智能船舶的發展已經成為世界范圍內船舶工業和航運領域發展的熱點，實現船舶智能化的最后一步就是實現船舶自動系泊，磁力式自動系泊與真空式自動系泊因其獨特的優勢被認為是最具應用前景的兩種自動系泊技術。下面從原理、優缺點、產品等方面詳細介紹磁力式自動系泊系統與真空式自動系泊系統，并與傳統的纜繩系泊進行對比。

自動系泊是船舶完成自動靠泊控制后的重要步驟。傳統的船舶系泊方式是用鋼絲或尼龍纜繩將船舶固定在碼頭上，系泊作業時需要一定數量的帶纜工人或帶纜艇。這種依靠系纜工人的傳統系泊方式，工作強度大、效率低、環境差，作業難度大，存在脫纜、斷纜等安全隱患。近幾十年來，海上運輸的發展趨勢是增加船舶尺寸和專業化碼頭的作業，這意味著離岸港口和系泊系統必須面對更具有挑戰性的風、浪、流等條件。自動系泊技術的應用將極大地改善碼頭工人帶纜、系纜的工作強度，解放生產力，讓航運全程無人化的步伐再次向前邁進一步。在目前的科技水平下，磁力式自動系泊技術與真空式自動系泊技術被認為是實現自動系泊系統的兩種主要技術手段。纜繩系泊、磁力式自動系泊與真空式自動系泊如圖1所示。

圖1 纜繩系泊、磁力式自動系泊與真空式自動系泊

磁力式自動系泊

1.工作原理

磁力式自動系泊系統由基座、控制箱、機械臂、液壓缸、磁力吸盤、位移傳感器與三向力傳感器組成。船舶靠泊過程中，位移傳感器測得其位置，經控制箱計算后，自動控制各液壓缸，從而控制機械臂和磁力吸盤對船舶進行減震和系泊。系泊過程中，由三向力傳感器測量船舶所受橫、縱、垂向力的大小，經控制箱控制液壓缸調整機械臂的位置，從而抑制船舶運動幅度和速度。兩個系泊裝置為一組，在船舶首尾各設一組，排水量大的船舶可增加組數，實現自動系泊。該裝置結構簡單，節省空間，系泊速度快，效率高，有效抑制船舶運動并避免船舶和碼頭的碰撞，提高安全性。

磁力式自動系泊主要原理在于其對磁力吸盤的使用。磁力吸盤有電磁式和永磁式等多種型式，而永磁式磁力吸盤按照退磁方式，又可以分為機械退磁、電力退磁和機械電力復合退磁的永磁式磁力吸盤。磁力吸盤是系泊裝置的關鍵部件，正確選用合理型式，直接關系到船舶的安全。電磁式磁力吸盤在被系物(碼頭、船舶等)上使用時，需要電力才能產生磁力，在船舶停泊時，需要長時間通電才能保持磁力達到系泊要求，因此，這種形式的磁力吸盤經濟型與可靠性較差，在出現電力故障時會失去系泊作用，所以不能在被系物上使用。

從考慮船舶安全的角度出發，應當采用機械電力復合退磁的永磁式磁力吸盤。這類磁力吸盤在不通電時具有額定的吸力，保證船舶的正常系泊。因此船舶在靠泊時，如遇特殊情況，吸盤的額定吸力不足以固定船舶時，可以通過控制設備反向通電，增加吸力，從而確保系泊安全。正向通電時，吸力消失，使船舶離泊。在某些危急情況下，船舶必須和被系物及時分離，而被系物又不能提供退磁電力時，能夠通過機械(即人工)方式迅速退磁。磁力吸盤產生電磁場將用于船舶系泊，當船舶停靠在碼頭上時，船首被引導至兩個凹陷松弛結構之間的碼頭登陸橋。

對于磁性系泊可能產生的有害性磁場，可使用磁性擋板等防止磁場損壞船上設備或系統。磁性擋板是一種有助于降低電磁鐵磁場的超厚高效磁性合金板，特別為電路產品、并行計算機用戶以及任何需要在墻上使用平面屏蔽材料的情況而設計，能提供卓越的屏蔽效果。盡管使用磁性擋板被認為是有潛力的磁場保護措施，然而在每艘鋼制船舶的每個部分安裝磁性擋板是難以實現的，如何合理地布置磁性擋板仍需進一步優化。

2.優缺點

相對于傳統的纜繩系泊而言，磁力自動系泊具有顯著的優點，如表1所示。

表1 磁性系泊和帶繩系泊的優缺點對比

(1)主要優勢

節省時間：系泊過程耗時減少，提高操作效率；

降低成本：無需配備系泊纜繩；

安全性高：使用磁力系泊，員工將在更安全、更高效的環境中工作；

減少人力：在船舶系泊期間，只需少量監控室人員協助。

(2)缺點和不足

磁力吸盤會產生強大的磁場，對船上的導航儀器等磁力設備產生巨大影響甚至造成損壞；在磁場作用下，作為大型鋼結構的船舶也將成為感應磁鐵，并對含有鐵、鎳等物質的貨物產生吸引，甚至會導致貨物位移以及貨物與船殼的碰撞，除非造船材料發生變化，否則此影響無法消除，磁力自動系泊系統自身的優缺點如表2所示。 

表2 磁力自動系泊系統自身的優缺點

3.典型磁力自動系泊產品介紹

荷蘭的Mampaey海洋工業公司致力于提供先進的集成牽引、系泊和靠泊系統，能為任何特定的綜合停泊(停靠)和停泊要求提供最完整的產品和服務套件imoor系統(如圖2所示)。Mampaey公司推出了自動磁力系泊系統(如圖3所示)。該公司自動磁力系泊系統將能夠在船對船或船對岸的情況下提供一個完全自動化的系泊過程。

圖2 荷蘭Mampaey公司imoor系統

圖3 Mampaey電磁式自動系泊裝置系統

Mampaey公司的磁力式自動系泊品已經在油輪、渡船上安裝并進行了廣泛的測試和應用(如圖4所示)。Mampaey公司開發的智能系泊系統iDL是世界上第一個磁性停泊系統，它的成功應用使得渡輪停靠所需時間減少至10s。該系統由兩個液壓控制的手臂組成，每個手臂的末端都有一個磁板，尺寸約為1500×1500毫米，能將渡輪固定在碼頭。這種停靠方式降低了發動機的使用頻率，減少了碳排放，節省了燃料，有助于環境保護。磁板由荷蘭的Goudsmit Magnetics公司開發，每塊磁板能提供8000公斤的吸引力，在液壓機械的控制下，磁板能夠抑制船舶運動，并將其牢牢固定。

圖4 Mampaey電磁式自動系泊裝置在渡輪上的應用

真空式自動系泊

1.工作原理

真空式自動系泊利用真空和液壓技術消除對系泊纜繩的需求，從而提高靠泊過程的效率。通常情況下，船長將船沿碼頭對齊后，由拖輪將其推到防撞墊上。船舶因防撞墊的作用而反彈，這時自動系泊系統就會啟動。大型真空墊附著在船體上，僅需按下駕駛臺上的按鈕，或通過碼頭上的遙控器就可以令其啟動并接合。連接上真空墊后，在10-20秒后就能實現真空且完成船舶與系統的連接，船舶系泊作業所需的時間大大減少，且允許提前開始裝載和卸載等操作。相反，要釋放真空墊，只需按一下分離按鈕即可。

真空式系泊系統通常由多個真空墊及輔助系統組成，可在幾秒鐘內對船舶進行真空處理。大型真空墊通過液壓三軸臂吸附在船體上，真空墊和液壓系統內設置了不同傳感器，以實現系統能持續補償船體的運動，并自動對船體的位置進行調整。傳感器不僅不斷提供著當前的信息，也提醒著用戶不斷變化的條件和潛在的或發展中的問題：真空墊中的傳感器提供了有關真空百分比及對船舶作用力的信息，而液壓系統中的傳感器則提供有關船舶運動的信息。所有信息都會顯示在駕駛臺的計算機上。

真空式系泊系統的運行需要適度且持續的電力供應。如果沒有可靠的電力供應，可以安裝小型備用發電機，真空式系泊實例如圖5所示。

圖5 真空式系泊實例

真空式自動系泊系統可按真空墊布設位置分為兩種布置形式，即船端布置和岸端布置。這兩種布置形式各自有其優勢。

岸端布置：真空墊系統及其液壓裝置被安裝在碼頭上，此種型式不需要對船舶進行額外的改造，只需要保障有穩定的電力供應和安全的地基。

岸端布置最大的優勢是，液壓系統能最大限度地發揮其能力，系泊系統的動態跟隨性能良好，并能使真空墊沿垂直、對角線和水平方向移動。因此，岸端布置可用于潮汐運動較大和天氣較為惡劣的港口。

船端布置：在船端布設真空墊的最大好處是，船舶可以在沒有岸端布置所需基礎設施（穩定供電）的港口系泊，只需提供一個穩定的地基和一塊大鋼板供船上的真空墊吸附即可。

2.優缺點

表3 真空式自動系泊系統自身的優缺點

3.典型真空式自動系泊產品介紹

瑞士的Cavotec作為一家全球性的工程集團，在港口與海運領域，主要為港口起重機和船舶等設備的電氣化和自動化提供相應系統。該公司生產的Moor Master真空系泊設備在多個港口得到了較廣泛的應用。

● 輪渡

Cavotec為各種滾裝船和渡輪應用提供MoorMaster自動系泊系統，減少了系泊時間，且降低了其巡航速度。系泊時間的縮短也相應地減少了燃料的消耗以及碼頭上的空氣和噪音污染。在受潮汐和天氣影響較大的港口，該公司的真空式自動系泊可確保操作安全可靠。

● 電動船舶

MoorMaster自動系泊系統可在幾秒鐘內系泊船只，將船只保持在適當位置以進行安全充電，并允許船舶關閉推進器，從而大大降低其能耗。挪威最大的雜貨經銷商ASKO就選擇了該公司的New MoorMaster NxG實現了世界上第一艘全電動和自動駕駛船舶自動系泊。

● 集裝箱船

MoorMaster自動系泊系統縮小了集裝箱船與當今高度自動化設施之間的技術差距，并且逐漸被視為全自動港口設計的一部分。這種系泊系統甚至可以在幾秒鐘內保護容量超過20,000標準箱的超級巴拿馬型船舶，使裝載操作能夠更快地開始。

● 散貨船

MoorMaster自動系泊系統已在澳大利亞和歐洲的主要散貨碼頭運行了十多年。這套系統在提高了安全性與生產力的同時，也減少了對基礎設施投資的需求。

● 船閘

MoorMaster自動系泊系統正在徹底改變船閘的操作：縮短鎖定時間、消除危險的纜繩處理操作、提高安全性并提高船舶吞吐量。

● 船間系泊

由于缺乏避風港等情況，將船舶系泊在一起通常會面臨額外挑戰。而使用 MoorMaster自動系泊系統，系泊時間減少到一分鐘以內。且系泊過程完全安全。

MoorMaster自動系泊系統在輪渡、電動船舶、集裝箱船、散貨船、船閘及船間系泊上的應用如圖6所示。

圖6 MoorMaster自動系泊系統的應用

綜上所述，就目前系泊情況而言，磁力式自動系泊與真空式自動系泊都是非常好的系泊替代方案。它們打破傳統系泊模式，無需系泊纜繩，都可通過遠程遙控在數秒鐘內完成系泊，具有安全、可靠、經濟、高效等優點，節約了人力的同時，提高了碼頭的使用率。

在兩種自動系泊系統中，為確保系統的正常運行，需為其配備持續穩定的電源，為確保吸盤能夠與船舶外舷緊密貼合并隨著船舶動態小幅運動，都需要有高精度的位移傳感器、壓力傳感器和精確的控制系統及能夠提供足夠吸附力的吸附單元，與傳統纜繩系泊相比，船舶所受系泊力的位置由甲板上的系纜樁變為了舷側外板，此處在進行船舶結構強度設計時需進行相應加強。

此外，使用磁力式自動系泊時，磁力吸盤產生的磁場會對船上的磁力設備產生一定的影響。

使用自動系泊系統替代傳統纜繩系泊系統將增加港口建設成本，但是從長遠來看，無論是磁力自動系泊系統還是真空式自動系泊系統都能提高港口使用率和系泊效率，降低人員成本，從而為港口產生可觀的經濟效益。

作者：沈文何 段雨萱 萬高 劉佳侖

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本文來自：中國船檢