廈門港消防船設(shè)計方案探討

(集美大學(xué)航海學(xué)院，福建 廈門 361021)

1 船型及外觀造型

1.1 船型

決定船型的因素很多，但主要還是取決于船舶航區(qū)、用途及航速等。現(xiàn)代消防船船長不大但其航速一般不低于15 kn，所以其Fr都比較大，基本屬于高速船型。取雙體船與單體船作比較，雙體船興波阻力小，快速性能好，還具有穩(wěn)性好、容易獲得較大的甲板布置面積等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于消防船機(jī)艙設(shè)備多，為滿足布置要求，雙體船片體尺度需增大，結(jié)構(gòu)重量有一定的增加，再考慮到雙體船機(jī)艙管理以及沿海港口海上適航性等因素，目前常規(guī)消防船還是以單體船為主[1]。

根據(jù)使用要求及海域情況，廈門港消防船以單體船型為好。

1.2 外觀造型

消防船作為公務(wù)用船，除了其強(qiáng)大的專業(yè)功能外，還需要考慮其外觀造型要與港口的形象和地位相適應(yīng)，使之成為港口的一個流動風(fēng)景。

消防船的大小、甲板的層數(shù)和設(shè)備的布置直接影響到造型，特別是甲板層數(shù)(高度)還直接影響到消防炮的使用。所以，造型應(yīng)該與總體規(guī)劃一起考慮，在滿足使用功能的前提下，追求造型美觀。

消防船流行的外觀顏色是：主船體用紅色，上建(甲板室)用白色(乳白色)或灰色。消防船應(yīng)給人以快速、靈活、強(qiáng)大、有力及明亮的視覺感受。

2 消防船類型

消防船的設(shè)計建造除了滿足現(xiàn)行的法規(guī)和規(guī)范的一般要求外，還必須滿足特殊的要求。目前對消防船的要求主要有：中國船級社《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》第8篇第1章“消防船補(bǔ)充規(guī)定”(以下簡稱“規(guī)定”)；中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《消防船消防性能要求和試驗(yàn)方法》(GB/T12553—2005，以下簡稱“方法”)。

“消防船補(bǔ)充規(guī)定”按消防船對外消防能力大小對消防船進(jìn)行了分類，分為3類，即通常所說的FiFi 1、FiFi 2和FiFi 3消防船，同時還對消防船的設(shè)備配置提出了最低要求。“方法”也對消防船進(jìn)行了分級，并提出了設(shè)備配置及試驗(yàn)的要求。

目前國內(nèi)所設(shè)計和建造的消防船都沒有入級，所以將“消防船補(bǔ)充規(guī)定”作為主要參考依據(jù)而非強(qiáng)制要求。

從近幾年國內(nèi)設(shè)計和建造的消防船來看，大部分是1類及介于1類和2類之間的消防船，真正達(dá)到2類的還相對較少，到目前為止還未見有3類消防船。

確定廈門港消防船不入級，為近2類(介于1類和2類之間)或2類船。

3 主要消防功能(系統(tǒng))

消防船的主要消防功能(系統(tǒng))是對外滅火。其消防對象主要是水上各類船舶和沿岸的建筑物。

根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際作用[2]，經(jīng)綜合比較分析，廈門港消防船主要消防功能(系統(tǒng))設(shè)置應(yīng)為水消防系統(tǒng)、低倍泡沫滅火系統(tǒng)、移動式中高倍泡沫滅火裝置、小型的干粉系統(tǒng)(裝置)、舷側(cè)供水系統(tǒng)、水幕保護(hù)系統(tǒng)、難船排水系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、對外廣播系統(tǒng)、對外照明(探照燈)系統(tǒng)和對外消防系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。

4 主要尺度參數(shù)

消防船的主要尺度參數(shù)、船舶技術(shù)性能與對外消防能力大小有關(guān)。一定大小的消防能力和技術(shù)性能對應(yīng)著一定的主要尺度參數(shù)要求，現(xiàn)將廈門港消防船有關(guān)尺度參數(shù)分析選擇如下。

4.1 排水量

消防船排水量比較直觀地反映出消防船的對外消防能力和技術(shù)性能，是一個非常重要的技術(shù)參數(shù)，一般與消防能力、航速、船舶布置和航區(qū)等有關(guān)。根據(jù)排水量的大小，一般消防船可分為大、中和小3個系列。比如內(nèi)河消防船，大型的一般指200～300 t級船，中型指100 t左右，小型則是指50 t以下的船舶[3-4]。而對海船來說，在行業(yè)內(nèi)目前還沒有比較統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)，但根據(jù)現(xiàn)有消防船的統(tǒng)計，大致認(rèn)為大型消防船一般是指500～600 t或以上的船舶，中型指300～500 t船，小型則是指300 t以下的船舶。消防船的排水量選擇，要根據(jù)各個港口具體情況和要求定，其最終還要與主尺度及性能等一起來綜合考慮。

根據(jù)廈門港水域一般船舶的使用經(jīng)驗(yàn)，并參考其它公務(wù)船舶排水量的大小，認(rèn)為廈門港消防船排水量宜控制在600 t左右。

4.2 船長

消防船與其它商船相比，還是屬于小型船舶的范疇，根據(jù)統(tǒng)計其長度多在35～45 m之間。但由于消防船的絕對速度都比較高，故其Fr一般在0.4～0.5以上，屬于高速船范疇。所以船長的選擇除考慮使用要求外，更重要的是要考慮阻力性能和操縱性能等。在這樣的速度范圍內(nèi)增加船長無疑對減小主機(jī)功率或提高航速是有利的；但是船長的增加不僅會增加鋼料和造價，而且還會降低消防船的回轉(zhuǎn)性能，而這一點(diǎn)對消防船是不利的。另一方面船長的選擇也可以從長寬比的統(tǒng)計中得到借鑒，國內(nèi)近幾年建造的消防船L/B統(tǒng)計見表1，其范圍在4.00～5.00之間。

表1 典型消防船長寬比

注：以總長為統(tǒng)計依據(jù)。

綜合分析,廈門港消防船的總長應(yīng)為45 m。

4.3 型寬

確定消防船的船寬，主要是要滿足船舶的穩(wěn)性、開水炮時的橫傾和布置等的需要，同時也要兼顧到航速。一般現(xiàn)代消防船都配置雙主機(jī)，機(jī)艙應(yīng)有足夠的寬度和空間，其初穩(wěn)性要求亦較一般船舶大些，特別是在開水炮時要防止船舶有過大的橫傾。另一方面消防作業(yè)時也要求有較大的甲板面積，船上的內(nèi)外交通(通道)也需要有較大的面積。所以一般消防船都具有較大的船寬。

從歷史資料看，大部分消防船的B/d值在3.20～4.50之間，其數(shù)據(jù)總體上還是比較集中的，可以作為選擇船寬時的一個依據(jù)。近幾年國內(nèi)建造的典型消防船的B/d值統(tǒng)計見表2，與歷史資料大體一致。

表2 典型消防船寬度吃水比

綜合分析認(rèn)為該消防船型寬在9～10 m范圍為好。

4.4 吃水

消防船吃水大小的選擇首先要考慮到航行水域水深的限制，特別要考慮到消防船在任何情況下都能夠到達(dá)指定的水域，即以可達(dá)性為原則，同時還要與航速等其它性能一起考慮?；谙来墓ぷ魈攸c(diǎn)，要求消防船的吃水宜小不宜大，但吃水小了也會出現(xiàn)一些不利的情況，如螺旋槳效率和抗風(fēng)浪能力降低、航行阻力增加等。近幾年來沿海港口消防船的主機(jī)功率和航速越來越大，這就導(dǎo)致了吃水要求的增加。綜合上面的分析，認(rèn)為消防船吃水在滿足性能及使用要求的前提下應(yīng)取小值。

根據(jù)廈門港航道、錨地和碼頭的水深及其它公務(wù)船及工作船的實(shí)際，結(jié)合消防船性能及使用要求，該船的吃水限制在3.0～3.5 m之間。

4.5 型深

消防船型深的確定，首先要考慮到機(jī)艙的布置，其中主要涉及到消防船的主機(jī)單機(jī)功率大小和尺寸、主機(jī)排氣管及消防泵出水口布置等；同時還要考慮到大傾角穩(wěn)性、干舷及船體強(qiáng)度等的要求，一般型深以滿足使用性能為主。廈門港內(nèi)許多船舶的干舷為1 m多，這也可以作為確定型深的一個參考依據(jù)。在確定吃水的基礎(chǔ)上綜合考慮各因素，建議本船型深在4～5 m之間。

5 主要技術(shù)性能

消防船同普通船舶一樣要滿足許多航行性能，但又有一定的特殊性，這里僅就特殊要求作簡單說明。

5.1 穩(wěn)性

消防船不但要保證在自由航行中有足夠的穩(wěn)性，而且要保證在任何消防作業(yè)狀態(tài)下均有足夠的穩(wěn)性。同時，消防船往往還可能要在惡劣的天氣條件下出航滅火或擔(dān)任一定救助任務(wù)，故有些消防船還提出了更高的穩(wěn)性要求(即提高抗風(fēng)能力要求)。另一方面，在消防作業(yè)時，消防炮反力對消防船形成一個附加的傾側(cè)力矩，將會使船舶產(chǎn)生較大的橫傾角和使船舶發(fā)生移(轉(zhuǎn))動。對國內(nèi)消防船，“方法”中規(guī)定在消防炮以最大流量向船舶穩(wěn)性最不利的方向噴射時(其時船舶所受的傾側(cè)力矩等于風(fēng)壓傾側(cè)力矩加消防炮反力傾側(cè)力矩)，其靜傾角不超過8°，在消防炮反力傾側(cè)力矩單一作用下，其靜傾角不超過3°。

一般來說，在保證一定型寬時，消防船的穩(wěn)性一般都能滿足法規(guī)和使用要求的。

5.2 操縱性

這里所說的操縱性除了船舶正常(自由)航行操縱外，還包括消防作業(yè)時保持船位的操縱。消防船除必須具備一般船舶航行操縱性能外，還需要在接到火警后能快速駛離碼頭，在接近撲救對象時能快速制動、迅速靠近撲救對象、同時發(fā)射消防水炮，在消防滅火作業(yè)中能根據(jù)現(xiàn)場情況及時并靈活調(diào)整船位。

現(xiàn)代消防船一般配置雙機(jī)、雙槳、雙舵及艏側(cè)推裝置(有的還設(shè)有艉側(cè)推裝置)，可滿足上述操縱要求。

5.3 定位性

所謂定位性能是指消防炮噴射時，噴射反力的作用將使消防船后退或打轉(zhuǎn)，為使消防炮能以最大流量噴射時，消防船與撲救對象的距離應(yīng)保持在消防炮的有效噴射范圍內(nèi)，滅火時消防船的螺旋槳、側(cè)推器和舵等設(shè)備應(yīng)能產(chǎn)生一定的推力來克服消防炮的噴射反力、水流沖擊及風(fēng)力的作用，使船舶保持在某一位置的能力。

現(xiàn)代消防船一般通過側(cè)推裝置及雙槳雙舵的配合抵抗消防炮噴射作用力，在消防作業(yè)時較好地保持船位。

5.4 航速

消防船速度最理想的工作狀態(tài)是：在航行中能發(fā)揮全部主機(jī)功率，以最快速度到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場；在救火過程中根據(jù)需要能用較小的速度來調(diào)整和控制船舶位置。

消防船航速的確定受船型大小、主機(jī)類型及功率和推進(jìn)方式等因素的制約，同時還要適當(dāng)考慮其經(jīng)濟(jì)性。另一方面，航速的選擇也會影響到船型尺度、主機(jī)類型和功率等的選擇。

從統(tǒng)計資料看，國外一些國家和地區(qū)港口消防船的航速大都在14～15 kn，有些會更高一些。國內(nèi)早期消防船的速度都不快，大型消防船航速基本在14 kn以下，小型船舶速度更低一些。但是近幾年來國內(nèi)建造的消防船的航速都比較高，至少為15 kn，高的達(dá)到17 kn，且有追求高速度的傾向。

較大的消防能力和較高的速度在一定程度上代表著消防船的先進(jìn)性。但在實(shí)際中每增加1 kn的航速，卻需增加巨大的主機(jī)功率。不僅如此，由于所需主機(jī)功率的增加，會引發(fā)一系列問題，如設(shè)備價格和使用費(fèi)用增加，可選設(shè)備少、機(jī)艙布置困難及船型改變尺度增加等。

廈門港消防船航速的選擇主要從三個方面考慮：①使用要求，一般原則是盡量快；②船型尺度與主機(jī)類型功率的系統(tǒng)配套，主機(jī)目前一般均采用高速柴油機(jī)；③消防船基地設(shè)置一般考慮在港口地理位置中心附近，能夠快速到達(dá)全港主要區(qū)域。

根據(jù)目前國內(nèi)消防船的速度水平，結(jié)合廈門港的特點(diǎn)，確定廈門港消防船航速在16 kn左右。

5.5 連續(xù)消防作業(yè)能力

消防船的連續(xù)消防作業(yè)能力有別于一般運(yùn)輸船舶的續(xù)航力和自持力的概念，它不僅要保證消防船從駐地(基地)駛至撲救對象間的航行距離所需的燃油儲備量，而且更要考慮保證當(dāng)消防船上所有固定式消防噴射裝置均以最大流量噴射時，維持其連續(xù)消防戰(zhàn)斗和推進(jìn)器工作所需的燃油儲備量；同時，還應(yīng)保證消防船在此期間所必需的食品和淡水供給。在“規(guī)定”和“方法”中都對此有明確的規(guī)定，可作為設(shè)計消防船的參考依據(jù)。但從實(shí)際來看要完全達(dá)到規(guī)范的要求有一定的難度，所以業(yè)主應(yīng)根據(jù)自身的需要來確定。

6 總布置基本要求

6.1 甲板層數(shù)

從收集的資料看，目前小型消防船一般設(shè)2層甲板(室)，大型的消防船一般設(shè)3層甲板(室)，海船一般還設(shè)有首樓。廈門港消防船盡量設(shè)置3層甲板(室)，這樣有利于布置消防水炮。

6.2 艙室布置

消防船主體內(nèi)的艙室劃分與其它船舶基本一致，設(shè)有：艏尖艙(錨鏈艙)、船員艙或其它工作艙、機(jī)艙(包括機(jī)艙控制室)、燃油艙、淡水艙、泡沫儲存艙(柜)、舵機(jī)艙或艉尖艙等。

駕駛室設(shè)在全船最高處，面積需要大一些，它既是船舶操縱控制中心也是消防作業(yè)指揮中心。其操作臺設(shè)置有駕控臺、主機(jī)遙控臺和對外消防系統(tǒng)控制臺。在駕駛室設(shè)計上應(yīng)考慮兼顧四周的視野。

消防船一般要設(shè)置會議室(兼活動室)、消防器材間、救護(hù)室、衛(wèi)生間、船員值班室和消防人員值班室等。

由于消防船都有專用碼頭或基地，消防船的出航時間少，持續(xù)航行時間短，所以盡可能在船上不設(shè)或少設(shè)船員和消防人員居住艙室，這樣有利于船上的布置和減輕重量。

6.3 通道布置

消防船第一層(主甲板)甲板室四周應(yīng)布置連續(xù)暢通的通道，并應(yīng)布置穿越甲板室的橫向通道，在甲板室內(nèi)部也應(yīng)布置縱向通道。在消防作業(yè)可能啟動水霧保護(hù)系統(tǒng)時，外通道通行十分不便，有關(guān)人員可利用內(nèi)部通道從駕駛室順利通達(dá)機(jī)艙及船上的各內(nèi)部艙室。通往主甲板、駕駛甲板、頂甲板及消防炮平臺等梯道，盡可能采用比較寬敞安全的斜梯。

6.4 消防炮布置

消防炮布置須協(xié)同消防船使用部門共同確定，布置原則是炮位應(yīng)盡可能高一點(diǎn)。通常主炮在前靠舷側(cè)對稱布置，副炮在主炮后兩側(cè)布置。

6.5 小型快速救助艇

一般大型消防船在艉甲板上還設(shè)置有小型快速救助艇，便于交通和現(xiàn)場指揮。

7 推進(jìn)系統(tǒng)選擇

消防船的操縱性、定位性能和航速等都取決于船舶的推進(jìn)系統(tǒng)。調(diào)研表明，目前消防船的主機(jī)幾乎都采用原裝進(jìn)口美國CATERPILLAR(卡特彼勒)船用高速柴油機(jī)?，F(xiàn)代消防船的推進(jìn)系統(tǒng)主要采用三種方式：①傳統(tǒng)方式，即通過主機(jī)帶動常規(guī)螺旋槳，消防泵靠獨(dú)立的發(fā)動機(jī)驅(qū)動；②由主機(jī)帶動可調(diào)螺距螺旋槳，主機(jī)前端帶消防泵；③主機(jī)帶滑差齒輪箱(Omega齒輪箱)，前端帶消防泵?，F(xiàn)在第一種方式用得較少，主要采用后兩種推進(jìn)方式。廈門港消防船推進(jìn)系統(tǒng)建議采用第三種推進(jìn)方式。

8 結(jié)論

廈門港消防船設(shè)計的基本方案歸納如下。

1)船型。單體、三層甲板。

2)消防船類型(級別)。FiFi 2(或達(dá)到主要性能)。

3)航區(qū)。沿海(建議抗風(fēng)能力達(dá)8級以上)。

4)主要要素。

排水量為～600 t;總長為～45 m；

型寬為9.0～10.0 m；型深為4.0～5.0 m；

吃水為3.0～3.5 m；航速為～16 kn。

5)主要消防功能(系統(tǒng))。

水消防系統(tǒng)(水炮)；低倍泡沫滅火系統(tǒng)(泡沫炮)；移動式中、高倍泡沫滅火裝置；小型干粉滅火系統(tǒng)(裝置)；舷側(cè)供水系統(tǒng)；水幕保護(hù)系統(tǒng)；難船排水系統(tǒng)(裝置)；視頻監(jiān)控系統(tǒng)；對外廣播系統(tǒng)；對外照明(探照燈)系統(tǒng)；對外消防系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。

6)推進(jìn)方式。CATERPILLAR(卡特彼勒)主機(jī)+滑差齒輪箱(Omega系統(tǒng))+定距槳。

7)對外消防系統(tǒng)(設(shè)備)。主要設(shè)備選用國外著名品牌，國內(nèi)消防設(shè)備公司總集成國。

8)造船材料。主體采用CCSA級船用鋼，上建(甲板室)采用船用鋁合金。

9)機(jī)電設(shè)備選擇。推進(jìn)系統(tǒng)、對外消防系統(tǒng)、主要控制系統(tǒng)、通信導(dǎo)航系統(tǒng)等選用國外品牌，其它設(shè)備采用國內(nèi)品牌。

[1] 周振應(yīng).論消防船的設(shè)計[J].廣東造船，2009(2)：33-37.

[2] 何崇德.新型消防船的自動控制系統(tǒng)[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2001(1)：2-8.

[3] 施遠(yuǎn)威.國內(nèi)消防船概況及主尺度的確定[J].武漢造船，1990(1)：16-23.

[4] 于明瀾，馮恩德，傅德生，等.國內(nèi)外消防船技術(shù)性能分析及其開發(fā)對策[J].武漢水運(yùn)工程學(xué)院學(xué)報，1990(6)：218-225.