В отличие от технологических модульных концепций здесь допускается эксплуатационная степень свободы модулей во времени и пространстве. В соответствии с этим, например, хорошо известные в отечественной практике речныебуксиры-толкачи будут относиться к ЭМ, а грузовые несамоходные баржи - к грузовым модулям (ГМ), представляя вместе речные СС, несмотря на общепринятую классификацию этих транспортных средств как самостоятельных единиц транспортной системы (класс буксирови несамоходных барж).
Рис.1 Различные патентные идеи модульной концепции составного судна
Любая техническая идея воплощается в реальность под действием каких-то факторов-инициаторов. С момента своего зарождения в виде патентов идея СС реализуется, как правило, с целью более рационального использования дорогой энергопропульсивной установки (ЭПУ) (как по ее цене, так и стоимости обслуживания экипажем) в условиях длительных простоев судов в портах или на грузовых операциях в море. При этом, в случае высокого уровня зарплаты экипажа, грузовые модули, подпадая под класс несамоходного судна, обеспечиваются меньшей численностью экипажа, а во многих случаях эксплуатируются и вовсе без экипажа наподобие речных барж.
В последнее время идея СС начала реализовываться и с новой целью - сниже-ния шума и вибрации на ФМ, в частности, пассажирском. В 2005 г. в Германии (Neptun Werft) по проекту Twin Cruiser построено речное круизное пассажирское СС «Flamenco» пассажировместимостью196 чел с шарнирным счалом и длиной ЭМ/ФМ 25/110 м. ЭМ СС, оборудованный подъемной рубкой, имеет мощность ЭПУ 1600 кВт и способен развивать составу скорость до 11,9 уз. Уровень шума в пасса-жирских помещениях не превышает 55 дБ [1].
В отличие от речных СС, у которых счальные устройства, соединяющие мо-дули, допускают составность до 26 транспортных единиц (барж), у морских СС они, как правило, соединяют только два модуля - один ЭМ с одним ФМ. Морские счальные устройства являются более сложными и претерпели значительную эволю-цию в своем развитии, в результате чего в настоящее время для мореходных СС применяются либо счалы жесткого типа (реже), либо шарнирные счалы только с одной степенью свободы (чаще) как представители исторически более разнообразного полужесткого типа.
Составные суда с жесткими счалами, позволяющими сформировать состыко-ванный корпус как более единое целое наподобие обычного самоходного судна, в отечественной практике ранее так и назывались, а СС с полужесткими счалами любого типа - барже-буксирными составами (ББС). Учитывая, что при любом счале принципиально технически реализовывается одна и та же барже-буксирная модульная концепция, в нашем случае любые СС описанного типа можно называть ББС.
Как и все прогрессивные технические идеи, модульная проектная концепция СС также претендует на высокую сравнительную экономическую эффективность по отношению к обычным судам. В отличие от речных ББС, изначально техническая идея морских грузовых ТС ББС сочеталась с наиболее эффективной, как казалось тогда, организационной идеей связанных схем эксплуатации, подразумевавших работу ББС на линии, когда на один дорогой ЭМ приходится три дешевых ГМ (схема 1/3). За рубежом такие ТС ББС со связанными схемами обозначались, как правило, аббревиатурой ITB (Integrated Tug-Barge), что соответствует концепции «ЭМ-толкач» с формой корпуса, слабо приспособленной для самостоятельного плавания (особенно с жесткими счалами) (рис.2).
Рис.2 Барже-буксирные составы с жестким трехточечным (а) и шарнирным (б) счалами, созданные по концепции ITB
Однако, если для речных СС, которые успешно применяются на речном флоте с 30-40-х годов прошлого века, экономическая эффективность в сравнении с обычными речными судами ни у кого не вызывает сомнения, то для морских СС, как показывает непростая историяих развития и применения на морском флоте, она явля-ется неоднозначной и требует тщательной проверки в каждом отдельном случае.
Объясняется это сейчас спецификой морского транспорта и действием значи-тельно большего количества внешних факторов, которые необходимо учитывать при сопоставлении транспортных систем (ТС) составных и обычных судов. Но в 1950 году, с которого в США на фонеуспехов речных ББС началось развитие этой прогрессивной транспортной технологии на морском флоте, об этом мало кто заду-мывался.
В целом история развития морских ББС такова, что мировой бум, который нарастал с момента их первого применения до середины 80-х годов, уже давно прошел и сейчас масштабы применения этих судов в мире являются весьма скромными2. В результате складывается парадоксальная ситуация, которая иногда имеет место в развитии техники: при очень высокой теоретической эффективности достаточно слабое использование на практике.
Пик освоения прогрессивных транспортных технологий, и в частности, в отношении СС, как конкретное проявление великой транспортной революции, кото-рую переживает человечество с середины прошлого века, пришелся на 70-е годы. В те годы во многих странах создавались морские ТС ББС, активно велись широко-масштабные научные исследования, накапливался практический опыт.
Это коснулось и нашей страны, которая усиленно впитывала передовой зарубежный опыт. На основании научных изысканий ММФ в начале 70-х годов Балтийским морским пароходством за границей была приобретена первая ТС ББС «Капитан Володин-Высоцк 1»3 (Англия - ФРГ). Затем начался период осмысления опыта эксплуатации этих судов, серьезных научных исследований со стороны корабле-строителей и специалистов МФ, в том числе по проблемам дальнейшего развития этого типа судов. В качестве научных работ, в значительнойстепени обобщающих весь объем отечественных исследований по тематике ББС, можно привести моно-графии [2,3,4].
В 1977 г. для Дальневосточного морского пароходства в Японии была по-строена лесовозная ТС ББС «Байкальск-ББС 1» с шарнирным счалом Articuple (мод. Artubar), состоящая из 4 ЭМ и 8 палубных ГМ дедвейтом 9470 т. Эта ТС, созданная с учетом уже известных к томувремени недостатков систем со связанными схемами 1/3 по более прогрессивной схеме 1/2, была рассчитана практически на полное обеспечение грузопотока круглого леса, идущего из портов Приморья до западного побережья Японии. Благодаря специфике круглого лесаи необходимости завоза его в несколько японских портов, была реализована более гибкая в эксплуатационном отношении веерная схема, предполагающая быструю разгрузку ББС кренованием в акватории японского порта и возвращение порожнего состава в порт загрузки (Владивосток). По данным [4] выигрыш в экономической эффективности ТС ББС по сравнению с обычными лесовозами доходил до 130-150%.
Однако, сначала гибель одного из буксиров в Японском море в 1978 г., а затем запрет выгрузки круглого леса в воду в японских портах вызвали проблемы задействования оставшихся без буксира двух барж и длительных простоев составов в японских портах под разгрузкой обычным способом. Это привело, в конце концов, к менее эффективной работе ББС по сравнению с обычными лесовозами и досрочному выводу из эксплуатации уже к 1986 г. Так, воздействие внешних факторов (случайных и, возможно, искусственно вызванных) на первуюв отечественном МФ крупномасштабную ТС ББС привело к печальному исходу, повлиявшему, по всей видимости, на перспективы дальнейшего «нулевого» развития этих судов у нас.
За рубежом период 80-х годов в развитии морских ББС ознаменовался поиском новых решений, позволяющих устранить самый крупный недостаток систем ITB - связанность схемы эксплуатации (как внутренний фактор исходной концепции), делающей ТС уязвимой при действии множества случайных внешних и внутренних факторов.
Проведенные автором исследования по многофакторному сопоставлению ТС ББС и обычных судов [5] с помощью специально разработанной динамической имитационной модели позволили выявить очень сильную зависимость эффективности ББС со связанными схемамиот случайного воздействия внешних факторов. Так, ТС ББС со связанной схемой 1/3, имея для заданной ситуации в статических (детерми-нированных) условиях 85% выигрыш в экономической эффективности по сравнению с обычными судами, при 50% уровне стохастического воздействия 7 вероятно-стных факторов (вариация случайной величины до половины заданного диапазона при равномерном ее распределении) полностью теряет свои преимущества (рис.3).
Рис.3 Предельный уровень стохастического воздействия и характер изменения мак-симизируемых показателей эффективности сопоставляемых ТС ББС Эм (синяя линия) и обычных судов Эо (зеленая линия), а также индекса предпочтения ТС ББС IPм= Эм/Эо
Такое поведение ТС объясняется появлением естественной асимметрии схемы эксплуатации (рассогласовкой рабочих циклов ЭМ и ГМ с соответствующим ростом времени взаимных ожиданий) в условиях сильного влияния на сопоставление фак-торных показателей асимметричности схемы. Это подтверждает гипотезу губительного действия ряда внешних факторов на экономическую эффективность классических морских ББС, частично объясняющую тот парадокс в истории их развития, о котором говорилось выше.
Компромиссное решение за рубежом в целом было найдено к концу 80-х го-дов и внешне выразилось в массовом переходе от концепции ITB к концепции ATB (Articulated Тug-Barge)4. Модификация исходной концепции морских ББС касалась как организационных, таки технических решений. Первые сводились к переходу на частично связанные или свободные схемы эксплуатации ББС, аналогичные речным составам, вторые - к переходу на концепцию «ЭМ-морской буксир», предполагающую использование, преимущественно, шарнирных счалов, которые способны обеспечить корпусу ЭМ ходовые и мореходные свойства, достаточные для самостоятельного плавания (в холостых пробегах) при обслуживании ГМ по заявкам.
Нельзя сказать, что концепция АТВ не использовалась ранее. Американские судовладельцы и операторы как пионеры в освоении практически всех модульных концепций, благодаря сравнительно благоприятным гидрометеорологическим условиям в прибрежном и смешанном(река-море) плавании, с середины 70-х годов уже интенсивно использовали эту концепцию [6]. Однако повсеместное предпочтение ей начали отдавать с 90-х годов, что связано, в частности, с высоким уровнем надежно-сти шарнирных счальных устройств последнего поколения (рис.4).
Рис.4 Современный американский танкерный ББС проекта RESOLVE/650 с шарнирным счалом Intercon, созданный по концепции ATB
Конечно, из-за наличия холостых пробегов ЭМ при эксплуатации ТС ББС с частично связанными или свободными схемами (смешанными схемами) сравнительная эффективность в целом их стала ниже, чем у классических ББС со связанными схемами в идеальных условиях. Выигрыш в экономической эффективности таких ТС ББС по сравнению с обычными судами специалистами оценивается на уровне 30-40% [7]. Тем не менее, хоть и не в тех масштабах, но ТС ББС эксплуатируются и поныне. Большинство из них - традиционно в СевернойАмерике.
Так, к примеру, барже-буксирный нефтеналивной флот США принадлежит нескольким малым и средним судоходным компаниям. Буксиры и баржи строятся небольшими местными верфями или непосредственно на предприятиях компаний. В частности, известная компания LeBeouf владеет флотом из 22 буксиров (ЭМ) и 32 барж вместимостью по 4770 м3, 7 барж вместимостью по 1590 м3 и 26 асфальтовых барж [8].
Исследования по многофакторному сопоставлению ТС ББС со свободными схемами эксплуатации показали, что для оптимальных ситуаций (с высокой концен-трацией грузопотоков и идеальными погодными условиями) и обычных скоростях хода составов и ЭМ в 12–14 узэффективность таких систем всего на 17% ниже, чем ТС ББС со связанными схемами. Однако в целом, ограничение скорости хода ЭМ в холостых пробегах и действие фактора волнения существенно снижают экономическую эффективность ТС ББС со свободными схемами (двухкратное снижение эффективности) за счет недостаточно высоких ходовых и мореходных свойств ЭМ.
Тем не менее, положительный потенциал современных концепций ББС (при сопоставлении с обычными судами) все же сохраняется и они продолжают эффективно использоваться судовладельцами за рубежом. История выживания этой концепции и положительный опыт эксплуатации ББС в современный период могут стать поучительными для развития отечественного флота в будущем.
Наиболее актуальным это может стать для флота Дальневосточного бассейна. Например, при освоении континентального шельфа центральной и северной части Охотского моря, считающегося в будущем наиболее доступной и богатой кладовой морских жидких углеводородов,и обосновании транспортного обеспечения его нефтепромыслов имеет смысл вновь вернуться к идее СС. С учетом ледовой обстанов-ки, мелеющего бассейна р. Амур и длительных простоев нефтеналивных судов под грузовыми операциями, в частности, от плавучих хранилищ (FPSO) или точечных причалов, эффективность морских ТС СС может оказаться значительно более высо-кой, чем у обычных судов (рис.5).
Рис.5 Канадский ББС ATB с шарнирным счалом в ледовых условиях, близких к условиям плавания в Дальневосточном бассейне нашей страны
Литература:
1. Rostocker Neptun-Werft baut weitere TwinCruiser /Zumpe Mi-chael//Binnenschiffahrt, 2006, 61, № 1–2, 32;
2. Проблемы определения и оптимизации проектных характеристик составных судов. Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Семенов Ю. Н. Ленингр.корабл.институт.- Ленинград, 1977, 20 с.
3. Богданов Б. В.,Алчуджан Г. А.,Жинкин В. Б. Проектирование толкаемых составов и составных судов.-Л.:Судостроение, 1981.
4. Холоша В. И. Проектирование и эксплуатация сухогрузных судов.- Л.:Судостроение, 1984.- 216 с.
5. Методология многофакторного сопоставления сложных транспортных систем и технических объектов/ Мытник Н. А.// Материалы 7 международной научно-практической конференции «Проблемы транспорта Дальнего Востока» FEBRAT-07, 3–5 окт.2007 г., Владивосток, Россия,с.41–42.
6. Головин В. И. Морские перевозки грузов барже-буксирными составами (по материалам зарубежной печати). ММФ. ЦБНТИ. Обзорная информация, 1974, 48 с.
7. A changing concept/N. M. Howard //Fairplay Int.Shipp.Weekly.-1986.-298.-№ 5374.-p.42–43.
8. Pushing ahead on transatlantic waterways /Haig-Brown Alan //Ship and Boat Int., 2006, Sept.-Oct.-р.23
Сноски:
1. В зарубежной литературе синонимом СС может являться аббревиатура TBS (Tug-Barge System)
2. Здесь уместно отметить, что судьба еще одной передовой модульной транспортной технологии, связанной с реализацией лихтеровозных концепций оказалась еще более плачевной - такие ТС в настоящее время практически прекратили свое существование.
3. Обычно, названия ББС со связанными схемами эксплуатации даются так: «Название ЭМ-Название головного ГМ».
4. Обычно аббревиатуры ITB и АТВ связывают с типом счала, определяющим гидродинамическую эффективность состава в целом, однако с позиций концептуального проектирования их связь с организационными аспектами все же существует.