仲偉東 王飛躍 羊 衛(wèi)

（1.中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011； 2.海油工程水下技術(shù)有限公司 深圳518067）

引 言

帶有動(dòng)力定位能力的船舶總布置要求有別于常規(guī)船舶。對(duì)于DP1級(jí)別的船舶［1］，允許任何單個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)的故障即可造成定位能力的喪失，因此總布置要求相對(duì)簡(jiǎn)單，僅需滿足設(shè)備的空間布置和動(dòng)力定位相關(guān)系統(tǒng)的完整性；對(duì)于DP2級(jí)別的船舶［1］，任何單個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)的單個(gè)故障不會(huì)引起定位能力的喪失，其單個(gè)故障主要包括：任何相關(guān)設(shè)備或系統(tǒng)（發(fā)電機(jī)、推進(jìn)器、配電板、遙控閥、手動(dòng)閥等）的單個(gè)故障，以及任何相關(guān)結(jié)構(gòu)物、電纜、管路等的單個(gè)故障。因此，DP2級(jí)別總布置的要求明顯高于DP1級(jí)別，主要是由于設(shè)備和系統(tǒng)的冗余使得布置空間要求提高。

對(duì)于DP3動(dòng)力定位船總布置的設(shè)計(jì)要求，明顯高于DP1和DP2級(jí)別。DP3級(jí)別要求任何部件或系統(tǒng)單個(gè)故障不會(huì)引起定位能力的喪失。其單個(gè)故障除了與DP2級(jí)別相同的部分外，還包括因失火或進(jìn)水而導(dǎo)致的任意一個(gè)水密空間或防火區(qū)域內(nèi)所有部件的故障。因此，DP3級(jí)別的船要求設(shè)備和系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)周全，并將其布置在不同的防火區(qū)域和水密區(qū)域，使布置要求更加嚴(yán)苛。本文通過(guò)對(duì)DP3動(dòng)力定位船總布置設(shè)計(jì)的基本要求的歸納，希望能為有關(guān)設(shè)計(jì)人員提供參考。

1 研究方法

根據(jù)動(dòng)力定位級(jí)別的從低到高，相應(yīng)船舶的總布置要求也逐步提高，通過(guò)對(duì)DP3級(jí)別船舶的總布置設(shè)計(jì)方法分析，也可以指導(dǎo)DP1或DP2級(jí)別的船舶總布置設(shè)計(jì)。研究DP3動(dòng)力定位船總布置的設(shè)計(jì)方法主要采用解析歸納法和分類總結(jié)法。簡(jiǎn)而言之，即：首先，將動(dòng)力定位系統(tǒng)分解為各個(gè)子系統(tǒng)或設(shè)備，確定相應(yīng)的布置要求，并綜合說(shuō)明整個(gè)系統(tǒng)的布置要求；其次，針對(duì)幾種常見的DP3基本船型進(jìn)行分析，闡述具體的布置要求。

開展DP3動(dòng)力定位船總布置設(shè)計(jì)工作需首先掌握一些基礎(chǔ)資料。主要包括：船型功能的說(shuō)明文件（如設(shè)計(jì)規(guī)格書等）、動(dòng)力定位能力分析報(bào)告（滿足相應(yīng)環(huán)境條件的推進(jìn)器配置）以及與動(dòng)力定位有關(guān)的系統(tǒng)原理圖和設(shè)備外形圖等。

2 系統(tǒng)和設(shè)備布置要求

2.1 動(dòng)力定位基本系統(tǒng)

動(dòng)力定位基本系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、位置參考系統(tǒng)、首向參考系統(tǒng)和環(huán)境參考系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)還包括船舶系統(tǒng)中的部分設(shè)備，如風(fēng)力風(fēng)向儀、測(cè)深儀、GPS等。這些基本系統(tǒng)均要求冗余設(shè)計(jì)，即按規(guī)范要求配備2套、3套甚至多套，部分設(shè)備冗余配置還要求具有不同的基礎(chǔ)原理。在DP3級(jí)別船舶設(shè)計(jì)要求中，需要對(duì)這些系統(tǒng)設(shè)置防火和水密的分隔（防火要求為A-60級(jí)別，水密要求根據(jù)設(shè)備或系統(tǒng)所處位置與破損平衡水線之間的關(guān)系確定）。在特殊情形下，如果做不到水密，可相應(yīng)采取一些等同的處理措施。

DP3控制系統(tǒng)的布置要求體現(xiàn)在控制站的設(shè)計(jì)中。IMO［2］及各船級(jí)社均要求DP控制系統(tǒng)布置在DP控制站中，其位置應(yīng)保證操作員對(duì)船舶外界和周圍區(qū)域有良好的視野。DNV［3］和 CCS［4］還要求該控制站的位置應(yīng)適合船舶的主要業(yè)務(wù)活動(dòng)。對(duì)DP3系統(tǒng)的應(yīng)急/備用（冗余）控制站，IMO及各船級(jí)社均要求與主控制站以A-60等級(jí)隔離。使操作者能在緊急情況下，方便地從主DP控制站到達(dá)備用DP控制站。DNV和CCS還要求備用控制站應(yīng)位于從主控制站最易于到達(dá)的位置。DNV明確應(yīng)急控制站的布置要求與主控制站相同，能保證操作員對(duì)船舶外界和周圍區(qū)域有良好的視野。除了主控制站和冗余控制站的主要布置空間要求外，還應(yīng)考慮相應(yīng)的電纜通道、通風(fēng)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和輔助電源系統(tǒng)等的冗余布置，并關(guān)注相應(yīng)的防火和水密要求。

除了各船級(jí)社及IMO提出的各項(xiàng)布置和冗余要求之外，DP控制系統(tǒng)所在的控制站還需要滿足船舶設(shè)計(jì)所規(guī)定的其他布置要求，如環(huán)境條件包括防火、防水、防爆、防干擾等，且同樣對(duì)于因這些因素造成控制系統(tǒng)失效則應(yīng)配備相應(yīng)的冗余措施。DP控制站很多都布置在駕駛室內(nèi)，一般作業(yè)時(shí)應(yīng)與駕駛室的航行控制臺(tái)分開設(shè)置，為了不干擾航行設(shè)備在夜間的操作，至少應(yīng)安裝相應(yīng)的遮光設(shè)施。同時(shí)，為了DP本身所要求的視野要求，還應(yīng)該分別為主控制站和冗余控制站配置相應(yīng)合理的空間位置。對(duì)于控制系統(tǒng)的電纜和管系的布置，應(yīng)根據(jù)DP3附加標(biāo)志的冗余要求。注意：備用控制系統(tǒng)的電纜和管系不與主控制系統(tǒng)穿越同一艙室；當(dāng)不可避免時(shí)，電纜應(yīng)安裝在A-60 級(jí)電纜通道內(nèi)，電纜的接線箱不應(yīng)設(shè)置在這類電纜通道內(nèi)。

此外，還應(yīng)該考慮一些細(xì)節(jié)，如：顯示和報(bào)警系統(tǒng)的位置必須清晰可見，能非常醒目地被操作者所發(fā)現(xiàn)；顯示屏和操作設(shè)備不應(yīng)被其他設(shè)施干擾，以免影響操作者的操作準(zhǔn)確性和安全性；合理的DP控制站還應(yīng)設(shè)計(jì)休息區(qū)，并且配置相應(yīng)的休閑設(shè)施以減少操作者長(zhǎng)期作業(yè)的疲勞感。

位置參照系統(tǒng)為動(dòng)力定位操作提供足夠精確的數(shù)據(jù)，其相應(yīng)的安全性和可靠性具有高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。冗余要求至少安裝3套位置參照系統(tǒng)，且不應(yīng)采用相同的工作原理，在操作過(guò)程中應(yīng)能同時(shí)使用。位置參照系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮操作需求、布置習(xí)慣和可能出現(xiàn)的工作情況。此外，至少應(yīng)有一套位置參照系統(tǒng)連接至備用控制站，布置上要求能夠方便操作者迅速轉(zhuǎn)移進(jìn)行應(yīng)急操作作業(yè)。

動(dòng)力定位船舶的首向控制是通過(guò)一套或多套羅經(jīng)設(shè)備，將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)后傳輸?shù)絼?dòng)力定位系統(tǒng)進(jìn)行控制。同樣由于冗余要求，通常配置2～3套羅經(jīng)。首向參考系統(tǒng)也可以采用多套GPS接收設(shè)備。布置空間要求上首先是便于信號(hào)的采集與傳輸。

環(huán)境參考系統(tǒng)是通過(guò)儀器采集船舶外界的風(fēng)、浪、流等環(huán)境力的方向和大小，這些數(shù)據(jù)必須精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)且滿足冗余要求。由于環(huán)境參考系統(tǒng)采集的是外界的環(huán)境因素，系統(tǒng)儀表如風(fēng)力傳感器、潮流計(jì)等必須與外界環(huán)境有良好的接觸，且不應(yīng)有物體等對(duì)采集傳感器產(chǎn)生干擾，因此，相應(yīng)信號(hào)采集設(shè)備的布置要求在船底平整部位或羅經(jīng)甲板非遮蔽的部位。

2.2 動(dòng)力及推進(jìn)器系統(tǒng)

動(dòng)力系統(tǒng)為全船設(shè)備及系統(tǒng)提供動(dòng)力支持，包括直接驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器的柴油機(jī)以及提供電力的發(fā)電機(jī)組等。此外，還包括動(dòng)力定位系統(tǒng)需求的動(dòng)力源，由于動(dòng)力定位系統(tǒng)所需的推進(jìn)器數(shù)量多、功率大，往往成為全船用電需求的大戶。因此很多船往往都設(shè)計(jì)全電力的動(dòng)力系統(tǒng)，配置若干套發(fā)電機(jī)組，布置在若干獨(dú)立機(jī)艙內(nèi)供電給全船設(shè)備。DP3船的動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)該由兩個(gè)或以上相互獨(dú)立的子系統(tǒng)組成，以保證一個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生故障后不影響DP系統(tǒng)的整體運(yùn)行。因此，各子系統(tǒng)分隔布置于不同的用A-60分隔的艙室內(nèi)，若位于水線以下，還應(yīng)同時(shí)滿足水密要求。同時(shí)為了保障在故障模式下對(duì)推進(jìn)器系統(tǒng)、動(dòng)力定位控制系統(tǒng)等影響最小，往往為每個(gè)機(jī)艙甚至每臺(tái)發(fā)電機(jī)組配置配電板，并設(shè)置相互獨(dú)立的配電板間；對(duì)于裝機(jī)功率較大，需要變壓變頻配置的船舶來(lái)說(shuō)，還需要設(shè)置相互獨(dú)立的變壓變頻器間；為了每個(gè)機(jī)艙獨(dú)立運(yùn)作作業(yè)正常，相應(yīng)的燃油供給、冷卻、通風(fēng)及管路等系統(tǒng)也應(yīng)相互獨(dú)立；這些給船舶的總體布置增加了難度，一般要求在船型尺度規(guī)劃初期就進(jìn)行合理籌劃。

整船DP系統(tǒng)的適應(yīng)環(huán)境能力最終是由推進(jìn)系統(tǒng)來(lái)保障的。配置根據(jù)船型、功能甚至包括用戶的個(gè)性化要求而確定，因此即使在相類似船型上的推進(jìn)器配置也會(huì)存在明顯差異。推進(jìn)器布置必須源于對(duì)型式與功率大小的選擇，而這些取決于船型的功能和DP3規(guī)范要求。在初步進(jìn)行動(dòng)力定位能力分析后，選定推進(jìn)器的型式與功率等級(jí)，按船型的情況布置各個(gè)推進(jìn)器的具體位置。一般情況下，DP船上裝有三種主要類型的推進(jìn)器：主推進(jìn)器、管隧式側(cè)推器以及全回轉(zhuǎn)型推進(jìn)器。

若主推進(jìn)器設(shè)計(jì)為常規(guī)推進(jìn)系統(tǒng)，對(duì)于DP3動(dòng)力定位船，一般需要配置2～3套常規(guī)主推進(jìn)系統(tǒng)和舵設(shè)備系統(tǒng)，相應(yīng)的電力推進(jìn)型式推進(jìn)鏈上的設(shè)備一般包括變壓器、變頻器、電動(dòng)機(jī)、軸系以及螺旋槳等。每一條推進(jìn)鏈系統(tǒng)都要求相互獨(dú)立，且在空間上要求A-60防火分隔和水密分隔。對(duì)于每一條推進(jìn)鏈上的輔助系統(tǒng)，也要從布置空間上考慮A-60防火分隔和水密分隔的要求；若為全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器系統(tǒng)，此類推進(jìn)器類型很多，包括有全回轉(zhuǎn)舵槳（水下為機(jī)械部分）、吊艙槳推進(jìn)器（水下部分包括電機(jī)艙）、可伸縮式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器等。這些推進(jìn)器可根據(jù)動(dòng)力定位能力分析的要求，布置在船首或船尾，如布置在首部，則可能影響有航速要求船舶的航行，因此多設(shè)置為可伸縮的型式；若為管遂式側(cè)推器系統(tǒng)，此類推進(jìn)器主要為船舶提供橫向的推力和力矩，常設(shè)置在船首和船尾，有的船舶的尾部不具備布置條件，則也可以根據(jù)需要設(shè)置較為寬大的尾部呆木，用于布置尾管遂式側(cè)推器。

各個(gè)推進(jìn)器的布置首先要考慮能夠發(fā)揮功效，且不相互干擾影響最終的定位能力；其次還要考慮推進(jìn)器的布置不能干擾正常的作業(yè)和安全生產(chǎn)，即保持與月池等船底水下設(shè)備之間的適當(dāng)距離；最后按照DP3冗余設(shè)計(jì)要求，配置相應(yīng)的獨(dú)立艙室、驅(qū)動(dòng)設(shè)備與輔助設(shè)備等。

2.3 其他相關(guān)系統(tǒng)

其他相關(guān)系統(tǒng)指的是與動(dòng)力定位系統(tǒng)關(guān)系不是非常密切的一些系統(tǒng)，有的系統(tǒng)和動(dòng)力定位系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)度與船型功能有關(guān)，如功率管理系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)、快速關(guān)閉系統(tǒng)以及某些系統(tǒng)的閥門控制等。例如：對(duì)具有復(fù)雜和冗余發(fā)電以及具有分級(jí)卸載系統(tǒng)的推力器系統(tǒng)的船舶，功率管理必須采用自動(dòng)化綜合管理，并為所有配電板和匯流排聯(lián)絡(luò)開關(guān)工作。它自身也必須是冗余安全的，因此，在功率管理系統(tǒng)故障時(shí)不會(huì)喪失功率或推力。

3 典型船型布置要求

目前采用DP3級(jí)別的船型還是相對(duì)有限的，因此，總布置設(shè)計(jì)上可根據(jù)幾種常見船型進(jìn)行分類研究，遇到類似的船型可參考相近船型的布置要求。

3.1 半潛平臺(tái)

為滿足DP3級(jí)動(dòng)力定位系統(tǒng)的要求，半潛式平臺(tái)一般配置6～8臺(tái)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，分別布置在平臺(tái)的4個(gè)最遠(yuǎn)端角落［5］。每個(gè)角落1～2臺(tái)，為了滿足鉆井工況和生存工況的定位要求，需考慮艙室的損失，平臺(tái)最多可以失去對(duì)角布置的1～2臺(tái)推進(jìn)器，使用剩余的5～6臺(tái)推進(jìn)器提供足夠的橫向和縱向推力以及控制首向的轉(zhuǎn)向力矩。

半潛平臺(tái)一般配置滿足相應(yīng)推進(jìn)器數(shù)量的主柴油發(fā)電機(jī)組，每套柴油發(fā)電機(jī)組配置獨(dú)立的燃油輸送、冷卻水等輔助系統(tǒng)，一般布置在有確定要求數(shù)量的相對(duì)獨(dú)立的機(jī)艙內(nèi)。機(jī)艙之間以A60和水密要求進(jìn)行分隔，以保證任一個(gè)機(jī)艙失火后不會(huì)影響到其它處所。對(duì)于配電板等設(shè)備也是采用獨(dú)立配電板室等設(shè)備艙室予以A60防火和水密劃分，相應(yīng)設(shè)備分處于獨(dú)立的艙室之內(nèi)。

3.2 起重/鋪管船

起重/鋪管船是一類常見的帶DP3的大型海工作業(yè)輔助船舶。配置DP3級(jí)的起重/鋪管船基本為肥大型主船體和寬敞的主甲板面，首部設(shè)有甲板室，主要布置船員及施工作業(yè)人員的生活居住艙室和部分工作艙室。尾部設(shè)置一臺(tái)全回轉(zhuǎn)起重機(jī)。帶有鋪管功能的船型上可能設(shè)有中間甲板，用于布置鋪管流水線的各種作業(yè)設(shè)備。

DP3級(jí)起重/鋪管船的主推進(jìn)器一般配置為2套全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，可兼顧航行和動(dòng)力定位的要求。鑒于DP3級(jí)別的冗余配置要求，一般還需另外配置4～5套全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器（也可小部分為管隧式側(cè)推）。由于起重鋪管船主船體內(nèi)多為壓載水艙，較易提供空間用于布置這些推進(jìn)器，但推進(jìn)器必須在位置、電纜路徑和控制電源方面是獨(dú)立的。需注意各推進(jìn)器的相關(guān)設(shè)備與管路布置艙的防火與水密隔離，保證因電源故障、失火和浸水不會(huì)造成一個(gè)以上的推力器喪失功能。

甲板室由于布置在首部甚至是單舷側(cè)布置，相應(yīng)需要注意的是動(dòng)力定位各個(gè)相互獨(dú)立系統(tǒng)的管路與通風(fēng)系統(tǒng)的布置設(shè)計(jì)。

3.3 鉆井船

配備DP3的鉆井船一般為深水鉆井船，它是一類具有傳統(tǒng)船形的鉆井裝置，在船體中部有月池開口用于鉆井作業(yè)。目前配備DP3級(jí)的鉆井船，一般選用6臺(tái)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，分別布置在6個(gè)獨(dú)立的推進(jìn)器間內(nèi)。每套推進(jìn)器系統(tǒng)均由獨(dú)立的推進(jìn)電氣、機(jī)械和控制設(shè)備等組成。為了滿足鉆井工況和生存工況的定位要求，需考慮任一單獨(dú)故障，鉆井船可以失去1～2個(gè)推進(jìn)器，使用剩余的5～4個(gè)推進(jìn)器仍應(yīng)有足夠的橫向和縱向推力以及控制首向的轉(zhuǎn)向力矩。

鉆井船在總體布置上仍遵循DP3級(jí)別所要求的冗余設(shè)計(jì)內(nèi)容，但由于鉆井船艙室眾多、設(shè)備和系統(tǒng)龐雜，較之其他船型更難以布置。總體布置設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮由于動(dòng)力定位系統(tǒng)的冗余所引起的船型尺度空間要求，同時(shí)應(yīng)密切關(guān)注與鉆井作業(yè)有關(guān)的系統(tǒng)在空間和電力系統(tǒng)方面均不能受到動(dòng)力定位系統(tǒng)的影響。

4 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)IMO和各船級(jí)社規(guī)范整理和分析，總結(jié)出帶有DP3功能的船型總體布置的共性設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)典型船型總體布置簡(jiǎn)要?dú)w納，梳理實(shí)船總體布置的設(shè)計(jì)特征，可提出方向性、歸納性的設(shè)計(jì)建議。希望本文能夠?qū)P3動(dòng)力定位船舶總體布置設(shè)計(jì)提供有益的幫助。

［1］ 繆燕華，吳斐文.海洋工程船綜合電力系統(tǒng)應(yīng)用綜述［J］.船舶，2009（2）：38-42.

［2］ IMO MSC/Circular.Guidelines for Vessels with Dynamic Positioning Systems，645.

［3］ DNV Rules for Classification of Ships，Part 6，Chapter 7，Dynamic Positioning Systems，July，2011.

［4］ CCS鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范.第8篇 第11章 動(dòng)力定位系統(tǒng)［S］.北京.2012 .

［5］ 衛(wèi)衛(wèi)，李春璘，王鵬，等.動(dòng)力定位DP-3附加標(biāo)志在鉆井平臺(tái)上的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.船舶，2009（8）：34-41.