中型布缆船功能需求研究

常书平 李昆鹏 史孝华 苗青 陈福良

摘    要：针对大陆与岛屿、岛屿与岛屿之间海底光缆的布设、维护、维修，分析了国内中小型布缆船现状和存在的不足，调研国际同类布缆船的技术发展趋势，研究中型布缆船在作业对象、缆舱容量、埋深能力、维修能力、控位能力等方面的功能需求，为中型布缆船的研制提供依据和参考。

关键词：布缆船；功能需求；动力定位；电力推进

中图分类号：U674.34                              文献标识码：A

Function Demand Research of Medium-sized Cable Laying Ship

CHANG Shuping1，  LI Kunpeng1，  SHI Xiaohua2，  MIAO Qing3，  CHEN Fuliang1

（ 1. No.63983 Unit of PLA， Wuxi 214035; 2.Representative Office of Army， Qingdao 266002; 3. No.32119 Unit of PLA， Jian 134200 ）

Abstract： In view of the layout， maintenance and repair tasks of submarine optical cables between continents and islands， and between islands， this paper analyzes the current situation and shortcomings of small & medium-sized cable laying ships in China， surveys the technical development trends of international similar cable-laying ships， and studies the functional requirements of medium-sized cable laying ships in terms of operation objects， cable cabin capacity， buried depth capacity， maintenance capacity and position control capacity， which provide basis and guidance for the development of medium-sized cable-laying ships.

Key words： cable laying ship; function demand; dynamic positioning; electric propulsion

海底通信光缆或交、直流光纤复合缆，以抗干扰能力强、通信容量大、保密性能好、抗毁能力强等特点，发挥着其它通信手段无可替代的重要作用。我国有18000 km的海岸线和沿海6000余个岛屿，大陆与岛屿、岛屿与岛屿之间的通信大多依靠海缆通信方式。随着海洋开发活动增加，抛锚作业等原因导致的海缆损坏事故日趋频繁，海缆维修、维护工作量较之以前明显增加。根据我国现有布捞缆船舶的统计，海缆作业能力已经在一定程度上制约了国防和国民经济发展，研制新型布缆船迫在眉睫，在开展方案设计之前，必须对其功能需求进行分析研究。

1     国内布缆船的现状

我国现有沿海布缆船多为20世纪70～80年代设计建造的小型布缆船，随着海底通信发展，海底光缆建设和维护对布缆船提出了更高要求，现有小型布缆船已不能满足要求，主要存在以下问题：

（1）定位能力不足

布缆船在某设定海况（风、浪、流）和水深条件下，长时间在低速或零航速状态定向和定点精确作业时，船舶受到风、浪、流等外界环境力的作用，也受到埋设机、所敷设的目标电缆对船的拖曳力等的影响。海底光缆埋设时，对定位的精准度要求极高，海底光缆敷设、维护、维修时通常在同一位置驻泊数小时，因受建造时的条件所限，这些船的定位能力较差，不能满足现行作业需求。

（2）船型尺度偏小、耐波性和操纵性较差

合适的船型尺度、良好的船舶耐波性和操纵性能是海底光缆施工的基础条件。海底光缆埋设时，要求船舶以稳定低航速沿既定海缆路由航行，小型布纜船尺度偏小、船舶耐波性和操纵性能相对较差，导致施工效率不高，某些特种作业已不能完成。

（3）载缆量偏低

由于我国一些岛屿间建设海底光缆工程所需海缆长度均较大，为提高一次布设的距离，需加大海缆舱容积。现有小型布缆船设计时主要针对近距离岛屿之间海缆施工作业，海缆装载量较小，且运营时间已接近设计寿命，不能满负荷工作。

（4）光缆维修能力不足

随着国防和经济需求不断增加以及通信技术迅猛发展，海底通信电缆已逐渐被海底通信光纤或交、直流光纤复合缆所替代。现有小型布缆船设计的作业对象多为海底电缆，没有维修光缆所需的接续、测试设备，不具备维修海底光缆的能力。

（5）埋设深度不够

随着海洋开发活动的增加，捕捞、养殖、锚泊对海缆的危害越来越大。为对光缆线路进行有效保护并确保通信效果，浅水区新敷设光缆、维修后的光缆均需要按国家相关规范及路由设计深度要求进行埋设，现有小型布缆船所装的埋设机，最大埋设深度离要求相差甚远，且不具备海缆维修后再埋设的能力。

（6）海缆路由敷设精度达不到要求

海缆路由敷设精度受船的定位能力和埋设机的作业精度影响，现有中小型布缆船尺度偏小、定位能力较差，埋设机的作业精度也不高，不能满足海缆路由敷设作业的精度需求。

（7）国产设备配套水平低

随着科学技术发展，为满足海底光缆工程建设需要，我国陆续研制了一批新型海缆作业设备，如新型埋设机、轮胎式布缆机、水下维护机器人等，现有小型布缆船因诸多因素所限，不能满足新设备的安装要求，缺乏必要的电力供应和安装位置。

2     国际布缆船发展趋势

为适应海底光缆通信建设的需求，近年来国际上海底光缆布缆船越来越重视开发大型、专用、高性能的船舶，提高铺设载缆容量、效率和灵活性，一般都具备跨洋作业能力，吨位较大，其发展趋势有如下特点：

（1）作业能力不断提高

海缆舱不断增大，提高了一次性布放海缆的距离；埋深能力不断增强，降低了海缆受损概率；鼓轮机的拉力不断增大，打捞维修设备越来越先进；配备了海缆作业综合控制系统，使作业设备与动力定位系统实现高效协同，极大提高了海缆作业质量和效率。

（2）装配动力定位系统

新建布缆船基本都配置动力定位系统[1]，该系统与高精度卫星定位系统结合，大幅提升了布缆船在风、浪、流环境条件下施工作业时的控位能力和维持设定航线航行的能力，提高海缆按预定路由布设、准确捞取故障海缆的精度，进行光缆接续作业时布缆船也能保持相对固定位置。

（3）采用电力推进技术

电力推进系统中的推进器采用电动机驱动，其调速性能优异、响应快，使船舶的操纵性和机动性大大优于采用常规螺旋桨推进方式，满足布缆施工作业对船舶控位的要求；采用电力推进省去了传动轴系、齿轮箱、轴隧等设施，为总体设计提供了更多的空间，使整船的总体布置得到优化；电力推进是提高船舶推进效率的先进方法，降低了主机损耗和燃油消耗率，从而有效降低全寿命周期成本[2]。

（4）采用艉部作业方式

新造布缆船一般均采用艉部作业方式[3]。海缆作业涉及到多台套设备，各设备之间的协调十分重要，参与人员较多，艉部可提供足够大的作业面积；相对于传统的艏艉结合的作业模式，采用全艉部作业，可减少各设备之间的干涉，施工设备的操作和监控更加便捷，给海缆作业带来极大的便利，同时使作业区和生活区划分明确，减少干扰。

3    中型布缆船功能需求

3.1   作业对象

海缆包括海底通信电缆、海底光缆、海底电力缆及光电复合缆等，不同类型和厂家所产海缆的最小允许弯曲半径、允许最大牵引力、允许最大侧压力、空气中重量等规格参数均有差异。表1为5种常用规格海缆的相关参数。

由于岛屿的通信和电力需求一般都较小。以某型外径为86 mm的海底电缆／光电复合缆为例，该型缆可加载数十条光纤，输送电力超过1 500 kW，可满足小型岛屿的电力和通信需求，因此中型布缆船作业对象确定为海底光缆和小型海底电缆／光电复合缆。

3.2   载缆量

（1）海底光缆对舱容的需求

由于中型布缆船作业水域为我国近海，近海海域水深较浅（见表2），必须选用铠装缆进行深埋。我国领海内面积大于500 m2的海岛有约六千余个，其中离大陆距离大于100 km的远岸岛约只占总数的5%[4]，主要分布在海南省东部和南部、广东省的东沙及台湾的海岛，因此中型布缆船保障对象着重考虑离大陆距离小于100 km的沿岸岛和近岸岛。

海缆所占体积，按下式计算：

V=π×L×a2/4 000/C                                               （1）

式中：V为海缆占用体积，m3；a为海缆直径，mm；L为海缆长度，km；C为海缆装载占积系数。一般有铠海缆取C=0.72～0.74，无铠光缆取C=0.76，本计算取0.72。除了GJB4489-2002 A型海底光缆外，还选取了性能与之相近且应用较为广泛的法国和德国某型海底光缆进行容积计算，如表3所列。

（2）海底电缆／光电复合缆对舱容的需求

由于海底電缆线路损耗较大，小型海底电缆／光电复合缆的布设距离较短，一般不超过30 km。以某型外径为86 mm的海底电缆／光电复合缆为例，重 量约为540 t，体积约为215 m3。综合海底光缆和电缆／光电复合缆的计算结果，建议中型布缆船有效装载舱容要大于200 m3，最大装载量不小于600 t。

3.3    埋深能力

自1993年第一条国际海底光缆登陆上海以来，人为损坏海底光缆的事件时有发生。尽管这些海缆在建设时已经考虑了对浅海海域的海缆实施埋设的保护措施，但当时设计埋深仅1.5～1.8 m。从维修情况看，海缆损毁的主要原因是大型船舶停泊抛锚和捕捞作业抛锚造成。实践证明，海缆深埋是保护海缆安全、提高海缆生命力、增加海缆使用寿命的最有效方法，埋深达3 m的海缆受损概率很小，国内外新建布缆船的最大埋深一般也达到3 m[5]。

3.4   维修接续能力

维修海底光缆是一项十分复杂的工作，维修过程见表4。维修中，故障点的准确定位很重要，如果测量点与真正的故障点相差较大，就要多接备用海缆，造成很大浪费，并由此导致收、放海缆的时间要增加。但如果海缆埋得太深，则打捞难度相应增大，一般需要打捞多次才能将海缆钩住。因此，中型布缆船必须配备先进的维修设备，包括先进的故障测定设备、高效的捞缆装置、拉力较大的鼓轮机、快速的接续设备和有效的再埋设工具等。

4    小 结

本文基于新时代我国海岛通信光缆及国际光缆登陆段的布放、埋设和维修等任务，深入分析了国内小型布缆船现状和不足，在分析国际布缆船发展特点与趋势的基础上，提出研制我国中型布缆船的需求并明确界定了其功能，对新型布缆船总体技术方案确定提供参考。

参考文献

[1] 毛建辉， 尉志源. 海缆船定位系统设计[J]. 舰船科学技术， 2020， 42（20）.

[2] 尉志源 ， 毛建辉 ， 张志刚 . 大型海缆船技术发展现状及趋势 [J]. 船舶 ， 2019， （5）.

[3] 赵波 . 海缆船的现状与展望 [J]. 航海技术 ， 2016， （3）.

[4] 刘容子、齐连明等 . 我国无居民海岛价值体系研究 [M]. 海洋出版社 ， 2006.

[5] 吴爱国 ， 袁舟龙 ， 公言强等 . 国内海底电缆深埋敷设施工技术综述 [J]. 浙江电力 ， 2015（3）.