挖泥船与疏浚业发展现状及研究

摘要：疏浚业发展已久，船舶在码头停靠作业，以及在航道中行驶都需要相当深度的水深。世界上许多港口都需要进行疏浚，以加深和维护航道和海港入口。而在某些地方，建筑和土地复垦所需的沙子和砾石也从疏浚工程中获取。随着我国改革的步伐不断加大，尤其是沿海地区经济的高速发展，伴随而来的是对深水港口和围海造地的需求，这些都需要疏浚。在实际疏浚的过程中，出于对经济效益、施工条件以及船舶资源等的限制，往往需要因地制宜地利用现有的条件去解决实际问题。其中，在施工条件、船舶资源投入受限的工程，自航耙吸式挖泥船与皮带船组合施工是十分具有优势的。本文对挖泥船与疏浚业发展现状及研究进行了研究分析。

关键词：自航耙吸式挖泥船；皮带船；组合施工；安全防范

前言

耙吸挖泥船作为疏浚行业主力船舶，在各类航道疏浚、港口建设、吹填造地工程项目中发挥着重要作用。长江黄金水道深水航道整治维护、洋山深水港建设和航道疏浚、港珠澳大桥岛隧工程等国家重点工程建设过程中耙吸挖泥船都发挥了重要作用。时至21世纪，随着世界各国对节能减排和环境保护的要求日渐提升，业主对疏浚工程的施工要求也随之提高，要求施工船舶在确保施工质量、进度和安全的同时，对水文环境不能造成新的污染。因此，各施工企业和设计单位在研发设计施工船舶过程中，把节能和环保的性能作为关键指标纳入设计理念中。

1 疏浚行业可持续发展面临的挑战

1.1 全球可持续发展背景下疏浚行业的新机遇与新挑战

推动全球可持续发展，其根本动力在于新一轮科技革命，新科技的变革为疏浚行业转型与创新提出新挑战，也提供了长期发展的环境条件。近年来，荷兰IHC公司在疏浚技术的多个领域保持领先，通过数字化和信息化的技术积累，正向智能化方向迈进。德国在大功率推进技术、电力驱动技术方面保持领先，疏浚机具设计制造具有优势。荷兰、比利时四大国际疏浚公司数字化、信息化技术普遍应用，长期占领国际高端市场的主要份额。我国疏浚行业在经历了近20年的黄金增长期后，面临着市场需求应变滞后、环保标准亟待提高、质量效率不很稳定、产业基础尚存短板、国际化能力需要补强等方面的发展瓶颈，要适应海内外高端市场业务需求，必将面对挑战与转型，通过新科技革命突破关键技术。2.2智能科技将成为世界新技术革命的新引擎近年来，机器学习技术的进步带来人工智能领域的革命，深度学习技术是人工智能领域颠覆性创新，大数据成为人工智能持续快速发展的基石，基于网络的群体智能技术和自主智能系统成为新兴发展方向，人机协同正在催生新型混合智能形态。新一代人工智能已被美国、英国、德国、日本等多国政府提升至“新一轮科技革命的核心技术”。主要表现为：1）智能船体。对船体相关数据进行自动采集与监测，提供船舶操纵辅助决策。2）智能航行。通过大数据分析对作业航路和航速进行设计和优化。3）智能机舱。可对主机、辅机、推进系统等设备的运行状态和健康状况进行分析和评估，制定相应的维护策略。4）智能能效。对船舶航行及作业状态、耗能状况等进行在线监测，通过大数据分析进行船舶能效的评估及优化。5）智能作业。通过疏浚土质智能感知，建立疏浚区域土质模型，寻求疏浚最佳作业参数的自适应，实现疏浚过程的自主分析与决策。6）智能平台。它是数据的统一集成平台，能支持智能航行、智能机舱、智能能效管理等智能系统数据的需求，具备开放性和船岸实时数据交互，以实现对船舶的监控与智能化管理。

2 自航耙吸式挖泥船和皮带船组合施工过程中的安全防范措施

2.1 不同装载下的高差匹配的可行性分析

由于自航耙吸式挖泥船和皮带船匹配时，装载情况的不同，会导致吃水深度变化，进而导致船舶之间高度差的变化，在高差不合适的情况下作业会存在安全问题，因此需要对满载和空载时高差的匹配可行性进行分析。首先，自航耙吸式挖泥船和皮带船满载时，皮带船桥梁高度匹配可行。其次，自航耙吸式挖泥船在艏吹过程中吃水变化较大，因此需要皮带船在卸沙过程中不断调节桥梁角度以升高桥梁头的高度，避免桥梁压碰到自航耙吸式挖泥船的泥门柱塞缸。最后，皮带船受横流压力较大，其所配置的锚具抓力不足以系留船舶，因此需要对自航耙吸式挖泥船和皮带船之间进行稳固的连接，保持皮带船在横流状态下的稳驻。自航耙吸式挖泥船空载，皮带船满载时，皮带船桥梁高度一般很难匹配，因皮带船满载时其桥梁的最大仰角高度与自航耙吸式挖泥船泥门柱塞缸安全距离不够。因此，在这种状态下的高差不理想，可行性较差，特别是一些皮带桥梁较短的皮带船。自航耙吸式挖泥船和皮带船空载时，皮带船桥梁高度匹配可行。综合以上的情况，在组合施工时，首先让自航耙吸式挖泥船在船舱里预先压载一定量的水，降低其干舷高度。其次，选择皮带桥梁较长、可调角度大的皮带船作为输沙皮带船，保证皮带桥梁与自航耙吸式挖泥船泥门柱塞缸距离满足安全要求。同时，在整个输沙艏吹作业中，保持一定的平衡，即自航耙吸式挖泥船船舱内保持一定的储沙量，稳定自航耙吸式挖泥船的吃水量；输沙皮带船船舱内储沙量不能过多，预防吃水过大，影响桥与缸的安全距离；控制供沙皮带船的数量，一般情况下，不超过2艘供沙皮带船同时给输沙皮带船供沙。

2.2 组合供吹沙作业方式安全要点分析

本次实操供吹作业中实际遇到的问题以及应该注意的安全防范要点归结如下。（1）自航耙吸式挖泥船抛下艉锚约为6节锚链（流急的施工区域，可考虑在艉锚上加一子锚），右艏锚约为5节锚链，接好艏吹管后，视水流和船位情况抛下左前锚2节锚链。抛锚及停泊方向应当与水流方向保持一致，以保证船舶可以在水流中稳驻。（2）船舶选型：自航耙吸式挖泥船的选型，需要考虑作业水域的限制条件、吹距的长短等，应选用吹距合适、有DGPS定位系统的耙吸式挖泥船，建议最好选用有动力定位系统的耙吸式挖泥船。输沙皮带船的选型，应选用船型尺寸合适且一致的皮带船作为过驳转送设备；皮带船的机械设备相对简陋，但操作灵活，提高相关操作人员的熟练度，不仅可以有效地提升整个环节的效率，还可保证作业过程的安全。（3）皮带船尽量与自航耙吸式挖泥船成垂直角度，在皮带船的左右侧（即涨、退水流方向）抛锚并系挂合适长度（约80m）和强度的锚缆，加强自航耙吸式挖泥船和皮带船之间的连接强度，确保皮带船在横水流作用下相对船位的稳定。输沙皮带船需时刻提醒供沙皮带船注意，避免钩挂其锚或锚缆。自航耙吸式挖泥船每次起吹时，要注意自浮管线的张力变化对船位可能存在的影响，及时通知输沙皮带船做出相应的调整动作。（4）输沙皮带船桥梁与耙吸船泥门柱塞缸顶部最近点应保持至少1.5m的安全距离。输沙皮带船出沙口运沙至自航耙吸式挖泥船泥舱时，两者之间存在较大的高差，因此在组合施工前，应对自航耙吸式挖泥船的泥舱灌注压载水，并且对自航耙吸式挖泥船进沙口附近区域做好遮蔽防护工作，减轻因高差较大造成的沙料对进沙口附近设备的冲击和磨损。

3 结束语

绿色智能挖泥船和疏浚装备是未来发展趋势，将成为国内外交通基础设施领域新的研究热点，多学科新技术的交叉集成应用发展迅速，人工智能将有力推进疏浚行业进入新时代。组织有效的集成创新体系和产业链深度合作将是智能疏浚技术发展的要因。生态智能疏浚装备及关联系统技术体系复杂，为了对生态智能疏浚装备的技术内涵、技术发展和产业化途径有科学的掌握和规划，有必要先开展系统预研和试点应用，为疏浚装备的技术提升提供重要支撑。