海监执法船设计探讨

调查，国家海上安全受到严重军事威胁，迫切需要进一步加强海上维权执法力量，有理、有利、有节、有效地维护我国海洋权益。为此国家近年来不断加大维权专用执法船的投入力度。这种介于军船与民船之间的海洋巡视执法维权的船舶主要在我国领海海域以及专属经济区和大陆架内执行定期巡航，监察，保护海洋环境，维权执法等任务。

2 海监执法船的设计特点

海监执法船的设计通常有以下几个特点：

1）海监执法船要求外形庄严威武，具有明显的执法船特征；设计水线以上船体外表以白色为主基调，在明显位置涂有中国海监的徽标。

2）良好的稳性、适航性和操纵性；

3）较高的航速以满足执法的需要；

4）与使命任务相适应的执法装备；

5）具备必要的威慑手段。

3 主要技术指标的选择

主要技术指标対船舶的总体性能、总投资和使用的经济性影响极大，是设计的基本输入。制定合理的技术指标无疑具有重要意义。

3.1 航速

90年代，公务执法船的最高航速大多数在16～20 kn范围，随着执法的需要，近年来航速增大的趋势较明显，排水量千吨级以下的中小型海监执法船最高航速达到18～25 kn，甚至更高；排水量千吨级以上的中大型海监船最高航速多为18～20 kn。

若航速选择过高，主机功率将迅速增加，导致经济性恶化。实际上在现役的中小型海监执法船中通常都配备1～2艘高速工作艇，其航速在25 kn 以上，用于辅助执法，以弥补母船航速的不足。

3.2续航力

续航力主要根据使命任务确定，随着海监执法船的大型化及巡航执法半径的不断扩大，对船舶续航力的要求也不断提高。不同吨位级别的海监执法船续航力大致见表1。

3.3 自持力

300 t级以下的沿海航区小型海监船自持力一般在15昼夜以内，500 t级以上一般要求自持力不小于15昼夜，千吨级以上通常不小于30昼夜。自持力対总体性能影响最大的是淡水装载量，而不同海区船舶用户対淡水量要求差异较大，设置制淡装置补充非饮用淡水可以大量减少淡水装载量，是一种较好的技术解决方案。

3.4 适航性

500 t级以上的海监执法船通常要求在5级海况下执行巡航任务，7级海况安全航行，抗风力≥10级。为满足和改善船舶适航性，除在型线设计方面进行优化，包括选择适宜的干舷、较大的船首高度以减少甲板上浪。通常还设置减摇装置，一般采用固定式减摇鳍，在高速时，减摇鳍的减摇效果相当明显，如某船在五级海况，航速17 kn时，启动减摇鳍后，船舶剩余横摇角幅度平均值不大于3°。但减摇鳍在船舶低速航行时的减摇效果不理想，因而対配置直升机的大型海监执法船，通常设置减摇水舱，以满足高海况下直升机的安全起降。

3.5 操纵性

为改善船舶的操纵性，中、大型海监执法船通常应配置侧推装置。侧推装置一般采用电驱动型式，侧推功率的选择应与电站功率综合考虑，除非特殊要求，侧推功率建议不必太大，以免电站功率大幅提高。

不同排水量海监执法船主尺度大致如表1所示。

4 总体设计

4.1 船长选择

対船长的选择，通常更多从阻力的角度考虑，采用较大的船长，以获得较大的长宽比、较小的方型系数和合理的傅氏数，尤其避免傅氏数处于阻力峰区，从而控制推进主机总功率，提高经济性。

4.2 型线设计

海监执法船通常采用较大的前倾和首部外飘结合方尾轮廓线，又因采用了较大的船长和长宽比，带来一种威武和速度感的效果。対小型海监船，采用圆舭艇型线可获得较好的阻力性能，但适航性较V型艇型线稍差，采用由圆舭向尾部过渡到折角型线可兼顾阻力性能和适航性。

4.3 控制排水量

小型海监执法船要求的设计航速往往较高，而排水量対高速船的影响尤其敏感，故排水量控制在设计中应高度关注，采用铝质甲板室、应用轻质材料、选用轻型设备，合理的燃油、淡水装载量等都是降低空船重量和总排水量的有效技术措施。

4.4 提高居住性

海监执法船往往需要较长时间而且在经常在较恶劣的海况条件执法，除3.4所述改善适航性外，対居住性设计以及内装设计应以充分考虑，为执法人员提供较好的生活和工作环境。居住舱室一般不宜超过4人，尽可能设置较多的单人或双人间；合理设置卫生间、洗衣间；条件许可，应设置适当的娱乐场所和设施。空调设备的选型应选用可靠性高、信誉度好的产品，机组容量应有一定的裕度；采取有效的技术措施，保证驾驶室、无线电室和居住舱室具有较低的噪音。

5 轮机设计

5.1 推进系统选择

由于使用习惯的关系，海监执法船推进方式通常采用双机双定距桨推进，也有双机并车单调距桨推进，另外为避免长时间低速巡航时双机长时间低负荷运行也有采用三机三定距桨的，大型海监船中国海监83，采用电力推进，吊舱推进器，提高了船舶的机动性，同时可降低水下辐射噪声。

如果采用三机推进，推进器可采用定距桨，相对于调距桨造价可明显降低，如果采用双机推进，巡航速度与最高航速相差较大，巡航时主机负荷会很低，有些甚至低于50％，若需长时间低速巡航，建议配置调距桨或采用三机三定距桨，可提高船舶机动性，实现多航速运行。表2列出某海监执法船两种推进方案对应的不同巡航速度。

中小型海监执法船主机通常采用船用中高速柴油机，大多数为高速机，功率密度大，可提高机舱容积率，常用的柴油机品牌有MTU、CUMMIS、CAT、TBD系列柴油机及其它同类柴油机，其中TBD系列柴油机引进DEUTZ技术生产，性价比最高，特别适用于总投资受限的海监船项目。

由于使用习惯等问题，海监船通常要求采用双机双桨，最大航速时主机用到最大功率，巡航时全船需要的功率通常不足最高航速时的50％；対双机双桨的船舶，若采用1台主机运行，船舶不易操纵，因而不会单机长时间运行。巡航工况两台主机运行，每台机功率负荷可能低于50％，而绝大多数柴油机不允许主机长期低负荷运行，经济性差，气缸易积炭，主机冒黑烟。表2列出了某海监执法船设计论证时进行的不同航速时主机负荷对比，可见对不同航速要求采用三机三桨推进主机负荷情况较好，也就是说三机三桨推进更利于实现船舶多航速运行。

表2 某海监执法船两种推进方案参数对比

由表2可见，无论是双机推进还是三机推进采用定距桨均无法实现船舶的低速甚至极低速航行，对于需要执行深海取样调查任务的海监船，可采用调距桨或吊舱推进器，必要时加装动力定位系统，以便船舶执行相关取样调查任务。

5.2 空调设计

空调制冷机组制冷量的选择主要依据舱室空调热负荷计算来确定，目前空调热负荷计算主要有两种方法，一种是依据GB/T 13409-92《船舶起居处所空气调节与通风设计参数和计算方法》标准进行计算。一种是按不同甲板单位面积热负荷经验值进行估算，第一种方法需要根据舱室甲板隔热情况进行传热系数的计算，如果实船建造时甲板装修材料和装修方法与设计时不同，舱室热负荷会有变化，通常设计时会按两种不同方法进行计算对比。实船设计经验证明，第一种方法计算出来的舱室热负荷比第二种方法偏低，因此通常参考第二种方法选择机组制冷量。在空调设计中，设计环境条件通常以夏季大气温度35 ℃、水温32 ℃、相对湿度70％；室内温度27±2 ℃，相对湿度60％作为基本的设计参数。设计时还应考虑船舶使用海域的气候情况适当增减机组制冷量的选取，対热带海区使用的船舶，空调机组制冷量应有足够的裕度。

空调的形式有很多种，本文主要探讨两种不同制冷/热能量传递途径的优缺点，一种是通过冷媒水管向舱室内风机盘管传递制冷能量，另一种是通过风管直接向舱室传递冷风。冷媒水管比起风管占用空间大大减小，水管通过处便于保持舱室结构水密性，布置灵活，节省空间，特别适合舱室层高比较紧张的中小型海监船，但是冷风分布不均匀，还需注意的是当末端风机盘管采用顶置式时，若安装不当往往容易出现冷凝水渗漏现象，采用落地式轻薄型风机盘管，可解决渗漏的问题。大型海监船多采用风管直接传递冷风，这样可以保证冷风分布均匀，但是风管占用空间较多，不易布置，易破坏舱室水密性。设计时可根据实船舱室设置情况灵活选用。

5.3 提高轮机自动化程度

按CCS规定机舱自动化分为三个等级，入级要求分别为：

AUT-O：要求推进装置由驾驶室遥控，机器处所包括机舱集控站周期无人值班；

MCC：机舱集控站有人值班对机电设备进行监控；

BRC：推进装置由驾驶室遥控，机器处所有人值班。

为改善轮机工作人员工作环境，即便是150 t级的小型海监船如果空间允许也建议设置监控室，可监控轮机主要机械设备的运行，控制发电机组的紧急起动、停车等。

海监船的机舱自动化等级一般参照MCC等级要求设置监视项目和控制动作，随着陆上生活自动化程度的不断提高，船员对船舶轮机自动化的要求也在不断提高，设计时除了满足MCC等级要求外，应尽量考虑减轻船员劳动强度的一些自动化设计，如燃油舱、淡水舱采用高低液位报警，水线以下舱室设置浸水报警或自动排水等。

5.4 噪音控制

降低噪音可直接改善船上工作环境，提高船员健康水平，虽无关船舶安全运行，但是特别值得关注的设计细节。GB5979-86《海洋船舶噪声级规定》对船上驾驶区、机舱区、起居区以及厨房区作了明确的噪声级别限制要求，设计时可选用低噪音设备，如选用低噪音主机和低转速泵、风机等，设置消音器，机舱壁采用阻尼材料隔音，隔断噪声船舶途径，光顺风管和通风道的走向，保持风管内部光滑，这些都有利于减小船舶噪音。

实船试验表明即便是设置集控室，采用柴油机推进的船舶集控室内的噪音仍然达到70几分贝，对于长期在集控室值班的工作人员伤害还是很大，如果能降低船舶噪声主要来源即降低柴油机的声功率级是减小全船噪音的根本。

5.5 节能环保设计

船舶柴油机有大约50％的的热量随着冷却水、排烟和热辐射等损失掉，如果能充分利用这些热量不光可以提高船舶燃油的有效利用率，同时还可以减少其它换热设备的选用。如排气消音器需要包敷50～100 ㎜厚的绝热层才能保证外表面温度低于规范要求的60 ℃，排烟温度400 ℃左右，如果能利用排气消音器热量加热生活用淡水，不失为节能环保的首选装置，既可以消音，又可作为换热器。

6 执法装备配置

海监执法船要执行任务，需配置必要的执法取证设备，用于威慑和打击侵权船只和行为，调查取证等。

6.1 执法装备

通常要求配置高速工作艇、警灯、光电平台（带红外功能）、卫星实时传输系统、无线图像接收系统、AIS接收设备、保密通信设备、环保执法取证设备等。

大型海监执法船（如1 500 t级以上）一般应设置直升机起降平台及配套系统和设施。

根据船东要求配置其他特殊用途装备。

6.2 威慑手段

作为执法的威慑手段，海监执法船通常配备舰用高射机枪类轻武器。小型海监执法船通常只配置强光灯、强声设备和高压水防暴系统，系统配置与对外消防系统基本相同，也兼作对外消防用，一般设置水炮1～2门，布置在较高甲板处，可360°回转，防暴压力一般不超过1 MPa，射程40～100 m不等。

7 海底门装置设计探讨

关于主辅机等需用冷却水的设备采用两个共用海底门还是分设海底门是个值得讨论的问题，由于设计、建造和使用的习惯目前采用海水总管型式居多。但据笔者对某海监执法船采用不同型式海底门进行重量统计对比后发现分设海底阀箱装置总重量较轻，见表3，最主要的可以减小管路湿重，提高冷却系统的可靠性，避免主辅机、消防泵、空调等设备抢水，同时海底门位置布置灵活，是值得推荐的海底门型式，缺点是船体外板开孔较多，施工工作量相对较大。

8 结束语

维护海洋权益是海监执法队伍光荣而艰巨的使命，设计性能优良的海监执法船是设计单位不断追求的目标，服务顾客是605院坚守的设计理念。我们期待更多参与各级海监执法船的立项论证和设计工作，为用户提供性能优良的设计方案和技术服务。图1是我院为广州市南沙海监大队设计的150 t级海监执法船。

图1 广州船舶及海洋工程设计研究院设计434厂建造的中国海监9009