高强度轻型顶标的研制与应用
任虹 刘元贞 黄燕嫄
摘要：顶标是助航识别标志组成之一，其应用广泛，易于识别。上海航标处应用的顶标是复合材料顶标，生命周期短，修复功能差，为降低使用成本，提高利用率，试验使用新型材质顶标。经过设计论证，上海航标处将成品投入部分浮标使用，在应用过程中观察改进。
关键词：高强度 顶标 丝网 应用
1 项目背景
顶标是水上助航标志顶部具有一定尺寸和特定形状及颜色的标志，它提示过往船舶该水域的航行航道功能等情况，是重要的助航识别标志组成之一。
顶标优势为在白天较远的距离外能清楚地判断航标的类型。航海者或许不能够在几海里外看清楚航标颜色，但能够通过顶标形状快速的区分处在该位置附近的航标种类，便于迅速对比海图，判断船舶位置的明显优势。所以，不断提高顶标的质量势在必行，是一项应长期持续跟进改善的项目。
目前，上海航标处应用的頂标是复合材料顶标，经过十多年的应用，出现最多的问题就是顶标叶片的折断或被船撞坏，复合材料主要是由玻璃钢制成，存在抗风能力差、材料不环保、修复功能低和操作不方便等缺点。实际上，由于在海上不停摇晃和风力的作用，材料疲劳老化加速，往往经过几个月或半年就会出现叶片折断的现象，遇到浮标与轮船接触或碰撞，首先容易把顶标撞坏，这对其他航行船舶造成安全隐患，遇到这种情况，需要航标船出海抢修，更换新的顶标，虽然顶标价值不大，但如果算上动用航标船及人工成本，损失相当惊人。对我们上下灯浮更换顶标的作业人员增加一份危险。所以，我们迫切需要找到一种材料，能克服以上的问题，既能减少顶标故障率，也能提高顶标的使用寿命，操作简单，只要人工用手操作即可修复，不需再换新的顶标，从而产生较好的社会效益和经济效益。
2 可行性分析
（1） 固定成本分析：原玻璃钢顶标平均成本约为580元/个，新型材质顶标平均成本提高18%，约合100元（680元/个）。为保障航行安全，履行导助航职责，如顶标发生损坏，必须出航进行更换。考虑到出航成本，材料的价格提高幅度可忽略不计，新型顶标成本优势明显。
（2）长期成本分析：目前，上海航标处所用的高分子材料顶标只能用一个养护周期，除了抢修好临时撤除的特殊情况，一般一座顶标的海上生命周期为2年6个月至3年6个月，也就是洋山水域一般为2年6个月左右，九段灯船以内淡水区域为3年6个月左右，顶标会随着灯浮浮筒的起吊保养而回收自动报废，而灯浮因为钢制材料的缘故可进行多次保养、检测，并循环利用，高分子顶标而因此结束了生命周期，实在令人惋惜。而新型顶标因其钢制材料属性的缘故，在起吊保养回收后，可与灯浮浮筒一道进入检测保养环节，在重新油漆后可重复使用多次，进一步减少长期成本，绿色环保。
（3）材料分析：新型顶标因为采用钢制框架定型，丝网结构定面，几乎不受风力和日光照射影响，减少自然损耗；被撞后可抵抗一定的冲击力不变形；即使变形，钢制顶标可人工现场复原，及时恢复正常。从结构和材料的角度讲，比高分子材料顶标优势明显。
以上几点是制作新型顶标的出发点和目的点。通过对比，我们认为新型顶标有推广使用的可行性。
3 设计制作和试验过程
课题组经过反复探讨和试验，我们尝试了使用不同的材料，最后试验下来，使用高强度不锈钢丝网效果最明显，不仅材料轻，而且耐腐蚀，风阻小，即使被撞歪，也可以手工修复。我们按顶标的直径为浮体直径的0.3倍设计成型原理图，它主要采用304不锈钢丝网，外框用不锈钢条按航标顶标标准折成各种形状，用铆钉将丝网与钢条固定，再进行喷漆，这样的顶标风阻明显减少，材料更轻。
同时，新型顶标完全按照国标规定，对航标顶标的尺寸和规格进行了认真的把关，按照国标要求进行图纸设计。
下面是最终成型的设计图：
最终成型的设计图定稿后，邀请相关的专业厂家根据图纸进行定制，经过一个月的反复试制，成功完成了7只不同类型的顶标样品。如下图：
4 实际应用
在经专业科室的确认和各航标站的安装，截至2016年8月，7只轻型顶标先后投入到长江口航道和洋山港使用，具体在B-5、B-6、B-7、B-8、北堤警6、A2红色球体和北方位标102浮使用，如下图：
经过一段时间的投入使用，效果良好。
综上所述，虽然原理并不复杂，但对目前我国普遍使用的复合材料顶标，也是一种技术革新，我们准备在7个浮标试验的基础上，继续观察使用效果，遇到问题及时改进，在经过试验和实际使用较长时间后取得第一手数据和资料，为将来大规模推广做好充分的准备。最终解决原玻璃钢顶标抗风能力差、材料不环保、修复功能低和操作不方便等缺点，降低更换顶标的安全隐患，提高综合经济和社会效益，更好为航海保障服务。
5 结语
综上所述，这种新兴的新型顶标发展优势明显。新型顶标拥有高品质材质、环保节约和安全、方便的作业优势，最大程度实现多快好省的发展目标。为了快速实现这一目标，在后期推广应用阶段应以人为本，快速挖掘其它优势，促进顶标运营监控质量的大幅提升，实现经济效益和社会效益的提高，为航标事业又好又快、 可持续发展提供新的沃土。
摘要：顶标是助航识别标志组成之一，其应用广泛，易于识别。上海航标处应用的顶标是复合材料顶标，生命周期短，修复功能差，为降低使用成本，提高利用率，试验使用新型材质顶标。经过设计论证，上海航标处将成品投入部分浮标使用，在应用过程中观察改进。
关键词：高强度 顶标 丝网 应用
1 项目背景
顶标是水上助航标志顶部具有一定尺寸和特定形状及颜色的标志，它提示过往船舶该水域的航行航道功能等情况，是重要的助航识别标志组成之一。
顶标优势为在白天较远的距离外能清楚地判断航标的类型。航海者或许不能够在几海里外看清楚航标颜色，但能够通过顶标形状快速的区分处在该位置附近的航标种类，便于迅速对比海图，判断船舶位置的明显优势。所以，不断提高顶标的质量势在必行，是一项应长期持续跟进改善的项目。
目前，上海航标处应用的頂标是复合材料顶标，经过十多年的应用，出现最多的问题就是顶标叶片的折断或被船撞坏，复合材料主要是由玻璃钢制成，存在抗风能力差、材料不环保、修复功能低和操作不方便等缺点。实际上，由于在海上不停摇晃和风力的作用，材料疲劳老化加速，往往经过几个月或半年就会出现叶片折断的现象，遇到浮标与轮船接触或碰撞，首先容易把顶标撞坏，这对其他航行船舶造成安全隐患，遇到这种情况，需要航标船出海抢修，更换新的顶标，虽然顶标价值不大，但如果算上动用航标船及人工成本，损失相当惊人。对我们上下灯浮更换顶标的作业人员增加一份危险。所以，我们迫切需要找到一种材料，能克服以上的问题，既能减少顶标故障率，也能提高顶标的使用寿命，操作简单，只要人工用手操作即可修复，不需再换新的顶标，从而产生较好的社会效益和经济效益。
2 可行性分析
（1） 固定成本分析：原玻璃钢顶标平均成本约为580元/个，新型材质顶标平均成本提高18%，约合100元（680元/个）。为保障航行安全，履行导助航职责，如顶标发生损坏，必须出航进行更换。考虑到出航成本，材料的价格提高幅度可忽略不计，新型顶标成本优势明显。
（2）长期成本分析：目前，上海航标处所用的高分子材料顶标只能用一个养护周期，除了抢修好临时撤除的特殊情况，一般一座顶标的海上生命周期为2年6个月至3年6个月，也就是洋山水域一般为2年6个月左右，九段灯船以内淡水区域为3年6个月左右，顶标会随着灯浮浮筒的起吊保养而回收自动报废，而灯浮因为钢制材料的缘故可进行多次保养、检测，并循环利用，高分子顶标而因此结束了生命周期，实在令人惋惜。而新型顶标因其钢制材料属性的缘故，在起吊保养回收后，可与灯浮浮筒一道进入检测保养环节，在重新油漆后可重复使用多次，进一步减少长期成本，绿色环保。
（3）材料分析：新型顶标因为采用钢制框架定型，丝网结构定面，几乎不受风力和日光照射影响，减少自然损耗；被撞后可抵抗一定的冲击力不变形；即使变形，钢制顶标可人工现场复原，及时恢复正常。从结构和材料的角度讲，比高分子材料顶标优势明显。
以上几点是制作新型顶标的出发点和目的点。通过对比，我们认为新型顶标有推广使用的可行性。
3 设计制作和试验过程
课题组经过反复探讨和试验，我们尝试了使用不同的材料，最后试验下来，使用高强度不锈钢丝网效果最明显，不仅材料轻，而且耐腐蚀，风阻小，即使被撞歪，也可以手工修复。我们按顶标的直径为浮体直径的0.3倍设计成型原理图，它主要采用304不锈钢丝网，外框用不锈钢条按航标顶标标准折成各种形状，用铆钉将丝网与钢条固定，再进行喷漆，这样的顶标风阻明显减少，材料更轻。
同时，新型顶标完全按照国标规定，对航标顶标的尺寸和规格进行了认真的把关，按照国标要求进行图纸设计。
下面是最终成型的设计图：
最终成型的设计图定稿后，邀请相关的专业厂家根据图纸进行定制，经过一个月的反复试制，成功完成了7只不同类型的顶标样品。如下图：
4 实际应用
在经专业科室的确认和各航标站的安装，截至2016年8月，7只轻型顶标先后投入到长江口航道和洋山港使用，具体在B-5、B-6、B-7、B-8、北堤警6、A2红色球体和北方位标102浮使用，如下图：
经过一段时间的投入使用，效果良好。
综上所述，虽然原理并不复杂，但对目前我国普遍使用的复合材料顶标，也是一种技术革新，我们准备在7个浮标试验的基础上，继续观察使用效果，遇到问题及时改进，在经过试验和实际使用较长时间后取得第一手数据和资料，为将来大规模推广做好充分的准备。最终解决原玻璃钢顶标抗风能力差、材料不环保、修复功能低和操作不方便等缺点，降低更换顶标的安全隐患，提高综合经济和社会效益，更好为航海保障服务。
5 结语
综上所述，这种新兴的新型顶标发展优势明显。新型顶标拥有高品质材质、环保节约和安全、方便的作业优势，最大程度实现多快好省的发展目标。为了快速实现这一目标，在后期推广应用阶段应以人为本，快速挖掘其它优势，促进顶标运营监控质量的大幅提升，实现经济效益和社会效益的提高，为航标事业又好又快、 可持续发展提供新的沃土。
