“国外科学调查船及船舶设备考察团”考察报告（摘要）

本次国外海洋科学调查船及船舶设备考察是为了了解国外先进海洋调查船水平，为正在进行的“大洋一号”船增改装工作开拓思路、提供借鉴。考察由中国大洋协会办公室组织，考察团7位成员来自国内不同部门，历时20天，先后考察了以下单位：

（2）挪威的康斯别格、霍尔顿两地的Kongsbergsimrad公司（动力定位系统和海洋数据管理系统等）；

（4）美国纽堡特（Newport）的SAIC公司（海洋综合调查系统网络建设）；

（5）美国伍兹霍尔镇的伍兹霍尔（WoolsHole）海洋研究所〔考察了阿特兰蒂斯号（Atlantis）、奥星诺斯号（Oceanus）海洋科学调查船〕；

（6）美国圣迭戈的斯克里普斯（Scripps）海洋研究所〔考察了罗杰尔雷弗勒号（Roger Revelle）海洋科学调查船〕；

挪威Hydralift公司自1968年以来专门设计和生产船用起重设备，至今已提供了6000余套船用液压式起重机，并一直保持年生产200套生产水平，其中装备海洋调查船的就有50余套，目前正准备为德国太阳号换装1套重型起重机。该公司与我国华南机械厂、中华、大连船厂均有合作生产协议。Hydralift 公司设计和生产各种型式升沉补偿系统，如主动式、被动式等，以及各种导接头和用于ROV的收放系统（LARS）等。该公司在2001年1月6日提供给我们的资料显示，他们至少出售了近50套各种规格的主动式升沉补偿装置，较多的称之为Riser Tension System。被动式升沉补偿装置出售了上千套。该公司产品在海上石油工业领域占有较大比重。

美国 Dynacon公司自1986年成立以来，专门从事应用户要求设计和制造各种缆绳作业设备，包括牵引绞车、绕平机、舷外滑轮、各种升沉补偿装置、Ａ形架等有关设备。在海洋调查领域使用较多、知名度较高：如为美国海军救援局（U．S．Navy－Su－pervisor of Salvage）提供的可收放36000英尺光缆的拖曳绞车，并包括运动补偿的收放和拖曳的起重装置；为斯克里普斯海洋研究所海洋调查船罗杰尔雷弗勒号（Roger Revelle）提供专门用于补偿拖曳深拖作业的升沉补偿装置（补偿幅度达到±3.5米）；为美国海军新造的5艘T-AGS60型海洋调查船提供了全套多种型式的绞车和升沉补偿装置系统（Slack Tentioner）。该公司产品为要求较为苛刻的美国海军所接受，考虑了较大的船舶运动幅度所引起的动载荷以及考虑了承受冲击载荷的能力是该公司产品的一大特点。

Kongsberg Simrad，ALSTOM和NAUTRONIX三个公司是世界上最有名气的生产动力定位产品的公司，均在上个世纪七十年代就推出了动力定位产品，至今已有二十余年的历史。世界上具有动力定位的船舶总共约有一千余艘。据三个公司提供的已供货产品清单，其中Kongsberg Simrad已生产800余套动力定位产品，ALSTOM生产了196套，NAUTRONIX生产了181套。

该公司的动力定位产品覆盖船舶的类型最多。该公司为数十艘海洋调查船提供过动力定位产品。本次出国考察时看到的美国海军的两条海洋调查船ATLANTIS号和Roger Revelle号上的动力定位都是Kongsberg Simrad的产品，型号是ADP－701。

该公司技术人员详细介绍了他们的动力定位产品，并进行了操作演示。在讲解时特别介绍了位置参考系统在动力定位系统中的使用经验。

该公司的动力定位产品主要应用于海洋石油的工作船，钻井船，布管船和布缆船上，用于海洋调查船的例子较少。该公司的接待技术人员没有列举出在大洋中应用的例子。该公司的技术人员详细地介绍了他们的产品，并进行了操作演示，还参观了该公司组装和调试动力定位产品的车间。ALSTOM最新一代动力定位产品采用了模块化设计，显示器采用了最新的平板显示器，与推进装置等设备的通信采用了光纤网络技术。

该公司为海洋考察船提供动力定位产品有一定的经验，比如美国Woods Hole海洋研究所的KNORR号海洋科考船和美国海军TAGOS 45海洋考察船上的动力定位系统均由该公司提供。

该公司的技术人员也详细介绍了他们的动力定位产品，并进行了操作演示，还参观了该公司动力定位培训中心。

该公司的技术人员对“大洋一号”船增改装动力定位系统的推进系统配置问题提出了大胆设想。建议将“大洋一号”船的尾部全面改造，将原主推进器和舵全部拆掉，换装两台全回转推进器，类似ATLANTIS号的艉部。

ATLANTIS号海洋调查船属于美国海军，由Woods Hole海洋研究所使用。该船的动力定位设备是Kongsberg Simrad公司1997年生产的ADP－701型，是动力定位系列产品中比较简单的一种，由单计算机系统构成。其选用的功能也比较简单，只有定点控位和航线跟踪两种自动控制功能。其操控部位的设置很有特点，除在驾驶室的主操纵台上有动力定位主显控台外，在驾驶室的左右舷各设置了一个副控台，该部位可以清楚地看到后甲板的作业情况。

该船的推进系统配置情况是，艏部有一台1180马力的全方位喷水推进器（又称White Gill Thruster），艏部配置有两台荷兰Lips公司生产的3000马力的全回转推进器，三台推进器全部由电力驱动。该推进系统的配置方案代表当今要求机动性好的船舶推进系统先进的发展趋势。艉部的两台全回转推进器既作主推用（保证ATLANTIS号最大航速15节），又在动力定位工况时提供侧向推力。

该公司的纽波特分部由Rob Morton博士创立于1979年。数十年来该公司为50余艘科学调查船集成计算机调查网络系统，包括美国海军海洋局、国家海洋大气局所属的各类调查船，其中知名的有T－AGS60级的海洋科学调查船“探路者”号、“夏日”号和“鲍迪奇”号，均装备了SAIC公司集成的综合调查系统（ISS－60）。这些船舶分别于1996、1997年服役使用。在这一系统的基础上，该公司开发了综合调查系统ISS－2000，体现了高性能的海洋信息处理技术，这一系统也已经装备了好几艘船舶，其中有菲律宾新造海洋调查船2艘，其中之一—Hydrographer Presbitero 号已于1999年投入使用。

SAIC公司提供了“大洋一号”船增改装调查网络建议，又提供3份简要介绍该系统功能的材料：

使我们对该系统具有快速又高精度的进行调查和数据处理的能力、能够实时产生数据、高效的实时处理和多种方式的动态三维显示，以及具有自动校正对中的能力有较深的印象。该系统通过数据处理中心（Data Transaction Centers，DTC’s）能与已有的调查设备、软件和数据兼容。ISS－2000的设计目标是全面集成海洋调查船上的传感器；能对单波测深仪、旁扫声纳、浅剖、CTD、XBT/XSV、ADCP、海流计，以及波、潮计等多种传感器进行综合集成；数据采集进行实时质量控制，数据存储、显示功能强。

Kongsberg Simard公司的MDM400海事数据管理系统已经售给将于2002、2003年建成的英国皇家海军的调查船HMS Echo号和HMS Enterprise号上。该调查船的满载排水量预计为3500吨，其主尺度（长×宽×高）为90×16×5.5m。

MDM400是Kongsberg simrad公司推出的用于海洋调查的海洋数据管理系统，是一个集成的客户/服务器数据管理系统，它包括数据采集、数据存储、数据显示等模块。它有以下技术特点：基于局域网（LAN）。MDM服务器是基于WindowsNT的工作站，也作为数据记录设备。数据结构标准化，容易传输、下载和处理，并且容许科学家应用自己开发的后处理软件。系统易于扩展。

Navigation system，Multibeam echo sounder，MDM 400 on a personal computer with WindowsNT, Scientific echo sounder，Sound Speed Sensor，Data logging system，Post-processing system

船上有数据记录和网络系统。计算机系统连接各实验室、首席科学家室和驾驶室。使用的是SIMARD公司的软件，具体型号不详，能集成多波束、航海、CTD等。

在此次考察中，考察团实地看到了当代海洋科学调查船甲板起吊设备中的关键设备：升沉补偿装置和导接头（或称夹紧具Docking Head），听到了几个厂家对它们的介绍。看到了几家公司动力定位系统新一代控制台的功能演示，向他们都提出了我们所关心的侧推器布置与船上声学设备的声干扰问题，在大洋上利用差分GPS所能达到的定位精度等问题。海洋综合调查网络系统的介绍，使我们看到当代的计算技术在海洋调查领域所发挥的巨大作用，它大大提高了海洋调查的作业和数据处理的效率和精度。

美国于1996、1997年相继服役的阿特兰蒂斯号、罗杰尔雷弗勒号船舶，代表了当今美国远洋调查船的最先进水平，使我们对他们新型海洋科学调查船的设计思想、设计特点和整体的技术状态有所了解。

通过此次考察所获得的大批资料中不少是国外公司来华做一般性介绍时不可能提供的，如这些船舶的总布置图、用于固定甲板设备的螺栓孔布置和施工图、介绍阿特兰蒂斯号船舶的录象带，以及用于深海作业的主动式升沉补偿装置的录象带等。因此，此次考察所获得的信息和资料，将对“大洋一号”船的增改装工程具有重要的借鉴作用。

1、灵活性——一个值得借鉴的美国海洋科学调查船的设计特点

美国的海洋科学调查船多设计成多用途的，根据吨位大小，可以承担不同广度的多种海洋科学调查任务。如美国海军的满载排水量为5000吨的T－AGS60型海洋科学调查船是设计成具有在近海和远洋执行多种海洋学的考察任务的能力，包括物理、化学和生物方面的，以及多专业的环境调查，海洋工程和海洋声学，海洋地质和地球物理，以及深海测深、重力和磁力测量等。

它特别强调了该船舶能在高海情下使用，能进行重型调查设备的作业，能为大型科学调查团组提供充分的设备布置空间和人员生活设施。

T－AGS60船舶典型的调查任务可包括海洋取样和对海表面、中层和大洋底层参数的数据采集，对有缆和自主式科学仪器进行收放和拖曳，以及对ROV的作业，可在船上进行海洋物理的数据处理和取样分析，具有精确导航，按航迹机动和定位控制的能力，以支持近海和远洋的调查活动。由此可见，它十分类似于“大洋一号”船拟通过增改装所欲达到的目标。

美国于1997年投入使用的满载排水量达3500吨的阿特兰蒂斯号调查船则既是一艘多用途，又配置了专门的设施以支撑阿尔文号（Alvin）载入深潜器、Jason号ROV和ArgoII、DSL120型深海探测拖体的海洋科学调查船。

但并不是，也不可能每一调查航次都会执行所有的各种调查任务，而是每一个调查航次都将合理地组合由多个不同单位提出的不同的科学调查项目，从而充分发挥调查船应有的使用效率。

正如“The Research Fleet UNOLS”中指出那样：“每一个航次所使用的调查设备，实验室仪器可以是完全不一样的。一个航次要求的是为显微镜提供长桌，而下一次要求的是为精致的计算机提供布置位置和电源，接着的航次要求的是为水生物箱保证活水和配置现代化学精细的分析仪器”。

为了适应这样一种使用模式，美国海洋科学调查船的设计贯彻了它执行科学调查任务的这一灵活性的设计思想，从而使该型船舶的设计具有灵活性这一设计特点。它主要表现在下面几个方面：

（1）尾部进行调查仪器收放等作业活动所需要的甲板设备，如Α形架、各种起重机和绞车，包括液缸-滑轮式升沉补偿装置等附属设备的布置和固定均可根据需要，采取可拆卸、可移动式的。其办法是在甲板上按2英尺见方，全面地设有1英寸直径2英寸深的螺栓孔，届时就可以按每个航次具体的调查任务需要，配置和布置固定必要的甲板吊放设施。如T－AGS60船上的尾部Α形架是可收藏式的，升沉补偿装置也是可拆卸式的。

（2）进行调查仪器收放等作业活动的尾部甲板具有较为宽阔工作面积，T－AGS60海洋科学调查船的这一作业甲板面积为325m²，外加可布置4个各种用途的20英尺集装箱；3500吨的阿特兰蒂斯号船也保证了325m²（B×L=16×20m²）的甲板作业面积；

（3）设置尽可能通用的实验室，以满足每个航次上船的科学家按各自的需要布置和使用船上的实验室，为此，T－AGS60海洋科学调查船上设置了面积达232m²的主实验室，实验室总面积达372m²。3500吨的阿特兰蒂斯号船上的实验室总面积也达到同样水平；

（4）T－AGS60主实验室的前2/3地方为数据处理区，后1/3地方的甲板上，以及实验准备室（staging bay room）和湿实验室的地板上，均设置有2英尺见方的，3/4英寸的螺栓孔隔栅，而在实验室的隔壁和天花板上则设置统一的撑架条用以固定临时上船的设备、工作台等；在天花板上则敷设了任务电缆系统（mission cable way system）以便于连接或拆走使用的设备。阿特兰蒂斯号船上作业甲板和实验室内的这种螺栓孔总数达到了3000个。

（5）把作业甲板向舷外3周的舷墙作成可按分段拆卸式的，在有的地方则是可开启式的，以便于在港内进行重量重的或尺寸大的物品起吊作业。

这次到伍兹霍尔海洋研究所考察阿特兰蒂斯号（Atlantis）和奥星诺斯号（Oceanus）海洋科学调查船，以及到斯克里普斯海洋研究所考察罗杰尔雷弗勒号（RogerRevelle）海洋科学调查船，虽属于美国海军所有，实际上交给民用研究所或大学管理使用，不少技术资料都已及时在国际互联网上公布，使得准备考虑使用该船来进行科学研究工作的科学家可及时地，较详细地了解该船以作出选择。

互联网上还公布美国这些科学调查船的航次日程安排，它的准确程度使得我们这次考察能够在北京出发前就计划好及时到达它们所在城市，并在阿特兰蒂斯号自1997年6月执行航次以来第一次返回母港的第二天，以及在罗杰尔雷弗勒号即将去船厂修理的前一天（均是周末）实现上船参观的愿望。

干舷问题是一个设计折衷的结果。海洋科学家要求方便地从海洋里收放他们的科学仪器，希望尽量快速地、安全地从有风浪的海面收放它们，科学家的这种降低作业甲板干舷高度的要求应该是造船工程师确定船的尺度时，以及布置调查作业的部位时所首要关注的，并尽可能予以满足的。

但是过低的尾部作业区甲板的干舷高度，不仅对全船的航海性能有一定影响，而且直接影响到尾部甲板上作业的安全性，无论对人员或仪器。干舷愈低，这种现象就会在较低海情下发生，影响调查作业，于是调查船能有效进行调查作业的海情就比较低，它全年的可作业时间也就相对较少，它们的使用效率、效费比也相对较低。而干舷相对较高的船，则会有助于提高其全年的科学调查使用率。不同吨位的海洋科学调查船应要求在何等海情下能有效进行调查作业？在所考察的美国调查船的资料中，包括网上的资料，对此没有明确的说法，但是伍兹霍尔海洋研究所为该船的设计，制订了一个衡准，见下表：

这个衡准与军用舰船上适用于直升飞机和海上补给作业的衡准条件很接近，由此可以大致估计出，900余吨的奥星诺斯号（Oceanus）海洋科学调查船可能在3～4级海况下有效进行调查作业，而3500吨的阿特兰蒂斯号（Atlantis）和T－AGS60型美国海军科学调查船则可能在4～5级海况下有效进行调查作业，这一点可以先作参考。

对于适用于远洋作业的考察船，从接触到的一些调查船来看，其作业甲板的干舷高度一般都在3m左右。而前苏联的调查作业甲板则是具有较高的干舷高度，达到了4.5至5m的数值。分析其原因，可能有以下几条：

估计其一，由于80年代及以前的国际政治环境，前苏联远洋科学调查船不易从国外的港口得到各种补给和后勤支援，因此它们的设计要求具有较长的续航力和自持力，从而需要携带较多的油水、食品等各种储备。因此前苏联的远洋科学调查船的设计主尺度和吨位就较大，按比例，它们的干舷也就必然较高。

其二，前苏联的设计舰船实践是相当重视保证它们的航海安全性的，对舰船的稳性、不沉性、强度、适航性的设计均留有较多储备，强调据此而优化设计确定舰船的主尺度，而舰船的长、宽和型深是最重要的3个要素。美国海军曾对此作过专门研究，承认前苏联在这方面的长处。

其三，前苏联的海洋科学家接受了外部环境的制约因素和船舶总体设计强调保证全船远洋航行的安全性和工作效率，给他们所造成的较高干舷的作业条件。转向要求在甲板起吊设备上加以改进，以实现安全而有效的调查作业。后来建成的科学调查船的甲板起吊设备的结构形式和配置都有了很大改变，以适应多学科的海洋调查需要，如1989建成的“盖勒若克”号船。

根据手头资料，现将美国和其它一些国家的海洋科学调查船的干舷高度列表如下

国家	美国	美国	美国	美国	德国	德国	日本	中国
船名	奥星诺斯号	奥诺号	阿特兰蒂斯号	探路者号	太阳号	流星号	Kairei	大洋一号
排水量（t）	977	2728	3566	5080	4734	4780	4628	5660
长度（m）	54	85	84	100.3	97.6	97.5	105	104.5
型深（m）	7.7	8.07	8.07	8.60	9.3	7.7	7.3	10.2
吃水（m）	5.3	5.80	5.18	5.80	6.8	5.6	4.5	5.86
干舷（m）	2.4	2.87	2.89	3.40	3.1	2.8	2.8	4.80

在不平静的海面，对设备进行的安全有效得收放，其首要的影响因素是吊放设施的吊钩伸出舷外的距离。Hydralift公司2000年10月来华洽谈时写下的纪要中就已指出：“对起吊作业安全来说，A形架水平伸出船后的距离是极为重要的”。Hydralift、Dynancon和Harbor Branch Oceanographic Institution 向我们建议的A形架伸出船后的距离均达到了5.5～6m，而不是现“大洋一号”船A形架所达到的2.2m。这些公司建议的A形架向尾部旋转出去后，均可达到与水面成30度的夹角，A形架的整个旋转范围可达90度，而现在“大洋一号”船上的A形架只能对应地达到45度和55度，远不能适应各种科学仪器的收放。

补偿装置可以区分为主动式、被动式等等，它们的应用范围也不同。各家公司对它们的定义和称呼也有所不同。

在Scripps海洋研究所考察R/VRogerRevelle船时，我们看到了由DYNACON公司提供的用于深拖的升沉补偿装置，据介绍，如果不用升沉补偿装置，拖体在水下运动的升沉波幅达5～10米时，用了升沉补偿装置后，拖体在水下运动的升沉波幅可降低到1～2米，有利于获得高精度、高准确度的调查数据。

考虑到深拖调查是大洋调查的基本和重要手段，因此加装升沉补偿装置是必要的，其类型可选择被动式或主动与被动相结合的型式，导接头应主要为ROV配置，兼顾深拖等重量大、价钱贵的测量设备。

现将美国阿特兰蒂斯号、罗杰尔雷弗勒号和T－AGS60型多用途海洋调查船舶的起吊设备与我“大洋一号”船的现配置列表如下，以供比较。可以看出美国船上配置的起重设备的数量与能力均较强。

船名	阿特兰蒂斯号	罗杰尔雷弗勒号	T－AGS60	大洋一号
吨位	3566	3566	5080	5680
Ａ形架	英国Caley公司带导引头1台，设计安全工作载荷为20吨，可起吊18.5吨的Alvin载人潜器。	FritzCulverA形架，用于拖曳和其它舷外作业，载荷能力为8吨。	FritzCulverFCDB-151ZO和FCDB-1096型各一装于尾部和舷侧，系可收藏式 U形架。	俄国A形架，据说起吊能力5吨，拖曳可达25吨。
起重机	l）North American Alaska MCS1565-NO型伸缩吊2台，固定装于上甲板和01甲板，最大伸出距离21m，起吊重量19吨/3m距离，海上需降负荷使用； 2）Morgan可移式折臂吊2台，最大伸出距离8m，起吊重量1吨； 3）伸缩式起重杆2根，装于02甲板上，用于水文的安全载荷为6.8吨，用于ROV收放的为11吨。	l）同左，为MCT1565型伸缩吊2台； 2）Morgan可移式折臂吊2台，规格同左； 3）而伸缩式起重杆只于右舷02甲板1根，规格同左注 * MCT可能与左面的MCS为同一型号。	1）拖曳用Appleton Marine KEB50-35型1台； 2）Allied Marine TB80-80型伸缩吊； 3）HIAB180型折臂吊1台。	1）伸缩吊2台，起吊能力4吨； 2）水文吊1台； 3）折臂吊1台，起吊能力0.8吨。

1）本船装动力定位系统所引起的问题对“大洋一号”船增改装动力定位系统的研究迄今尚存在一些值得进一步明确的问题。该船现装有的，用于改善船舶操纵性的首侧推，据科学家反映，在船首吃水较浅，侧推不工作的情况下进行船载多波束调查时，发现后者受到可能是首侧推开口等引起的水动力噪声干扰，因此担忧本增改装所加的动力定位系统的新首侧推，会不会再次引起这一声干扰问题。就此问题考察团咨询了几家公司，但是没有获得很明确的答复。比较一致的意见是这类船载水声系统安装于自船首算起的1/3至1/2船长处，应该是较为理想的位置。如果多波束的安装不是与船底齐平，而是突出于其下0.6m的话，这种声干扰现象将进一步减小。增设新的球鼻首可以把首侧推位置前移是好的，是有利的。但是球鼻首可能引起的水动力噪声，却是一个新的不确定因素。

讨论中引出的新问题是进行多波束作业时，需不需要采用动力定位系统的自动保持航迹工作模式，如是，处于工作状态的首侧推也会引起水动力噪声问题的，但是后一新问题也是不可能不考虑的。在原来对“大洋一号”船增改装动力定位系统的研究中集中于考虑其控位（Station Keeping）能力。现代的动力定位系统有多种应用工作模式，包括自动保持航迹，ROV跟踪等等。“大洋一号”船需要那几种，应根据调查作业的需要于以研究明确。

在与Nautronix公司的Bill Gronvoid先生讨论时，他认为不仅“大洋一号”船首部安装新的侧推器会出现这样那样的问题，同时安装尾侧推器的位置由于受到轴系的影响也不理想，可能使其发出的推力受到损失。因此，他向我们提出了一个新的增改装设计思路：把轴系、减速齿轮箱去掉，装上2套2500kw的发电机组，由主柴油机驱动；在尾部装2套全回转式舵桨（Steering Thruster）代替舵和螺旋桨。这是一个大胆的思路，因为这样，就可以把本船的推进方式改进，提高到现代海洋科学调查船的装备水平。这次所考察的美国1996、1997年建成的阿特兰蒂斯号、罗杰尔雷弗勒号和美国海军于90年代新造的T-AGS60型4艘海洋科学调查船都是采用这样的柴电推进和动力定位方式。但是新方案改造的费用和工程工作量将剧增。

现代海洋调查船上的网络应该不仅能够集成各种调查设备，而且其推进、电力、动力定位、导航通信以至全船损害管制，全船的行政、生活管理，均可建立不同层次和范围的网络，以至形成全船的网络系统，从而大大提高全船的使用水平和效率。这次考察在提供动力定位系统的公司听到了他们可以提供其它的上述船用网络（如 Nautronix公司的 VMS 5000船舶管理系统（Vessel Management System））并可与动力定位的控制网络综合在一起的介绍；也在所考察的美国调查船上，看到了这样的现实。他们的船员住舱也配备了相应的计算机接口，能上网。因此，无论是研制一艘新船，还是改装一艘旧船，都有必要综合考虑全船的网络建设问题，并有一个合理的建设方案。

“大洋一号”船需要的网络系统，应根据“大洋一号”船的具体情况定制。因此，在订货时应向系统集成商提出网络系统的基本要求。

运动项目	限值的均方根	换算到有义值
横摇（度）	3	4.2
纵摇（度）	2.5	3.5
升沉（英尺）	2.5	3.5
垂向加速度（g)	0.1	0.14