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摘 要：近年来，随着科技的发展和社会的进步，配备DP（动力定位）系统的各类海洋工程装备陆续涌入大海，AHV（起拋锚工作船）也不例外。深刻理解DP系统的工作原理和正确熟练使用DP系统的各项功能，对安全高效完成海上浮式装置的起抛锚作业不可或缺。
关键词：DP;AHV;起抛锚作业;浮式装置
中图分类号：U66 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）06-0066-03
1 DP系统简介及使用管理
1.1 DP系统简介
近年来，随着科技的发展和社会的进步，配备DP系统的各类海洋工程装备陆续涌入大海。例如，深水钻井平台“海洋石油981”、深水铺管船“海洋石油202”、潜水支持船“深潜号”等大型装备，均采用了类似的动力定位技术。
DP系统的全称为Dynamic positioning system。如果非要对DP系统下一个精确的定义，那么可以这样描述：基于计算机的自动控制船位的系统，可以使船舶保持在某一个位置，也可以移动船位。
追溯DP系统发明及应用的根源，最初是为了满足海洋工程装备从中前海挺进中深海钻探的需要。1961年，第一代DP技术的雏形被运用到美国的CUSS 1 浮式钻探船，主要依靠四个固定在海底的类似声呐信标向船上发射信号来获取位置变化，然后用四台推进器来维持船位在井位上方。通过这种方法，CUSS 1 浮式钻探船在水深948米的加利福利亚近海成功进行了深海海底钻探作业，证明了通过动力将船位长时间维持在一个精确位置的可行性。随着科技的迅速发展，DP技术取得了快速进步，甚至被用于军事、地球物理勘探及船舶操纵方面。
随着配备DP系统的海洋工程装备量产化、多样化，操作DP系统的专业人才队伍开始出现缺口。对于许多已经取得适任证书的船长和驾驶员来说，他们开始将目光聚焦于由英国航海学会负责颁发的DPO（动力定位值班驾驶员）证书，但是取证道路并不轻松，培训、考试和实习等流程时间至少需要半年，即便取得证书以后并非终身有效，临近五年有限期时，依然要根据船上服务资历向英国航海学会来申请换发证书。
1.2 DP系统的使用管理
目前，国内海洋工程船DP系统的配备和使用是非强制要求的，2010年版STCW（海员培训、发证和值班标准国际公约）中对于DP系统的操作培训和经验指南也是非强制性的。DP作业时的安全管理，推荐参考国际承包商协会（IMCA）的指导文件IMCA M182，内容包括了作业前、作业中相关作业人员应该遵循的安全注意事项以及设备保障、操作规则和应急反应等方面。具备一定条件的公司，应参考文件要求做好技术和人员储备，并结合本公司实际情况将有关DP作业的安全管理内容纳入到公司管理体系中去，使安全体系内容更加完善。
2 起抛锚作业综述
本文提到的起抛锚作业特指海上浮式装置需要专门的AHV协助完成的起抛锚作业，而不是指船舶自身的锚泊作业。当海上油气资源、风力资源开发和生产开始后，长时间或永久性的海上系泊装置的需求是显而易见的，后来各种各样的系泊装置被开发出来，现如今尽管有DP系统的存在，使一些浮式装置长时间使用动力定位成为可能，但是锚泊定位凭其简单、可靠和成本优势在近海海洋工程中还是占有主要的地位，暂时没有发现其被淘汰的趋势。
锚泊定位的适用水深从几十米到上千米，主要应用类型有以下几个方面：
（1）海上浮式装置的锚泊定位，包括半潜式钻井石油平台、储油轮等。需要均匀分布的八套或者以上的锚和锚缆组成的锚泊系统来固定设施位置，根据水深的不同采用不同的锚和锚缆的类型，例如深水平台会把系泊缆由锚链换成钢缆或者尼龙缆以减轻系泊缆的重量，锚由大抓力锚更换成垂向负载锚或者吸力锚以增加锚抵抗垂直方向的能力。
（2）自升式石油钻井平台的精确就位，有时自升式钻井平台需要依靠锚泊定位靠近导管架石油平台协助其钻井，自升式钻井平台先在离导管架较远处完成锚泊定位，然后通过绞放锚缆来控制平台位置。
（3）潜水铺管（电缆）船的锚泊定位，铺管作业中通过不间断地抛起锚来调整锚位从而来移动船位。
（4）上述锚泊定位中起抛锚作业都需要专业的AHV来完成，现代AHV综合来说具有马力大、船首尾配有侧推操纵灵活的特点;另外，AHV加强过的主甲板上装有拖缆机，靠近船尾部有液压钳和滚筒，锚和锚链等可以通过尾部滚筒被拖缆机绞上甲板。海上浮式装置的起抛锚作业是一项复杂的作业，往往时间非常紧迫并需要持续作业几天甚至更长，船上甲板操作人员要通宵工作直至整个作业结束，也给操纵船舶带来了有挑战性的工作量。
3 DP在起抛锚作业中的应用
AHV配备DP系统的好处在于，能够极大程度减轻船舶操纵方面的工作量。但是，当AHV在起抛锚作业时，拖缆因受力会产生一个额外的复杂力矩，并且受力方向和大小变化较快，这一问题至今仍未完全解决。
类似这样的问题不止一个，许多AHV因本船舶拖缆机拖力传感器的数据无法及时传递，导致DP系统会把拖缆产生的船舶力矩归结于DP CURRENT（流）。例如，在起抛锚作业中，船尾有拖缆而且有张力（拖缆张力小于30公吨）的场景十分常见，如果启用动力定位，船位前后定位误差最大可以达到9-10米，明显不满足船舶靠泊浮式装置的安全距离要求。换言之，船舶操纵者机械地套用常规的DP系统使用规定，则会给整个作业带来很多风险。
随着船舶的智能化发展，起抛锚作业船舶操纵既要利用现有的高集成度设备来减轻手动操船压力、高效率完成作业，又要确保作业过程人员和设备的安全，并且为DP系统的后续改进升级提供数据和积累经验值。 3.1起抛锚作业DP操作模式的选择
如今主流的DP系统面板上有MANNUL 、JOYSTICK 和DP三档可供选择，一些新款的软件会把起抛锚产生的额外力矩列为DP系统外部力，从而区别于上文提到的DP CURRENT，并且会把起抛锚作业时的DP MODE（模式）选择为AH-MODE 。实际上，启用的模式和正常DP模式操作上并没有本质上的区别，原理本质为一种混合操作模式，即手动操作模式加上自动操作模式 ，达到控制船舶前后移动、左右横移，或者船舶首向的目的。不过，这种方法只适合于有模式选择的DP系统船舶，通用的选择是选用JOYSTICK MODE（操纵杆模式）。在很多DP产品说明书里，将JOYSTICK归结于手动操作，笔者认为这样的提法值得商榷。因为JOYSTICK不仅是手动单元，系统工作时会同样采集各传感器数据并计算给出指令。和DP自动单元相比，唯一差别在于船舶的移动位置、航向和速度的精确控制，需要依靠操纵者的输出命令。
3.2 JOYSTICK的正确设置
（1）功率限制，一般对于大马力的AHV，都有两档选择general reduced和full thrust 前面的意思就是发挥的功率大概一半左右，但是起抛锚作业中特别是抛锚作业主机有时功率会接近满负荷，如果不解除功率限制，起抛工作锚船主机功率受限，马力较小的AHV根本不可能将海上浮式装置的锚抛到指定的位置。不同类型的设备在菜单表述上也不同，使用时注意选择，为了操纵的方便，可以在靠近浮式装置时用general 这一档，在比较安全的区域解除DP的功率限制。
（2） 灵敏度的设置（加速度、转向速率设置），在各种型号的DP系统中，也以不同形式展示，以KONSBERG 的DP-21为例CONTROLLER MODE有 HIGH PRECISION /GREEN两档设置，GAIN LEVEL有HIGH /MEDIUM /LOW 三挡选择，还有加速度和转向率设置则以百分比和具体数字来表示，整体考虑到起抛锚作业的效率，从保护设备的原则出发，灵敏度设置选择HIGH PRECISION和MEDIUM 档，结合船舶设备具体的功率和操作特点 ，调整加速度和转向速率的參数到合适的范围。
3.3 起抛锚作业中使用DP的注意事项
3.3.1船长亲自操作或在场监督
按照DP通用的操作规定，持证的DP值班驾驶员能独立完成移动船位，改变船首向等任务，但现阶段的DP培训课程里面基本上船舶都处于单船自由状态，像起抛锚、拖航等复杂作业并未涉及，船长在向拖缆机等甲板机械发出指令的同时，实际上作业全程还需要密切关注拖缆受力情况以及浮式装置的移动情况，本船的位置和移动方向和移动速度对保证甲板作业人员和船舶设备安全至关重要（有类似需求的还有挖泥船等），需要经验丰富的船长来监督整个作业的安全顺利进行，DPO通常只能在作业过程中起辅助作用，包括和外界联系、作业记录和操作甲板机械等，但是作业暂停期间把船舶操纵权转移给DPO。
3.3.2 合适的船首向
船首向的选择不仅在DP操作里面属于很重要的选项，在起抛锚作业的过程中特别是在大风浪（7-8级）作业中也是不能忽视的问题，通俗地解释，不同的首向会导致船舶不同的受力（风、浪、流）状况，结合船舶的流线型设计（包括水下和水面以上）和推进器配置，一般情况下AHV动力配置中主推进器的功率远大于侧推器的功率，选择让外界阻力来自于船首（船尾次之）方向，则能让船舶获得最大的抵御风浪流的能力，作业时DP系统经过一段时间测算后会给出一个最优推荐的船首向，为了让船舶推进设备处于一个较好的工作状况，值班驾驶员应该结合现场实际作业的情况选择合适的船首向。由于期望锚链在海底铺直的原因，起抛锚作业时多数情况下会要求AHV维持恒定的船首向，以保证浮式装置的锚链能沿固定的方位线被松出或绞起，大风浪时船舶的操纵更为复杂，请参看下面的示意图
B是预定的海上浮式装置和锚之间的计划方位线，AHV不改变首向，横风横流的结局就是AHV在布锚的过程中慢慢偏离预定的方位线，形成C的轨迹。采取起始阶段就启用DP系统中Auto-heading功能选用合适的船首向，最后抛锚时的落锚点是可以达到要求的。如果控制不当，造成C的局面，该锚则需要重抛。
在作业过程中有时为了增加船舶的靠泊安全系数，船长会选择从下风接近海上浮式装置，但是随着作业时间的推移，下风也有可能变成上风。还有在碰到船尾严重上浪影响甲板作业人员安全的情况时，也会考虑到选择船首迎风浪以减轻船尾上浪。
3.3.3 撤退路线
撤退路线是指作业中当机器设备发生故障时，作业前就制定的准备撤退的安全路线，与正常DP作业的不同在于，起抛锚作业要考虑到拖缆的对船舶的移动限制，有些时候船尾拖缆在吃力绷紧的情况下，首先要让拖缆快速松出，才能使船舶处于自由状态，操纵船舶沿安全路线离开危险区域;在中国南海海域作业时，密度流（又称内波流）的影响也不容忽视，如果遭遇强流时不采取任何措施，密度流可以轻松使船舶偏离原来位置20米以上，导致在靠离海上浮式装置的过程当中极易发生碰撞等事故，事先做好预案就显得非常重要，作业中随时关注计程仪的流速和DP CURRENT的变化，当发现二者显示数字同时异常时，即可判定密度流来袭，及时调整灵敏度等设置或直接切换到手动模式，迅速将船位移动到安全地带，同样的道理，有些情况不要忘记松出拖缆。
参考文献：
[1] IMCA M182 International Guidelines for The Safe Operation of DP Vessels 2020.
[2] Michael Hancox Anchor-Handling Operation 2010.
关键词：DP;AHV;起抛锚作业;浮式装置
中图分类号：U66 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）06-0066-03
1 DP系统简介及使用管理
1.1 DP系统简介
近年来，随着科技的发展和社会的进步，配备DP系统的各类海洋工程装备陆续涌入大海。例如，深水钻井平台“海洋石油981”、深水铺管船“海洋石油202”、潜水支持船“深潜号”等大型装备，均采用了类似的动力定位技术。
DP系统的全称为Dynamic positioning system。如果非要对DP系统下一个精确的定义，那么可以这样描述：基于计算机的自动控制船位的系统，可以使船舶保持在某一个位置，也可以移动船位。
追溯DP系统发明及应用的根源，最初是为了满足海洋工程装备从中前海挺进中深海钻探的需要。1961年，第一代DP技术的雏形被运用到美国的CUSS 1 浮式钻探船，主要依靠四个固定在海底的类似声呐信标向船上发射信号来获取位置变化，然后用四台推进器来维持船位在井位上方。通过这种方法，CUSS 1 浮式钻探船在水深948米的加利福利亚近海成功进行了深海海底钻探作业，证明了通过动力将船位长时间维持在一个精确位置的可行性。随着科技的迅速发展，DP技术取得了快速进步，甚至被用于军事、地球物理勘探及船舶操纵方面。
随着配备DP系统的海洋工程装备量产化、多样化，操作DP系统的专业人才队伍开始出现缺口。对于许多已经取得适任证书的船长和驾驶员来说，他们开始将目光聚焦于由英国航海学会负责颁发的DPO（动力定位值班驾驶员）证书，但是取证道路并不轻松，培训、考试和实习等流程时间至少需要半年，即便取得证书以后并非终身有效，临近五年有限期时，依然要根据船上服务资历向英国航海学会来申请换发证书。
1.2 DP系统的使用管理
目前，国内海洋工程船DP系统的配备和使用是非强制要求的，2010年版STCW（海员培训、发证和值班标准国际公约）中对于DP系统的操作培训和经验指南也是非强制性的。DP作业时的安全管理，推荐参考国际承包商协会（IMCA）的指导文件IMCA M182，内容包括了作业前、作业中相关作业人员应该遵循的安全注意事项以及设备保障、操作规则和应急反应等方面。具备一定条件的公司，应参考文件要求做好技术和人员储备，并结合本公司实际情况将有关DP作业的安全管理内容纳入到公司管理体系中去，使安全体系内容更加完善。
2 起抛锚作业综述
本文提到的起抛锚作业特指海上浮式装置需要专门的AHV协助完成的起抛锚作业，而不是指船舶自身的锚泊作业。当海上油气资源、风力资源开发和生产开始后，长时间或永久性的海上系泊装置的需求是显而易见的，后来各种各样的系泊装置被开发出来，现如今尽管有DP系统的存在，使一些浮式装置长时间使用动力定位成为可能，但是锚泊定位凭其简单、可靠和成本优势在近海海洋工程中还是占有主要的地位，暂时没有发现其被淘汰的趋势。
锚泊定位的适用水深从几十米到上千米，主要应用类型有以下几个方面：
（1）海上浮式装置的锚泊定位，包括半潜式钻井石油平台、储油轮等。需要均匀分布的八套或者以上的锚和锚缆组成的锚泊系统来固定设施位置，根据水深的不同采用不同的锚和锚缆的类型，例如深水平台会把系泊缆由锚链换成钢缆或者尼龙缆以减轻系泊缆的重量，锚由大抓力锚更换成垂向负载锚或者吸力锚以增加锚抵抗垂直方向的能力。
（2）自升式石油钻井平台的精确就位，有时自升式钻井平台需要依靠锚泊定位靠近导管架石油平台协助其钻井，自升式钻井平台先在离导管架较远处完成锚泊定位，然后通过绞放锚缆来控制平台位置。
（3）潜水铺管（电缆）船的锚泊定位，铺管作业中通过不间断地抛起锚来调整锚位从而来移动船位。
（4）上述锚泊定位中起抛锚作业都需要专业的AHV来完成，现代AHV综合来说具有马力大、船首尾配有侧推操纵灵活的特点;另外，AHV加强过的主甲板上装有拖缆机，靠近船尾部有液压钳和滚筒，锚和锚链等可以通过尾部滚筒被拖缆机绞上甲板。海上浮式装置的起抛锚作业是一项复杂的作业，往往时间非常紧迫并需要持续作业几天甚至更长，船上甲板操作人员要通宵工作直至整个作业结束，也给操纵船舶带来了有挑战性的工作量。
3 DP在起抛锚作业中的应用
AHV配备DP系统的好处在于，能够极大程度减轻船舶操纵方面的工作量。但是，当AHV在起抛锚作业时，拖缆因受力会产生一个额外的复杂力矩，并且受力方向和大小变化较快，这一问题至今仍未完全解决。
类似这样的问题不止一个，许多AHV因本船舶拖缆机拖力传感器的数据无法及时传递，导致DP系统会把拖缆产生的船舶力矩归结于DP CURRENT（流）。例如，在起抛锚作业中，船尾有拖缆而且有张力（拖缆张力小于30公吨）的场景十分常见，如果启用动力定位，船位前后定位误差最大可以达到9-10米，明显不满足船舶靠泊浮式装置的安全距离要求。换言之，船舶操纵者机械地套用常规的DP系统使用规定，则会给整个作业带来很多风险。
随着船舶的智能化发展，起抛锚作业船舶操纵既要利用现有的高集成度设备来减轻手动操船压力、高效率完成作业，又要确保作业过程人员和设备的安全，并且为DP系统的后续改进升级提供数据和积累经验值。 3.1起抛锚作业DP操作模式的选择
如今主流的DP系统面板上有MANNUL 、JOYSTICK 和DP三档可供选择，一些新款的软件会把起抛锚产生的额外力矩列为DP系统外部力，从而区别于上文提到的DP CURRENT，并且会把起抛锚作业时的DP MODE（模式）选择为AH-MODE 。实际上，启用的模式和正常DP模式操作上并没有本质上的区别，原理本质为一种混合操作模式，即手动操作模式加上自动操作模式 ，达到控制船舶前后移动、左右横移，或者船舶首向的目的。不过，这种方法只适合于有模式选择的DP系统船舶，通用的选择是选用JOYSTICK MODE（操纵杆模式）。在很多DP产品说明书里，将JOYSTICK归结于手动操作，笔者认为这样的提法值得商榷。因为JOYSTICK不仅是手动单元，系统工作时会同样采集各传感器数据并计算给出指令。和DP自动单元相比，唯一差别在于船舶的移动位置、航向和速度的精确控制，需要依靠操纵者的输出命令。
3.2 JOYSTICK的正确设置
（1）功率限制，一般对于大马力的AHV，都有两档选择general reduced和full thrust 前面的意思就是发挥的功率大概一半左右，但是起抛锚作业中特别是抛锚作业主机有时功率会接近满负荷，如果不解除功率限制，起抛工作锚船主机功率受限，马力较小的AHV根本不可能将海上浮式装置的锚抛到指定的位置。不同类型的设备在菜单表述上也不同，使用时注意选择，为了操纵的方便，可以在靠近浮式装置时用general 这一档，在比较安全的区域解除DP的功率限制。
（2） 灵敏度的设置（加速度、转向速率设置），在各种型号的DP系统中，也以不同形式展示，以KONSBERG 的DP-21为例CONTROLLER MODE有 HIGH PRECISION /GREEN两档设置，GAIN LEVEL有HIGH /MEDIUM /LOW 三挡选择，还有加速度和转向率设置则以百分比和具体数字来表示，整体考虑到起抛锚作业的效率，从保护设备的原则出发，灵敏度设置选择HIGH PRECISION和MEDIUM 档，结合船舶设备具体的功率和操作特点 ，调整加速度和转向速率的參数到合适的范围。
3.3 起抛锚作业中使用DP的注意事项
3.3.1船长亲自操作或在场监督
按照DP通用的操作规定，持证的DP值班驾驶员能独立完成移动船位，改变船首向等任务，但现阶段的DP培训课程里面基本上船舶都处于单船自由状态，像起抛锚、拖航等复杂作业并未涉及，船长在向拖缆机等甲板机械发出指令的同时，实际上作业全程还需要密切关注拖缆受力情况以及浮式装置的移动情况，本船的位置和移动方向和移动速度对保证甲板作业人员和船舶设备安全至关重要（有类似需求的还有挖泥船等），需要经验丰富的船长来监督整个作业的安全顺利进行，DPO通常只能在作业过程中起辅助作用，包括和外界联系、作业记录和操作甲板机械等，但是作业暂停期间把船舶操纵权转移给DPO。
3.3.2 合适的船首向
船首向的选择不仅在DP操作里面属于很重要的选项，在起抛锚作业的过程中特别是在大风浪（7-8级）作业中也是不能忽视的问题，通俗地解释，不同的首向会导致船舶不同的受力（风、浪、流）状况，结合船舶的流线型设计（包括水下和水面以上）和推进器配置，一般情况下AHV动力配置中主推进器的功率远大于侧推器的功率，选择让外界阻力来自于船首（船尾次之）方向，则能让船舶获得最大的抵御风浪流的能力，作业时DP系统经过一段时间测算后会给出一个最优推荐的船首向，为了让船舶推进设备处于一个较好的工作状况，值班驾驶员应该结合现场实际作业的情况选择合适的船首向。由于期望锚链在海底铺直的原因，起抛锚作业时多数情况下会要求AHV维持恒定的船首向，以保证浮式装置的锚链能沿固定的方位线被松出或绞起，大风浪时船舶的操纵更为复杂，请参看下面的示意图
B是预定的海上浮式装置和锚之间的计划方位线，AHV不改变首向，横风横流的结局就是AHV在布锚的过程中慢慢偏离预定的方位线，形成C的轨迹。采取起始阶段就启用DP系统中Auto-heading功能选用合适的船首向，最后抛锚时的落锚点是可以达到要求的。如果控制不当，造成C的局面，该锚则需要重抛。
在作业过程中有时为了增加船舶的靠泊安全系数，船长会选择从下风接近海上浮式装置，但是随着作业时间的推移，下风也有可能变成上风。还有在碰到船尾严重上浪影响甲板作业人员安全的情况时，也会考虑到选择船首迎风浪以减轻船尾上浪。
3.3.3 撤退路线
撤退路线是指作业中当机器设备发生故障时，作业前就制定的准备撤退的安全路线，与正常DP作业的不同在于，起抛锚作业要考虑到拖缆的对船舶的移动限制，有些时候船尾拖缆在吃力绷紧的情况下，首先要让拖缆快速松出，才能使船舶处于自由状态，操纵船舶沿安全路线离开危险区域;在中国南海海域作业时，密度流（又称内波流）的影响也不容忽视，如果遭遇强流时不采取任何措施，密度流可以轻松使船舶偏离原来位置20米以上，导致在靠离海上浮式装置的过程当中极易发生碰撞等事故，事先做好预案就显得非常重要，作业中随时关注计程仪的流速和DP CURRENT的变化，当发现二者显示数字同时异常时，即可判定密度流来袭，及时调整灵敏度等设置或直接切换到手动模式，迅速将船位移动到安全地带，同样的道理，有些情况不要忘记松出拖缆。
参考文献：
[1] IMCA M182 International Guidelines for The Safe Operation of DP Vessels 2020.
[2] Michael Hancox Anchor-Handling Operation 2010.