无论是港口、航道建设，还是吹填造陆、岛礁和隧道建设等基础工程，都可见疏浚装备的身影。疏浚这项与民生息息相关，对国民经济建设、城市可持续发展、海洋权益维护、防洪抢险、水环境治理有着十分重要意义的产业，在船舶大型化、港口大型化、航道深水化的时代更是迎来了广阔的前景。
现代疏浚工程对环境污染、工期和经济性要求越来越苛刻，加上大深度取砂、长距离输送等技术要求高，对疏浚船舶装备提出了严峻挑战。绿色、大型、智能，是业内关于疏浚船舶发展方向的共识。在日前福州举办的2023世界航海装备大会的“人工智能在深远海开发中的应用”高峰论坛上，与会专家学者围绕智能技术在疏浚装备发展过程中的突破性进展、未来发展方向等展开了热烈的交流讨论。
绿色、大型一以贯之
近20年来，我国在疏浚装备领域取得了不俗的成绩，据中国船舶集团有限公司首席专家、第七八研究所副总工程师费龙介绍，目前中国已成为国际上最大的挖泥船设计、建造国家，在疏浚领域拥有专业的试验室、设计单位、建造船厂、设备商，各种规格的耙吸式、绞吸式挖泥船实现了自主设计、建造、配套，并采用与国际同步的技术。
在这一过程中，绿色、大型以及智能，是一以贯之的抓手。
港口、航道疏浚往往靠近人口密集的经济发展中心区域，处在排放控制区内，其排放和污染对城市大气环境和水环境影响巨大。随着国际环保法律法规愈发严格，疏浚船舶的排放问题直接关系疏浚企业的经营接单，因此，绿色环保技术的应用也变得越来越迫切。数年前，国际上不少新建疏浚船舶就开始配备废气后处理装置等环保设备；现在，绿色能源的应用也开始出现。
今年6月，由中国船舶集团旗下第七八研究所研发设计、上海振华重工股份有限公司为中交上航局建造的15000立方米液化天然气（LNG）清洁能源动力耙吸式挖泥船进坞搭载。该船是我国自主研制的国内首型、全球最大的采用LNG动力的大型耙吸式挖泥船，填补了我国疏浚船舶在清洁能源应用上的空白，表征综合能效和营运经济性指标的载重量系数、舱容系数、航行比功率等总体性能参数均达到国内领先、世界一流水平。其不仅在燃气模式下满足国际海事组织（IMO） TierⅢ的排放要求，而且首次在国内提出针对耙吸式挖泥船的振动噪声控制要求，还解决了艉轴滑油泄漏问题，实现该领域零排放。
而在大型化方面，我国不仅完成了多艘大舱容、大功率耙吸式、绞吸式挖泥船的自主研发建造，而且在大型耙头、泥门、绞刀，超大型高效泥泵等核心配套设备方面实现了自主研发。近日，中交疏浚集团与七八所签订了新建三型30000立方米舱容等级耙吸式挖泥船设计合同，再次刷新我国耙吸式挖泥船的建造纪录。
“一键疏浚”正在到来
相较于更容易量化的绿色化和大型化，智能化趋势就显得难以衡量得多。但是，无论是节能降耗还是大型化高效疏浚，其实都离不开智能技术的应用。因为对于疏浚船舶来说，不仅航行会产生能耗，疏浚作业阶段的能耗组成更复杂，如何实现节能降耗是一个多因素耦合的问题，离不开智能技术的帮助。而随着疏浚船舶的大型化，其疏浚方案制订、设备操作管理、安全管理等工作也难以全由人工进行，智能技术必不可少。
费龙表示，从疏浚作业的全过程来说，典型的智能技术需求主要是两个方面，一是提高自动化水平，降低劳动强度；二是采用智能化技术，提高疏浚效率。这需要基于大数据和模型，构建自学习和自适应的疏浚作业智能控制系统，实现精准高效疏浚，如疏浚自动控制、自主寻优、自主航行、能效自主优化、故障自主诊断与应对等。江苏科技大学教授俞孟蕻认为，这涉及适应复杂工况要求的智能船体设计技术、复合动力驱动模式及智能管理技术、能耗管理及能量循环利用技术、挖泥船作业自动控制技术与系统、疏浚装备综合智能管理平台等。
近年来，我国疏浚行业在智能化领域进行了深入的探索和实践，“新海虎8”号、“新海虎4”号、“航浚4017/4018/4019”号、“航浚3011”号等耙吸式挖泥船，“昊海龙”号、“天骥”号、“新海鹤”号、“新海豚”号等绞吸式挖泥船，一批覆盖不同规格的疏浚船舶应用了智能疏浚技术。中交疏浚技术装备国家工程研究中心自动化系统研究所所长张红升介绍说，目前智能疏浚控制系统(IDS)、智能航行控制系统(INS)、智能能效管理系统(IES)均开始了应用实践，形成了阶段性的成果。
据了解，智能疏浚控制系统结合耙吸式、绞吸式和抓斗式三种船型疏浚作业的逻辑时序和安全连锁条件，构建了全自动疏浚控制的标准化流程，实现“一键疏浚”控制，还实现了自主寻优、自行规划、智能感知、自主应对等阶段性目标。智能航行控制系统包括自主航行辅助、疏浚地形三维重构和疏浚作业过程数字孪生功能，与智能疏浚控制系统相结合可以实现高阶浚驾合一。智能能效管理系统的重点是与疏浚作业和工况相结合，从高效疏浚的角度制定提供智能能效管理策略和辅助决策建议。在7800千瓦绞吸式挖泥船“昊海龙”号上，还应用了挖岩绞刀的视情维护方案，通过疏浚装备智能运维技术的应用，减少疏浚装备的维护工作量，降低备件无效储备量。
目前我国已经配置智能疏浚系统的多艘疏浚船舶，在采用同等工况下进行了手动与智能交替施工的测试。测试结果表明，其施工效率、质量均有不同程度的提升，挖泥平均密度更高且产量稳定，万方土油耗减少约5%以上，并实现了疏浚作业水上水下单位可视化监视。
这种明显成效也提升和激发了疏浚行业对智能技术的信心与积极性。据悉，在建的15000立方米LNG动力耙吸挖泥船除配置自动寻迹系统、疏浚控制系统、全船功率管理（PMS）系统等常规耙吸挖泥船信息化系统外，还将安装国内最先进、智能化程度最高的“一键疏浚”和“浚驾合一”系统，将首次在国内实现典型工况条件下的“无人疏浚”功能；同时将首次针对耙吸挖泥船采用机舱和疏浚智能化能效管理系统、燃料储存舱及燃气处理系统的智能化监测与控制系统，目标是实现集成化设计、安装和控制，以求有效提升全船管理水平，提高施工效率，保障航行作业安全。
“无人疏浚”短板待补
据介绍，中交疏浚集团编制的《耙吸挖泥船智能疏浚监控系统技术要求》《耙头智能感知系统技术要求》等6项团体标准已于2023年3月28日由中国疏浚协会颁布实施，初步形成了覆盖耙吸式和绞吸式挖泥船智能疏浚控制系统和智能疏浚装备的技术标准体系。而今年3月中国船级社（CCS）更新颁布的2023版《智能船舶规范》中，将挖泥船“智能疏浚”功能标志正式纳入智能船舶规范体系，提出智能疏浚分级标准，填补了挖泥船疏浚作业控制智能化规范的空白，标志着智能疏浚功能从此将有证可取，对规范挖泥船智能疏浚作业系统的设计开发和应用具有重要意义。
不过，受限于当前的技术手段，我国新型疏浚船舶的智能疏浚技术还处在CCS 2023版《智能船舶规范》划定的智能疏浚分级标准中的D3阶段——条件自主，可在特定工况下实现有人值守的高阶浚驾合一。智能疏浚要实现真正意义的D4级控制（高度自主，特定工况下无人疏浚）并向D5（完全自主，全工况无人疏浚）过渡，仍然面临着部分感知手段缺失，算法自适应能力、异常感知与自主应对能力、自主航行智能化不足等问题。
业内专家认为，未来的智能疏浚，在硬件方面，从对不同水深、波浪、抗风等级等条件下的船舶型线、结构、尺度等全面优化，到轻量化结构、新形式、新材质应用，从高效强能、生态友好的智能挖掘机具研制，到深水、大跨距输送、提升系统开发，还有很多短板需要补足。在软件方面，还需持续开展疏浚环境和作业状态的感知预判技术研究，构建更加全面的感知体系和异常应对机制，提升智能疏浚自主作业能力；持续完善智能优化算法自学习和自迭代的优化机制，提升智能算法对多种工况的自适应能力；开展更高层级的船舶自主航行技术研究，实现船舶自主避碰和无人驾驶，打通无人疏浚“最后一公里”。
来源：中国船舶报
