我国内河航运的国之重器一“挠性连接”顶推船介绍 船舶设计•张仁钧 ／文字摘编•胡志林 2020.08.04

溪石

导 语

我国进入新世纪以来，在经济持续增速发展的带动下，内河航运实现了跨越式发展。2021年，全国内河货运量21亿吨，连续10年排名世界第一，内河货运周转量6565亿吨公里，首次排名世界第一，全国内河航道通航总里程12.46万公里，长江和京杭大运河成为世界上运量最大的河流和运河。还开建赣粤大运河，使珠三角经济圈到长三角经济圈和成渝经济圈的船舶通航里程缩短1000多公里，成为我国第二条大运河。同时，加快了内河黄金水道和码头建设，为我国实行铁水联运、陆水联运，江海直通、干支直达的内河航运新格局奠定了良好基础。随着内河航运的快速发展，我国一种达到国际先进水平的内河运输工具一一“挠性连接”顶推船，正应运而生，呼之欲出。



上图：欧洲“挠性连接”船在高架河道上航行（此图由上海港2019年在欧洲考察时拍摄）

【一】国际船运发展历程回顾

回顾世界内河航运发展历程，自内燃机动力应用以来，先后经历了4个阶段：

1，二战前后的“拖带船队”逐渐淘汰；

2，单个机动驳局部兴起；

3，至上世纪60年代左右出现“顶推运输”（世界发达国家）；

4，七十年代出现了一种被称为“挠性连接”的新技术。

直至今天，这种“挠性连接”的新技术仍标志着内河船型最高、最新技术——使内河航运实现“全内河”通航的大吨位运输。

上图：欧洲“挠性连接”顶推船过高架窄弯渠道

【二】我国内河船运船型落后现状

目前，我国的内河船型技术的发展仍停滞在“单个机动驳”的阶段而不前，相比国际落后近50年。致使内河航运发展长期处于举步维艰的境地，相当程度上反映出我国现状落后的面貌和差距所在。

目前，我国传统船型（例800吨级、48标箱机动驳）之所以走向“劣化”极端，是受限于客观航道条件的必然结果——即船长已达60米，再增长度必定过弯时受阻，而在经济性上载量又大大不够，只能“顾此失彼，不得已为之”。

上图 我国内河航运现状

【三】我国“挠性连接”船的诞生

目前，我国借鉴国际“挠性连接”技术，经过反复研究实践，已经研发出符合中国江河联运并具有世界先进水平的“挠性连接”顶推船，并经过实体船的内河运载检验，具有运载量大，适水性强，经济效益高的优点。

目前，我国设计的2500吨级120TEU“干支直达”集装箱新“挠性连接”顶推船，即将投入建造，运载量是传统运输船48个标箱2.5倍，运输成本比传统运输船节省了2.5倍，装卸时间比传统运输船节省了2.5倍。

与此同时，新近又成功研发了3000吨级可装载70个超重集装箱的挠性连接顶推“重载集装箱”船，将成为与重载铁路铁水联运匹配的新船型，极大提高了内船舶的运载力。

我国挠性连接顶推船的成功开发，标志着我国内河航运进入了一个暂新的时代和新的里程碑，跟上了国际内河船运的新型船的发展步伐，必将成为我国内河航运的国之重器。

上图： 我国“挠性连接”顶推船试航

【四】“挠性连接”船的巨大优势

在经济学观点上看：从拖带船队到单个机动驳的演变，促进运输方式变革与进步的因素是运行速度（拖带船队平均航速为3～5公里/小时，机动驳为10～12公里/小时），从单个机动驳到分节驳顶推船队（或机动驳顶推船组），动因在于扩大载量和降低营运成本，而“挠性连接顶推船组”则进一步提高了内河船舶在支流弯窄航道上的适应性，并为运输船舶向大型化方向发展提供了可靠的技术支持。

1，载重量大。目前这种新船型最大载货吨位达到4000吨级。

2，适航性强。所通航的区域包括干流（我国标准二级以上的航区，例长江干流）适航以外，其支流航道（即.我国标准四级）照样能顺利安全通航，使整个航道的通航效率提高8倍！

3，效益大幅度提高。与单个“机动驳”相比，在实现同航速运行条件下，单位功率推载量指标从单个机动驳航行的1吨/马力提高到4--5吨/马力，油耗相应可下降50%以上，由于船员人数无需增加，新技术应用使内河运输优势得到真正的发挥。

4，”挠性连接”船节能优势显著。与现有机动驳船相比，节能率可提高50%以上。

5，“挠性连接”船的技术优势。（1）船组可实现精准可控的挠性弯折，使“大长船体”可随河道弯折而顺利通过（2）在通过狭窄和弯曲半径较小的航道时，挠性顶推船组的外飘航迹小，避免了尾部水流分离而减少过弯阻力。（3）采用“中平底，敞斗型”横剖面线型，有效改进减少阻力。（4）通过优化线型设计，采用“尾部大削斜、桨舵工作流场优化”等技术，既减小阻力，又提高推进效率。

上图 欧洲“挠性连接”顶推船

【五】“挠性连接”船的基本原理

所谓顶推船组的“挠性联接”，也称“两船纵向可弯折联接”，其联结的基本原理，用图示法可简单的示明如下。（见图1，本图摘自欧盟杜伊斯堡船舶研究中心技术文件）在美茵河为莱茵河支流，其通航能力相当于我国大运河的四级航道，在急弯处当两船交会时，由于顶推船组采用了主动式的“挠性连接”装置技术，通过首驳与尾驳之间精准实现相对的折曲一定角度，可顺利地通过弯窄航道，保障安全交会。

在西欧内河水系发达地区，为了方便沟通，实现水运四通八达，不惜重金，建设“立交运河”，在上下两层航道上可无障碍的立体通航。特别值得关注的是，立交处的航槽，可保证4000吨级大型顶推船队安全航行。

上图：“挠性连接” 顶推船结构原理

【六】国际“挠性连接”装置对比

国外早在上世纪70年代，航运发达国家曾掀起一股“挠性连接装置”的研究高潮，出现了许多形式的专利，但最后付诸实施的只有以下几种。我国”挠性连接装置”的研究虽然起步较晚，但更具一定的优势。

　1、东欧（前苏联）的代表形式

东欧付于实用的挠性联接装置——被称为“转架式”是挠性联接器，由前苏联中央设计局设计，拥有专利，具体形式如下：

它的特点是在推轮（或机动驳）上设置“转架”（该转架宽近10米），转架于船体通过一个大型铰支连接，该铰支为两船铰接受力中心，机构庞大笨拙。

铰接动力油缸设置于转架后方左右两边。

转架前方外侧设置左右自动锁（称“乌特尔自动锁”），与被推驳船钳接，该自动锁上有上下2.5米垂向自由度，以调节两船不同装载下的高低差和风浪引起的落差。

主铰接力由两只油缸推拉控制，控制两船弯折。左右最大挠折角度为23度。

上图 东欧（原苏联）转架式“挠性连接”装置

　　2、西欧的代表形式

西欧付于实用的挠性联接装置，被称为“双臂式”挠性联接器，由隶属于欧盟的杜依斯堡研究中心研制（原欧盟国家统一保用这项技术），拥有专利。

西欧（德国杜依斯堡的HA-DU）“挠性联接装置”具体形式如下图示。

上图： 西欧国家的“挠性连接”顶推船装置

　　3、我国“挠性连接”装置优化

我国的”挠性连接”装置可称为“单臂双钳式”，是自主核心技术。（如下图）

　 “挠性连接”装置的特点是设置单支动力臂，位于中部，臂内配有油缸为主动力。

左右两舷侧设置“左右自动锁钳”，该锁钳利用了我国“刚性联接”的船用标准型机构，有自动（开闭钳）和手动两用功能。

挠性弯折的铰支点设于左右两钳体上，控制“此闭彼开”来实现左右转向（弯折）。

左右两铰支设于船体首端折角处（结构强度大），铰支本体超强度设计（为系接力7倍），经上述两大“实船营运”长期试用，证明安全可靠（无维修记录）。

本装置也具有上下2.5米两船间垂向自由度。

两船联接或解脱可在5秒内完成。

本装置挠性弯折角达30度左右（比国外的大7度）。

上图 我国“挠性连接”顶推船装置更优化

【七】3000吨“重载集装箱”专用船

目前己设计出3000吨”重载集装箱”挠性联接专用船。其特征：

1，"重载集装箱”专用船。即专门适用于装载重量达到或超过50吨(20英尺级)，100吨(40英尺级),铁路集装箱（敞箱顶）的装载；

2，整个船组"平底”货舱面积达到和超过1000平方米，满足总载量达到3000吨级的集装箱"落舱”布置。保证装载安全和装卸便利；在60米(以内），主旨满足"分拔”电厂码头或港池的港区作业需要；

3，满载吃水控制在2.8米左右，满足支流三级航道标准水深和长江干流段枯水期通航水深的基本要求，适航于"全年”通行要求；

4，建造级别为"内河 A 级”；

5，"挠性连接”二船长度各控制在60米(以内），主旨满足"分拔”电厂码头或港池的港区作业需要；

6，全船组主尺度120x12.6x3.8(总长 L 、型宽 B 、型深H)；

7，装载重心(纵向）由设计定位，以满足集装箱装载重心不可调(散装货堆装重心可调)的严格要求；

8，经与交通部专家(水运院、水科院)全面讨论，得到一致支持。

上图 欧洲“挠性联接”顶推船

【八】我国“挠性连接”船亟待推广

为了验证国外成功经验对我国航运的适应性，我国“挠性连接”船经过大量研究和试验性实船营运实践，现已获得成功。

该”挠性连接”船可轻松通过曲率半径为全船长2倍的小弯（常规为3倍以上），由此解决了船体长度增加与弯曲半径小的通航矛盾，适航于支流河道。 我国第一艘试验性实船，在江南水网地区航道上安全营运一年后，经国家交通部门和上级科学部门联合组织鉴定，对研究成果和试验性实船均给予了充分的肯定。其鉴定意见的结论是：

挠性联接船比刚性顶推在转弯半径上减小60%，船的横飘也小……此于上述国外结论基本一致。

挠性联接顶推船组通过优化线型设计，在纵横两个方向及首尾线型性能指标上达到了最佳值，是这种新型运输方式的理论基础，是得以大面积持着推广的科学依据所在。此外，通过动力装置系统和挠性顶推装置等的合理匹配，以及采用“尾部大削斜、桨舵工作流场优化”等技术，既减小阻力，又提高推进效率，节能减排效果明显，巨大的优势为我国推广应用提供了可靠的理论与技术保障。

值得说明的是：传统船型（例800吨级、48标箱机动驳）之所以走向“劣化”极端，是受限于客观航道条件的必然结果——即船长已达60米，再增长度必定过弯时受阻，而在经济性上载量又不够，只能“顾此失彼，不得已为之”。 而采用挠性联接的顶推船组，可安全地通过内河弯、窄、浅航道（段），扩大船舶载重量，是内河船型向现代化和节能减排、绿色环保型发展的必经道路之一。

如果我国在不久的将来能快速全面应用该新技术，将在改变内河面貌同时，也为西部开发、腹地扶贫、大资源利用起到战略性推动作用。此仅举一例予以提示：按我国现行条件，挠性联接船组的载量可达到2500～3000吨级，从而可有效地实现干支直达，这种“一程化”运输方式将为全社会现代化发展进一步提供运输和物流保障。国际航运发展历史已经证实了这一点。

经过多个阶段科研攻关和设计优化，目前2500吨级120TEU“干支直达”集装箱新“挠性连接”顶推船即将投入建造，标志着我国内河航运进入了一个暂新的时代。

 上图 欧洲“挠性联接”顶推船

结束语

根据报导目前欧盟27国中，大宗散货水运的比重已占整个内陆运量的25％一30％，且逐步向着更加低能耗低炭环保的方向发展。要求2030年、2050年，实现道路货运量（＞300km）的分别30％和50％转到水陆运输等其他运输方式转换。

2011年，国务院发布了《关于加强长江等内河水运发展的意见》，标志着我国内河运输发展上升为国家战略。按我国现行条件，挠性联接船组的载量可达到3000吨级。这种大运量、大吨位、干支直达的新船型的应用，必将革命性地改变我国内河航运的落后局面（干支船型分离），为实现水运“运量大、成本低、占地小、投入小、辐射范围大（纵深山区腹地）、节能环保的内河运输业新崛起奠实基础。

上图：我国“挠性连接”顶推船分节泊靠