国内首艘，万吨级，“海底神经”铺设船

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导语：万吨级远洋通信海缆铺设船”龙吟9号”计划在今年9月完成交付，该船在铺缆作业系统、新型吊放设备、全船电力推进和动力定位控制系统等方面拥有国产核心技术专利，是我国首艘入级中国船级社的万吨级DP-2（动力定位二级）远洋光缆铺设船。海底光缆有什么特殊之处？”龙吟9号”有什么过人之处，把它们敷设到数万米深的海底？

今年3月底“龙吟9号”在江西九江进行舾装

一、海底光缆-全球互联互通的“海底神经”

与卫星通信相比，海底光缆具有带宽大、速度快、成本低等显著优势，已成为目前全球跨海间通信的最主要方式。

截至2021年，全球正在商用的海底光缆共有426条，光缆总长度超过135万公里，可绕赤道约35圈。承载了95%以上的国际数据传输。海底光缆一旦出了故障，整个国家经济就会有瘫痪的危险。

世界海底光缆分布,宛如互联互通的

和我们家用平时常见的光纤宽带线类似，海底光缆就像“海底神经”也是靠光纤高速稳定的传输数据。

光纤的主要原料是硅，也就是玻璃制成的，细如发丝非常易碎，应用全内反射原理来传导光。由于反射时没有光线的损失，因此信号可以传输到极远的距离，激光能在光纤中传输数据超过数千公里。

海底光缆示意图

光纤光通信离不开华人工程师高琨的贡献，他在1966年首次提出把玻璃纤维作为光传播介质用于通信的理论：“造成信号损耗的主要原因是材料不纯，而不是玻璃本身。”他也因为对光纤通信的杰出贡献在2009年获得诺贝尔物理奖。

华人工程师高琨简介

只有光纤还不行，海底光缆外围必须包裹着层层的保护结构，典型海底光缆的结构包括：第一层是绝缘聚乙烯层，第二层是聚酯树酯薄膜带或沥青层，第三层是钢绞线层，第四层是铝制防水层，第五层是聚碳酸酯层，第六层是铜管或铝管，这层通电可为光缆中继器供电，电压经常超过1万伏，第七层是石蜡，烷烃层，第八层才是核心传递光信号的光纤。

海底光缆结构图

高防护的光缆主要用于浅海近岸。需要抵御坚硬锋利的岩石以及以及船锚、渔船拖网的伤害，而在环境相对平静的深海，反而只需这种防护较低的轻型光缆即可。

5种海底光缆的比较

我国研发的海底光电复合缆在海底电力电缆中加入具有光通信功能及加强结构的光纤单元，使其具有电力传输和光纤信息传输的双重功能。

二、“龙吟9号”让中国铺缆船不掉队！

有了光缆，接下来的问题就是如何把它们放到海里，接下来就该光缆铺设船出场了。

海底光缆工程被世界公认为是最复杂且困难的大型工程之一，这是由于海底环境复杂，而光纤非常脆弱、铺设和维修要求很高。光缆铺设船(Fibre Optic Cable Layer)主要从事海底光缆的铺设、检测及维修作业，其作业内容与铺管船(用于油气田开发等)、海底电缆铺设船(用于风电场建设等)均有所差异，专用性更强，船上配有用于海上光缆施工作业的特种设备。

全球光缆铺设船队运营市场由欧洲船东主导，根据克拉克森统计，截至2021年11月底，全球光缆铺缆船船队运力规模仅为49艘，欧洲船东共持有全球近三分之二的光缆铺缆船运力(以艘数计为63.3%)，包括瑞士、芬兰、英国、法国、挪威等国家，而出于国家国防安全考虑，近海的海底光缆敷设、维修维护工作，应尽可能由本国企业、船舶、本国人员承担。

说起我国的光缆铺设船，就不能不提“邮电一号”，她是1976年七0八所专门为敷设我国第一条国际海底电缆而自行设计建造的。目前我国共有3艘光缆铺缆船，但规模和吨位较小，在满足长距离、深水、大容量的海底电缆敷设工程方面尚存差距。

我国自行设计建造的第一艘布缆船“邮电一号”

国际新一代万吨级光缆铺设船可以运输和安装大量光缆，配备DP动力定位系统，并且环保标准极高。

“龙吟9号”正是可达到世界一流水平的远洋光缆铺设船。它船长155米，宽23.2米，从照片上看，它采用了国际主流的尾部作业的船形设计，好处在于足够大的作业面积便于人员、设备的操作协调配合。

“龙吟9号”进行舾装

“龙吟9号”燃油舱配置满足续航力1万海里，续航天数约60天，一次性载缆量可达1万吨，可进行DP-2动力定位，完全电力推进系统，能耗低，可一次性完成从中国跨越太平洋的万米级全海深光缆敷设作业。

根据水深，海底光缆的敷设可简单的分为三个场景：登陆敷设区，填埋敷设区和直接敷设区。

三、布缆船如何把光缆敷设到海底

1.登陆敷设区

首先要把船上的光缆和岸上的光缆登录站连接，从地下将光缆连接到海里。

光缆由此连接登陆站

在登陆铺设区通常需要将装有光缆的铺缆船停在近岸，由小型的驳船牵引着绑有浮筒的光缆开到岸边从地下连接光缆登陆站，可以防止它在海底被拖拽损坏，然后剪掉浮筒让光缆沉入海底。岸上的光信号传递到了船上，船上和岸上信号联通之后。

铺设船铺设光缆示意图

再由遥控水下机器人（ROV）的高压水流冲开海底泥土，将光缆埋至2-3米深左右。

ROV（水下机器人）下水完成冲埋工作

2.填埋敷设区

在浅海敷设光缆需要一个核心机器-铺设犁，它的作用有点像耕田的犁，在小于1000米的深度，都需要用它来敷设。

铺缆船船尾的铺设犁正准备下水作业

光缆经过布缆机与船尾的铺设犁相连，光缆铺设船会通过牵引索拖着铺设犁前进。

铺设犁作业示意图

与此同时铺设犁利用下方会喷出高压水流冲开泥沙，前后滑撬逐渐张开。让后方的切割刀深入土层，挖出约3米深的壕沟，形成光缆沟；

铺设犁海底光缆沟作业

光缆也顺着放入其中，再推动两侧的泥沙覆盖在光缆上。它负责把光缆埋到海底一米深的地方，在浅水区这样可以保护光缆不被船锚和渔网损坏。

埋完之后，还需要通过回声探测器还原海床的三维图像，如果发现仍有裸露在外的光缆，就需要出动遥控潜水器。深入海底把光缆埋入泥土下方，完成填埋铺设区的工作。

海底离开浅海下降直到1000米深，在这个深度以下，光缆被损坏的风险很低。所以，可以直接敷设在海床上。

3.直接敷设区

把光缆沉入海底，放在海床上，但这也没有想象的那么容易，光缆敷设不能成直线，海底地形复杂多变，海底的岩石、珊瑚礁、裂缝，这些都会损坏光缆。如果长度过大会让光缆在海底弯折损坏。长度过小则会使光缆横在两个支点上，增加受力磨损并有受洋流切割的危险。

这就好比晾衣服的绳子，如果悬空起来，挂上重物，就容易断裂；如果自然平放在地面上，不受力的情况下自然更耐用。

4.在流动的海水中如何定位准确

此外海水的流动还会使光缆下水后随时漂移，偏离设计好的预定位置。所以布缆船需要利用专业定位系统不断调整船速、光缆铺设传送的速度等，来控制光缆垂放的长度以及动态调整船只的航行轨迹，让光缆即便受海流影响，依然能落到预定位置。

DP系统是现代计算机技术和自动化控制的完美结合

“龙吟9号”搭载了DP2动力定位系统（Dynamic Positioning，简称DP）不需要抛锚，而由船载计算机自动控制系统控制推进器来保持船舶或浮动平台位置的技术，具有灵活的船舶操控性和精准定位功能；

它采用全电力推进，由变频电机驱动，可使船不借助锚泊系统，利用自主研发的水声设备和测深仪等船舶传感器及位置，船的计算机导航系统计算出船舶运动状态与位置变化，以及外界风力、波浪、海流等扰动力的大小与方向。控制船的艏侧推与全回转推进装置产生适当的推力与力矩，以抵消扰动力精准定位，这是光缆可以按预定路径准确敷设的关键。

”龙吟9号”的计算机控制系统使鼓轮机、直线布缆机、埋设机等作业控制系统与布缆船动力定位系统协同，可以实现海缆建维作业的自动化，降低船员劳动强度。并提高了作业质量。

四、光缆铺设船不光会铺，还要会修

“龙吟9”远洋光缆铺设船除铺设通信光缆外，还有很强的线路修复能力，修复这些光缆不是一件容易的事，因为很小的损坏都会导致光缆瘫痪。而要在几万公里的光缆上找到一个小缺口需要耗费许多人力物力。

海底光缆故障或致汤加与外界“失联”数周

修复光缆首先需要通过光时域反射仪（OTDR）对光缆发射信号确定受损大致位置，然后派出水下机器人精准定位并切断这段光缆，最后再将备用的光缆连接上去。但连接过程将在水面上完成，光缆会被拖曳船提到水面上，并由工程师连接修复，再放入海底。

海底光缆修复示意图

“龙吟9”设置了更适应海况条件变化的新型吊放设备，打捞海缆作业效率更高。船上装配了大型鼓轮机，这是海缆维修的重要设备，从而保证在不同水深条件下，都能实施打捞和回收海缆的作业;并装备了能检修海缆和进行埋设作业的遥控水下装置( ROV )，使海缆作业的水深可达到3000m。

结语：

“龙吟9”是我国实现万吨级远洋通信光缆铺设船的突破，拓展了海洋海底光缆、电力电缆、脐带缆以及复合软管的铺设能力，是一艘多功能综合性的可覆盖海洋油气、海上风电、海上氢能、远洋通信、观测网、大科学工程等多个海洋工程领域的核心装备。

参考文献：

[1]新型布缆船功能定位与船型论证，常书平 方先进 姚丁元 李昆鹏

[2]洋流区海底布缆船，CN2013100744426A、谢永、周枫、王伟