短强梁、甲板开口加厚板、舱盖止口和液压锁紧装置等构件预先制作在舱口盖框上，以便安装时用来与甲板纵横强梁主筋及甲板焊接为一体，从而确保船体强度和水密性能。将折叠式风雨密舱口盖成功改造为液压埋入式水密舱口盖的“海标052”轮，甲板作业面积得到了有效拓宽，使船舶作业更加安全、便利。
3.2新型中型航标船功能需求
为适应我国沿海航标作业特点、未来发展趋势和船舶多功能发展的需要，中型航标船作为辖区航标处执行海上航标作业的关键设施，应主要具备沿海航标的运输（含拖带）、布设、撤除、复位、巡检、航标应急反应、补给、技术监测和科研等主要职能，同时兼顾搜救、溢油清污、测量、清障、沉石打捞等辅助职能。新型中型航标船应具备良好的操纵性能，适宜的稳性、起吊能力、续航能力、拖带能力、破冰能力和减摇能力等。
（1）船舶操控要求
为改善船舶定位和操纵性能，通过查阅有关国外航标船舶的动力推进情况，如美国1996年建造的中标船，配置动力定位系统、“Z”字形轴360度旋转推进和首侧推装置；如苏格兰“北极星”号多功能航标船，具备动力定位系统、拖带、海域测量等功能；如丹麦的航标船同时具备航标作业和测量功能。从国外船舶的设计、设备配置都具备了良好的操纵性和机动性。综上情况，为提高海上航标的作业能力，提升保障水平和作业效率，确保低速航行能力。参照国外动力推进模式和未来船舶建造发展趋势，建议采用电力推动的双Z型推进系统附加首侧推装置和动力定位操控系统。
（2）航速要求
从各海区情况分析，北方海区航道口门距离航标船舶码头约为25海里，但需考虑船舶在冰期期间航行受阻情况，东海海区岛屿较多，部分水域航道航标距离航标船舶码头距离较远，约为70海里。南海海区海域广、海岸线长，其中水道距离航标码头较远，约为45海里， 综合考虑沿海航标作业、应急反应实际需求和经济性等因素以及未来海上航标向深水发展的情况，参考国内外航标布设船的航速指标，航标布设船舶的航速在15节左右，在重要航道距离航标作业码头比较远的辖区可适当提高船舶航速，同时兼顾经济性。
（3）浮标作业设备要求
根据现有航标作业方式及存在的问题，为有效改进现有航标作业模式，提高作业效率和安全性，建议提高海上航标作业机械化、自动化水平，即提高吊机起吊能力和作业半径、采用自动锚链收绞方式、液压控制制链方式和浮标自动挂钩方式等。
（4）浮标甲板作业面积要求
浮标甲板作业面应布局合理，满足放置6-8个直径2.4米浮标的要求。在可行情况下，考虑设置浮标直立存放装置以提高浮标装载量。建议船舶作业甲板的有效长度应≥25米。
（5）冰区航行作业要求
根据我国北方海区冰区特点，结合海上航标作业实际，要求航标船在40厘米厚的堆积冰中可以航行。采用冰区专用螺旋桨；提高船舶推力，增强冲撞力，确保冰面冻结浮标一起漂流的情况下的破冰需求。
（6）拓展功能要求
多功能船是当前的潮流和未来的发展方向，尤其是在我国当前港口发展迅速的形势下，建造多功能工程船舶的需求更加迫切，建议增设溢油清污和搜救功能，预留船上清污设备作业接口。采用临时拖带油驳作为污油储存舱，配置简单的搜救设施，预留测量仪器的安装接口等。
3.3 未来中型航标船功能展望
随着工业4.0进入中德合作新时代，中德双方签署《中德合作行动纲要》中明确提出工业生产数字化，大胆的预测未来中型航标船应该向航标作业智能化方向发展，充分利用机器人、AGV（Automated Guided Vehicle）等技术，进行航标模块化作业。只要船舶驾驶员操纵船舶靠近航标定准位置后，操作系统自动捕捉到航标，整体翻转到甲板作业台上，机械手自动拆解卸扣，AGV将换下的旧航标自动运送到甲板指定位置，AGV将新标运送到作业台，机械手自动链接卸扣，再整体翻转到水面，过程间用自动弃链装置配合固定等。
4 结束语
总体上，新建中型航标船应在船型上有所突破，总体布置实用合理，具有适宜的稳性和良好的耐波性；具备优良的操纵性能，采用先进的推进和操纵设备，满足浮标定点作业和低速定向航行的要求；具有足够的甲板作业面积和适宜的作业设备布置，方便安全高效地进行甲板作业和浮标设备器材的载运；配置先进高效的航标作业设备，提高航标作业效率，满足执行航标船舶各项职能的需要。
参考文献：
[1] 《交通支持系统船舶建造（购置）项目可行性研究报告编制办法》
[2] 《谈中型航标船的技术改造》
[3] 航标法律法规
关键字：中型航标船 功能需求 智能作业
0前言
航标是帮助船舶安全、经济和便利航行而设置的视觉、音响和无线电助航设施。中型航标船主要用于航标布设、起吊、巡检等的专业性船舶，同时也是机动的海上救助力量，可兼顾溢油应急、人命救助、沉船扫测等应急反应任务，航标作业船舶设计建造的水平高低，直接影响海事航海保障部门代表中国政府行使中国沿海航标管理职能，代表沿岸国政府承担履行国际公约的义务，为海上活动和保障船舶航行安全提供海上助航服务。
根据《海事船舶配备管理规定》，大型航标船按照海区配备，每海区1-2艘；中型航标船按航标处配备，每航标处1艘，小型航标船按航标数量配备到航标管理站。根据功能定位，未来中型航标船将是航标作业的主力船型。
1中型航标船的现状分析
1.1 中型航标船现状
国内现役中型航标船共计12艘，其中800吨中标船10艘，均建造于上世纪九十年代，主要特点是船龄偏大，设备老旧，基本都接近或超过海事船舶规定的最低服役年限25年。1200吨级中型航标船，国内现役2艘，2010年左右建造，配备于宁波航标处与福州航标处，该型船为钢质、单甲板、双层底（局部单底）、横骨架式结构，前倾首柱、方尾、首侧推、双机、双桨、双舵、柴油机驱动定距螺旋桨推进，虽然相比老一代800吨中型航标船，其操纵性能等各方面都有不少提升，但与目前世界上先进的航标船比起来各方面还是有一定差距。
1.2 国内外中型航标船对比
通过与国外相近级别的航标船对比分析，国内中型航标船主机功率、吊机起吊能力、抗冰能力、船舶操纵、航标作业等方面都有着不少的差距：
（1）船舶航行性能
所有的航标船都具有较好的灵活性。荷兰700吨船有液压位置平衡系统，具有首尾双推进器航标船，有航标船在有风、浪和水流的影响下维护浮标时位置稳定的能力；美国的航标船有船舶定位系统；荷兰的航标船也有襟翼舵，没有侧推也能够提供较好的侧向推力。多数船舶航速是15-16节。
（2）作业功能方面
所有的航标船都具有不止一项功能，都有轻度的破冰能力，这些航标船还经常用于执行其它任务。例如：能进行污染清除、搜索和救生、交通监督和渔业检查。需要的时候，有关执法人员就上船执行任务。
（3）航标作业方面
航标船都有不同的航标作业设备。特别是使用甲板上的大力绞盘、起锚机、专用的锚链锁用于收和抛锚链，大多数航标船具有非常有用的木甲板。所有的吊机都能用最大的负荷把浮标从船侧吊上船，其中几艘还具有浮标起吊和抛设的动作补偿功能。
2 中型航标船主要存在的问题
（1）基本所有800吨级中型航标船随着使用时间的增长，船舶设备渐趋老化，航标作业能力明显下降，已经不能很好地满足我国沿海航标管理的需要，特别是航标管理规模逐步扩大后航标作业需求持续增长的需要。
（2）船舶低速稳定性和操纵性能差。没有侧向推进装置，船的低速稳定性和操纵性能差；不具备的在有风、流、浪影响下，所应具有的稳定船位的动力定位功能；吊机起吊能力差、绞盘功率低，很难满足航标作业的特殊要求（特别是活节式灯桩、被淤泥积压的沉石等）。
（3）航标作业机械化程度差。在航标作业的过程中，除了吊机起重能力和绞盘的拉力外，其他如拖链、浮标移动、弃链等辅助工作要靠人力完成，不仅劳动强度大，还存在安全隐患。
（4）船舶可用作航标作业的面积过小。该类型船舶总体布局不合理，甲板作业面积不足，该类型船舶有效作业长度为16米，有效作业宽度为6米（左右两舷可用宽度为3米）作业甲板上有凸起0.6米高的航标舱口盖，航标起吊作业时，作业人员有时跳上跳下，特别是在作业3米浮标时，人员根本无法从甲板上通过，不利于作业的安全，安全性能差。
（5）作业方式落后。在浮标作业时要通过钢缆套住浮标的系链，通过钢缆的牵引使得锚链上绞盘，然后通过绞盘的拉力来把系链绞上甲板，在绞链的过程中还存在锚链相互堆压的现象，要通过人力来协助绞链，在浮标布设时要通过人力来敲开制链器才能使得沉石抛进海中，船员的劳动强度大。敲开制链器时制链器的瞬间反作用力很大，如果作业人员站位和操作不当，会给作业人员带来很大的伤害。
（6）主机功率不能满足冬季冰区航标作业。设计航速12节，与目前航标应急反应的时效性以及航标事业的快速发展不相适应，需要提高航速。
（7）浮标在起吊的过程中，偏荡厉害，特别是在大风浪中作业时，仅靠人力止荡效果不好，会发生浮标灯架撞击船体上层建筑和吊臂的现象。
3 解决措施
根据当前中型航标船的实际使用情况，为提高新造中型航标船的作业能力和服务功能，就当前航标作业需求和未来发展预测，结合未来工程船舶的功能定位和我国当前港口经济发展情况，提出在当前中型航标船基础上的改进建议、新型中型航标船的功能需求以及对未来中型航标船的展望。
3.1 传统中型航标船技术改造
（1）研制新型作业设备改变传统起绞浮标作业模式
为改变传统起绞浮标作业模式，北海航海保障中心青岛航标处针对800吨级中型航标船“海标052”轮现状，利用逆向工程、三维设计、有限元分析、液压系统综合调控、二维平面设计等技术开发研制了新型卧式自排链液压卷筒绞车，并成功应用于“海标052”轮上。新研制的设备仅需摁一下按钮就可将锚链自动绞起，起绞浮标锚链的效率可提高5倍，解决了长期以来致使航标作业效率低、航标工人劳动强度大、作业安全隐患多的行业难题。
（2）开发设计液压埋入式舱口盖增加甲板作业面积
随着现代液压设备制造和船舶修造技术水平的不断提高，我们可开发设计新型液压埋入式舱口盖安装于甲板上，使甲板变为平整的一体，增大甲板有效作业面积，确保作业安全。为实现这种目的，并通过船检机构的认证，青岛航标处采取了将新舱口盖和舱口盖框子预先制作为成套产品的方式，并将舱口纵桁、端桁梁、短横梁、短强梁、甲板开口加厚板、舱盖止口和液压锁紧装置等构件预先制作在舱口盖框上，以便安装时用来与甲板纵横强梁主筋及甲板焊接为一体，从而确保船体强度和水密性能。将折叠式风雨密舱口盖成功改造为液压埋入式水密舱口盖的“海标052”轮，甲板作业面积得到了有效拓宽，使船舶作业更加安全、便利。
3.2新型中型航标船功能需求
为适应我国沿海航标作业特点、未来发展趋势和船舶多功能发展的需要，中型航标船作为辖区航标处执行海上航标作业的关键设施，应主要具备沿海航标的运输（含拖带）、布设、撤除、复位、巡检、航标应急反应、补给、技术监测和科研等主要职能，同时兼顾搜救、溢油清污、测量、清障、沉石打捞等辅助职能。新型中型航标船应具备良好的操纵性能，适宜的稳性、起吊能力、续航能力、拖带能力、破冰能力和减摇能力等。
（1）船舶操控要求
为改善船舶定位和操纵性能，通过查阅有关国外航标船舶的动力推进情况，如美国1996年建造的中标船，配置动力定位系统、“Z”字形轴360度旋转推进和首侧推装置；如苏格兰“北极星”号多功能航标船，具备动力定位系统、拖带、海域测量等功能；如丹麦的航标船同时具备航标作业和测量功能。从国外船舶的设计、设备配置都具备了良好的操纵性和机动性。综上情况，为提高海上航标的作业能力，提升保障水平和作业效率，确保低速航行能力。参照国外动力推进模式和未来船舶建造发展趋势，建议采用电力推动的双Z型推进系统附加首侧推装置和动力定位操控系统。
（2）航速要求
从各海区情况分析，北方海区航道口门距离航标船舶码头约为25海里，但需考虑船舶在冰期期间航行受阻情况，东海海区岛屿较多，部分水域航道航标距离航标船舶码头距离较远，约为70海里。南海海区海域广、海岸线长，其中水道距离航标码头较远，约为45海里， 综合考虑沿海航标作业、应急反应实际需求和经济性等因素以及未来海上航标向深水发展的情况，参考国内外航标布设船的航速指标，航标布设船舶的航速在15节左右，在重要航道距离航标作业码头比较远的辖区可适当提高船舶航速，同时兼顾经济性。
（3）浮标作业设备要求
根据现有航标作业方式及存在的问题，为有效改进现有航标作业模式，提高作业效率和安全性，建议提高海上航标作业机械化、自动化水平，即提高吊机起吊能力和作业半径、采用自动锚链收绞方式、液压控制制链方式和浮标自动挂钩方式等。
（4）浮标甲板作业面积要求
浮标甲板作业面应布局合理，满足放置6-8个直径2.4米浮标的要求。在可行情况下，考虑设置浮标直立存放装置以提高浮标装载量。建议船舶作业甲板的有效长度应≥25米。
（5）冰区航行作业要求
根据我国北方海区冰区特点，结合海上航标作业实际，要求航标船在40厘米厚的堆积冰中可以航行。采用冰区专用螺旋桨；提高船舶推力，增强冲撞力，确保冰面冻结浮标一起漂流的情况下的破冰需求。
（6）拓展功能要求
多功能船是当前的潮流和未来的发展方向，尤其是在我国当前港口发展迅速的形势下，建造多功能工程船舶的需求更加迫切，建议增设溢油清污和搜救功能，预留船上清污设备作业接口。采用临时拖带油驳作为污油储存舱，配置简单的搜救设施，预留测量仪器的安装接口等。
3.3 未来中型航标船功能展望
随着工业4.0进入中德合作新时代，中德双方签署《中德合作行动纲要》中明确提出工业生产数字化，大胆的预测未来中型航标船应该向航标作业智能化方向发展，充分利用机器人、AGV（Automated Guided Vehicle）等技术，进行航标模块化作业。只要船舶驾驶员操纵船舶靠近航标定准位置后，操作系统自动捕捉到航标，整体翻转到甲板作业台上，机械手自动拆解卸扣，AGV将换下的旧航标自动运送到甲板指定位置，AGV将新标运送到作业台，机械手自动链接卸扣，再整体翻转到水面，过程间用自动弃链装置配合固定等。
4 结束语
总体上，新建中型航标船应在船型上有所突破，总体布置实用合理，具有适宜的稳性和良好的耐波性；具备优良的操纵性能，采用先进的推进和操纵设备，满足浮标定点作业和低速定向航行的要求；具有足够的甲板作业面积和适宜的作业设备布置，方便安全高效地进行甲板作业和浮标设备器材的载运；配置先进高效的航标作业设备，提高航标作业效率，满足执行航标船舶各项职能的需要。
参考文献：
[1] 《交通支持系统船舶建造（购置）项目可行性研究报告编制办法》
[2] 《谈中型航标船的技术改造》
[3] 航标法律法规
