適應近海落水人員快速救援的雙體船設計與分析

申超男，楊勝飛，鄭雄勝

(浙江海洋大學 船舶與機電工程學院，浙江 舟山 316022)

0 引 言

我國是一個海洋大國，擁有1.8萬km的漫長海岸線以及300多萬km2的廣闊海洋領土[1]，遼闊的海域面積蘊藏著豐富的海洋礦產(chǎn)、海洋漁業(yè)和海洋旅游觀光資源。2018年6月19日，黨的十八大報告提出了要提高海洋資源的開發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟，保護海洋生態(tài)環(huán)境，堅決維護國家海洋權益,建設海洋強國的戰(zhàn)略方針[2]。未來海上人員活動必將更加頻繁，海難事故頻發(fā)、海上救援滯后將造成巨大的人身與財產(chǎn)損失。

海上救援設備是關系到海上基建和海上工作人員人命安全的關鍵設施，歷來受到海軍、救助站、航運管理局和船級社等相關部門的高度重視。在此背景下，研究因地制宜的海上救援策略，研發(fā)特種救援船舶已被提上日程。本文提出一款用于海上快速救援的雙體船(以下稱雙體救援船)，采用雙體雙槳式設計，針對落水后意識清醒的人員可快速輔助救援，對于落水后恐慌、意識淺、難以主觀配合的人員可直接“打撈出水”實現(xiàn)救援。雙體救援船造價較低，可實現(xiàn)在守衛(wèi)海域的長期配備，經(jīng)濟性良好。

1 雙體救援船設計

1.1 總體設計簡介

本文提出的用于海上救援的雙體船采用一種全新的救援船舶設計理念，以雙體船的結(jié)構形式，結(jié)合雙電機、雙推進器的設計，實現(xiàn)航速的提高，且節(jié)能環(huán)保，航行過程中對海洋造成的污染較小。此外，雙槳式設計使船舶具有靈活的操縱性，回轉(zhuǎn)半徑小，直行、避障、曲線行駛性能得到有效提升，從而更易適應復雜的海況條件，實現(xiàn)海上救援能力的提高。

雙體救援船的上船體與2個片體之間設計減震連接機構[3]，提高雙體救援船的穩(wěn)定性，同時減緩因波浪沖擊船體引起的升沉幅度，改善適航性與耐波性。片體調(diào)節(jié)機構可通過改變片體之間的距離以及上船體的高度，使雙體救援船適應不同深度與水面高度水域的救援。該雙體救援船利用網(wǎng)布和牽繩等組件對落水者進行“打撈式”救援，可直接將落水者抬至水面以上，快速脫離危險。雙體救援船設計如圖1所示。

圖1 雙體救援船整體設計圖

1.2 功能機構設計

雙體救援船功能機構包括減震連接機構、片體調(diào)節(jié)機構、“打撈式”救援機構等，如圖2所示。

圖2 雙體救援船功能機構

1.2.1 減震連接機構

雙體救援船上船體與2個片體之間通過位于船首與船尾的4個減震連接橋連接。減震連接橋與車用減震器相似，主要作用是通過機械減震的方式減緩航行狀態(tài)下船體因興波、升沉、橫傾等運動產(chǎn)生的震動，調(diào)節(jié)上船體的波浪搖擺幅度，改善適航性。減震連接橋的兩端通過固定轉(zhuǎn)軸連接，在與片體連接的一端設置能以自由角度固定的鉸鏈機構，其在片體間距調(diào)節(jié)完成后可固定減震連接橋與片體的傾斜角度，保證船體始終處于正浮狀態(tài)，避免船體橫傾增加濕表面積和增加不必要的摩擦阻力[4]。減震連接機構如圖3所示。

圖3 減震連接機構

1.2.2 片體調(diào)節(jié)機構

雙體救援船的片體調(diào)節(jié)機構由3個轉(zhuǎn)軸關節(jié)、1個固定轉(zhuǎn)軸、液壓伸縮桿、杠桿、連接桿等組成。當液壓伸縮桿伸長[5]時，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸使2個片體之間的距離增大，上船體高度降低，適應水面高度有限制區(qū)域的救援，同時縮短駕駛位置與搜救繩網(wǎng)的高度差，便于救援人員下至網(wǎng)布中救助落水人員；當液壓伸縮桿縮短時，2個片體之間的距離減小，上船體高度增加，駕駛位置獲得更好的航行視角，適應有寬度限制或吃水稍淺區(qū)域的救援。片體調(diào)節(jié)機構如圖4所示。

圖4 片體調(diào)節(jié)機構

1.2.3 快速救援機構

雙體救援船的救援機構是功能機構的核心部分，位于上船體上，其主要功能是實現(xiàn)快速打撈救援。救援網(wǎng)由繩網(wǎng)、麻繩、前牽繩、后牽繩、底端橫桿、前端橫桿等組成。快速救援機構的前牽繩連接前端橫桿，后牽繩連接底端橫桿，底端橫桿與前端橫桿之間通過麻繩連接，麻繩承擔主要的結(jié)構拉力。兩橫桿中間密布著網(wǎng)格交錯的繩網(wǎng)，組成救援網(wǎng)布。遇到人員落水時，前牽繩牽拉前端橫桿，將落水者包入救援網(wǎng)布中，然后4根牽繩同時牽拉，將落水者抬升至水面以上。

后牽繩經(jīng)后導繩輪轉(zhuǎn)向后被位于上船體后端的絞輪收絞；前牽繩經(jīng)前導繩輪轉(zhuǎn)向后被上船體的前絞輪收絞。該機構配置前后兩組電機，前置電機布置在前絞輪下方，后置電機收放后牽繩，并承擔落水人員重量，底端橫桿的垂直升降使后置電機的負荷較大。后置電機經(jīng)齒輪箱減速后扭矩增大，驅(qū)動絞輪實現(xiàn)底端橫桿的收放。由于前牽繩負荷較小，可采用減速電機，省略減速齒輪箱。后置電機與齒輪箱如圖5所示。

圖5 后置電機與齒輪箱

底端橫桿通過一系列伸縮機構實現(xiàn)垂直升降。短自伸縮桿固定在長自伸縮桿端部，通過伸縮桿端頭與連桿連接。連桿通過底端滑塊與底端橫桿連接。后置電機經(jīng)齒輪箱減速后驅(qū)動絞輪收起后牽繩實現(xiàn)底端橫桿的收放。一系列伸縮機構與底端橫桿的連接保證救援機構的橫向強度和受力穩(wěn)性?？焖倬仍畽C構如圖6所示。

水利水電工程項目的工程建設需要重視技術運行管理，根據(jù)施工流程建立技術運行管控制度，將相應技術責任落實到責任人，結(jié)合工程項目的實際狀況，能夠做到施工運行的動態(tài)管理機制，具體問題具體分析，遇到問題解決問題，保證施工技術的可發(fā)展性，保證各項生產(chǎn)運行活動都能夠在運行管控制度范圍內(nèi)容。同時施工技術管理還需要重視管控方法的轉(zhuǎn)化，應用現(xiàn)場監(jiān)督、突擊檢查、定期監(jiān)督等方法構建完善的管理體系，保證施工技術可以有效落實。在監(jiān)督及檢查工作中發(fā)現(xiàn)施工技術應用問題，需要及時進行技術完善和調(diào)整，并對相關責任人采取追責的懲處方式，以提升施工作業(yè)人員及施工技術管理人員對于技術的重要性認識[2]。

圖6 快速救援機構

雙體船進行救援前為圖7所示的狀態(tài)，首先接近落水者，前牽繩拉起前端橫桿，將落水者包入救援網(wǎng)布中，然后4根牽繩同時牽拉，將落水者抬升至水面以上，實現(xiàn)“傻瓜式”救援。

圖7 雙體船進行救援前狀態(tài)立體圖

雙體救援船每個片體均搭配一組電機與螺旋槳推船前進。雙槳設計使得該雙體救援船具有靈活的操縱性，回轉(zhuǎn)性半徑小，避障、曲線行駛性能得到有效提升。除此之外，每個片體內(nèi)部均設有小型淡水艙，以便及時清洗船上的設備，防止設備受海水腐蝕老化。

2 可行性分析

首先，從船型設計角度來看：本文提出的雙體救援船將救援與駕駛相結(jié)合，是一種雙船體、雙推進動力、高航速、穩(wěn)性良好的救援船舶[6]。雙體船片體間距較大，片體間興波干擾較小，可減小興波阻力，提高航速[7]。雙螺旋槳設計使該雙體救援船具備更加靈活高效的操縱性，回轉(zhuǎn)半徑小，具備直行、避障、曲線行駛、轉(zhuǎn)向等突出的航行性能[8]。

其次，從救援方式角度來看：雙體救援船的救援方式別具一格，針對落水人員，特別是大多數(shù)落水后恐慌、掙扎、意識淺、難以主觀配合的人員可直接“打撈出水”實現(xiàn)救援，快速高效。“打撈出水”的救援方式突破傳統(tǒng)救援設備的局限性，有效解決了救援人員自身安全難以保障、救援時間拖延、落水人員易受二次傷害等問題，在景區(qū)及游樂場安保守衛(wèi)、近海救援等方面具有突出價值。

再次，從救援效果角度來看：雙體救援船與無動力的救生筏和防傾自浮救生吊籃相比[9]，具備完整的巡視、搜索與救援能力，同時兼具救援沖鋒舟的機動敏捷等優(yōu)勢。此外，雙體救援船可搭配紫外線搜索燈、遠紅外夜視儀等專業(yè)搜救設備，從而保證其在夜間、霧或暴風雪環(huán)境以及照明器材缺失等條件下依然具備較強的搜救能力。相較于直升機救援，雙體救援船減少了大量的人力、財力，經(jīng)濟性更優(yōu)越，可實現(xiàn)在守衛(wèi)海域的長期配備[10]。此外，電力推進方式使雙體救援船對緊急事故有較強的應急救援能力，降低了船舶駕駛過程中錯誤操作的可能性。

最后，從環(huán)保節(jié)能角度來看：雙體救援船采用電機推進方式，船舶柴油機可始終處于恒速工況條件，燃油燃燒更充分，有效減少了主機產(chǎn)生的污染性氣體，船舶艙底水產(chǎn)生量也明顯減少[11]。

3 應用前景分析

3.1 現(xiàn)實意義

海難事故容易造成巨大的人身和財產(chǎn)損失，其中救援體系的不健全、救生設備效果不佳、救援人員經(jīng)驗不足等因素占比頗重。

傳統(tǒng)的救生方式多為向落水人員拋投救繩索、救生圈等救援裝備，需要落水人員主動參與，實現(xiàn)自救。但是，大量實踐表明，大多數(shù)落水者在強烈的求生欲望驅(qū)使下，落水后往往劇烈掙扎，甚至處于自我意識缺失的狀態(tài)，難以主觀配合。對于救援人員而言，貿(mào)然下水難以達到救援效果，自身生命安全也得不到保障[12]。

雙體救援船突破傳統(tǒng)救援設備的局限性，在保護救援人員人身安全的前提下，提高了救援效率，有效避免落水人員受到二次傷害。另外，雙體救援船對操作者的要求不高，適應大眾，船舶駕駛過程中錯誤操作的可能性較低，在突發(fā)狀況下具備較強的反應能力。

在我國廣闊的海岸線和海洋領土上，每天從事海洋資源開采、海洋漁業(yè)、海洋旅游等海上活動的人員數(shù)量龐大，面對日益頻繁的海上活動，該型雙體救援船的應用與發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

3.2 未來發(fā)展

(1) 搭配更精確的定位導航系統(tǒng)與海上通信設備[13]，克服海上移動網(wǎng)絡信號不佳的短板，實現(xiàn)大區(qū)域、遠范圍、高精度的遠海、近海全方位搜索、救援，完善海上救援體系。

(2) 研發(fā)具備優(yōu)良耐波性和穩(wěn)性的片體船型，適應世界范圍內(nèi)不同海域的波浪、潮汐、亂流等環(huán)境。

(3) 增設自給式海上發(fā)電設備或設立海上陣列式多浮島潮流能發(fā)電設備，開辟船用第二能源儲備方式，以便雙體救援船能夠承擔更長期的海上巡航任務，提高電力推進船舶的續(xù)航力。

(4) 配備船用海水淡化裝置，提高船舶自身生存能力。

4 結(jié) 語

針對頻繁發(fā)生的海難事故及其造成的巨大人身和財產(chǎn)損失，雙體救援船可以對落水后恐慌、自我意識淺、難以主觀配合的人員實施有效救援，同時規(guī)避了對落水者造成二次傷害、救援人員自身安全得不到保障、救援效率低等諸多傳統(tǒng)救援方式存在的弊端。此外，相較于現(xiàn)有的無動力救生筏、防傾自浮救生吊籃等設備，雙體救生船具備完整的巡視、搜索、救援能力，同時兼具沖鋒舟的機動敏捷等優(yōu)勢，對緊急事故有較強的應急救援能力。該雙體救援船可承擔近海景區(qū)、游樂場等場所的日常巡視與救援任務，其應用與發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。