開放水域救援潛水訓練安全性研究
——基于阿基米德潛水訓練池

■ 張光劍 李樹慶 杭州市消防救援支隊

一、背景

消防救援隊伍轉(zhuǎn)隸后，成為我國應(yīng)急救援的主力軍和國家隊，承擔著防范化解重大安全風險、應(yīng)對處置各類災(zāi)害事故的重要職責，黨和人民寄予厚望。在原有防、滅火和以搶救人員生命為主的應(yīng)急救援任務(wù)基礎(chǔ)上，水災(zāi)、旱災(zāi)、臺風、地震、泥石流等自然災(zāi)害和交通、?；返仁鹿实木仍汲蔀榱讼谰仍闹髫熤鳂I(yè)。應(yīng)急管理部為加強專業(yè)隊伍建設(shè)，加快構(gòu)建“全災(zāi)種、大應(yīng)急”的救援力量體系，在全國布點組建了27 支地震（地質(zhì)）、山岳、水域等專業(yè)隊，在全國31 個消防救援總隊均組建了省級抗洪搶險救援隊。

水域救援特別是潛水救援專業(yè)施救能力、訓練設(shè)施，是綜合救援任務(wù)中的短板，改制前幾乎是空白[1]。

我國水域事故頻發(fā)，每年溺水死亡人數(shù)五萬余人，潛水救援打撈任務(wù)繁多。如2015年6月1日晚，客船“東方之星”在長江中游水域發(fā)生翻沉，造成442 名人員遇難，只有12 人生還，其中2 人是被潛水員成功救出。2018年10月28日，重慶市22 路公交車墜入江中，15 人遇難，31日公交車被上海打撈局潛水員打撈出水。

潛水是高風險的活動，根據(jù)潛水死亡事故統(tǒng)計，88%的事故發(fā)生在潛水活動的初期階段，這表明熱身潛水是非常重要的，特別是在長期沒有進行潛水時，需要先進行水肺復(fù)習。要確保救援潛水作業(yè)高效安全，經(jīng)常性針對性地開展對潛水員訓練是非常必要的[2]。我國大部分潛水培訓機構(gòu)都在城市里的泳池進行，對救援潛水實戰(zhàn)訓練意義有限。在江、湖、海開放水域訓練始終存在風險。2020年，安徽六安2 名藍天救援隊員戶外潛水訓練時遇難；2017年，潘家口水下長城探索項目中有2 名潛水員失蹤。每年在我國開放水域潛水活動死亡數(shù)十人，而且開放水域潛水員失事失蹤，搜索打撈十分困難危險。

杭州市消防救援支隊在千島湖建立了水域救援訓練基地，對如何開展救援潛水訓練，確保受訓潛水員的安全，進行了探索。除了對隊員的安全管理、安全教育之外，開放水域的訓練設(shè)施至關(guān)重要。為此，杭州消防救援支隊開展研發(fā)了開放水域阿基米德升降式救援潛水訓練池。

二、研發(fā)目的

開放水域阿基米德升降式救援潛水訓練池主要用于潛水教學與救援潛水訓練，可設(shè)置在水質(zhì)相對較好的開放水域。如浙江千島湖、廣東萬綠湖、湖北丹江口水庫、重慶三峽水庫等，貼近實戰(zhàn)水域最好。

三、研發(fā)內(nèi)容

（一）救援潛水訓練池，可以同時容納幾十名潛水員培訓、復(fù)訓，訓練池凈空尺寸不小于長20m、寬20m、水深0—120m 可調(diào)節(jié)。訓練池四周設(shè)置安全圍網(wǎng)、水下高清攝像機，水下設(shè)置安全格柵底板。

開放性：字面上看起來是潛水訓練池，但與陸地上的鋼筋混凝土封閉結(jié)構(gòu)完全不同，其四周采用透水安全圍網(wǎng)、底板采用透水安全格柵，潛水訓練池內(nèi)與池外的水質(zhì)、水溫、水流、能見度是一致的，貼近實戰(zhàn)環(huán)境。

安全性：四周設(shè)置圍網(wǎng)，底板設(shè)置格柵，受訓潛水員無論是有意還是無意的溜出到更廣闊的開放水域都無可能。采用升降式底板，可以按照潛水員的級別控制訓練深度。假如潛水員訓練出現(xiàn)緊急狀況，可以快速升起底板出水。

（二）救援潛水訓練池四周設(shè)置浮力平臺（走道甲板），為整體密閉的鋼結(jié)構(gòu)（不是用多艘條船或塑料浮箱拼裝的），承擔整個訓練池的靜荷載及訓練活動荷載，可抗十級風浪，密閉的鋼結(jié)構(gòu)至少設(shè)有12 個密閉艙，浮力平臺的凈浮力每平方米不小于300 公斤。四周布置多組系纜樁，四角設(shè)置夜間警示燈。舷邊安裝靠泊防撞橡膠條。浮力平臺頂面為甲板走道，寬度不小于2m，表面可鋪設(shè)金屬防滑板或玻璃鋼防滑板或防腐木板等。

（三）池底板是研發(fā)的主要部件，依據(jù)阿基米德定律設(shè)計，由多根密閉空心不銹鋼管組成的排管結(jié)構(gòu)，排管上面滿鋪透水格柵，格柵眼小于30mm×30mm，開孔率大于百分之六十。格柵眼小于30mm×30mm 的設(shè)計，是基于潛水員攜帶的潛水電筒、潛水儀表、潛水刀等不被影響。底板為整體剛性結(jié)構(gòu)，除自身載荷外還要能承受每平方米不小于50 公斤的潛水教學訓練活動荷載，并保證在水域中升降及拖輪拖運過程中結(jié)構(gòu)安全。阿基米德定律，浸入靜止流體中的物體受到一個浮力，其大小等于該物體所排開的流體重量，浮力（科學計算）公式：F浮=G排=m排g=gV排ρ液（V 排表述物體排開液體的體積），以密閉空心鋼管為例其全部在水下的浮力[3]（工程計算）計算式：

F浮=G排=V排ρ液=r2πLρ液（r 為鋼管半徑、L 為鋼管長度、ρ液為水的密度=1）。

（四）水下圍護結(jié)構(gòu)：網(wǎng)眼小于20mm 的透水的圍網(wǎng)，把整個潛水救援訓練池圍護起來，使之與池外開放水域隔開，確保潛水教學訓練安全。可以用金屬網(wǎng)、塑料網(wǎng)，漁網(wǎng)。通過實踐，尼龍漁網(wǎng)會掛腳蹼不可用，金屬網(wǎng)重一點、價格高且在深水池安裝較困難，塑料半剛性網(wǎng)重量輕安裝維護方便。網(wǎng)眼小于20mm 的設(shè)計，是基于潛水員攜帶的潛水電筒、潛水儀表、潛水刀[4]等不被影響。

（五）底板升降裝置：用于提升或降低潛水池底板高度并承擔池底板的靜荷載及訓練活動荷載。在浮力平臺兩側(cè)對稱的布置若干組升降裝置，升降裝置分為電動和手動兩類，電動的有電動葫蘆卷揚機、液壓升降機、電動螺桿升降機等；手動升降裝置常用手動絞盤。水上比岸上多有不便，選用原則為簡單實用維護方便。還要考慮風浪晃蕩影響，底板升降裝置不能用硬連接。深度10m 以內(nèi)，幾種升降方式都可選用；深度超過10m 最好選用鋼絲繩卷揚機。常用304 不銹鋼絲繩與下端底板相連接，升降幅度為0—120m，可以在0—120m 范圍內(nèi)任何位置停留。為了整個底板均衡升降，多個升降裝置必須為集中控制同步上升或下降。安裝了電動升降裝置的，手動升降裝置也必不可少，當停電或故障，手動裝置就發(fā)揮更大的作用。

（六）底板深度觀測。潛水員有18m、30m、40m、60m、120m、300m 多種級別，當進行某一種級別深度的訓練，岸上教官隨時掌握潛水池底板的深度，控制潛水員不超過所持證的深度。底板深度觀測有水深標尺和電子集中數(shù)顯深度儀表，最好是標尺和電子集中數(shù)顯都具備，并將水深標尺及電子探頭安裝在潛水池的四個角上。

（七）安全設(shè)施[5]：潛水訓練池錨固位置應(yīng)盡量避開航道，選擇風浪小且安靜的港灣里面。無論選擇在哪里安放，都要做好安全防護。一是在四個角上設(shè)置夜間警示燈；二是池外邊設(shè)置防撞護舷；三是在潛水池四周50m 外設(shè)置警戒浮帶，不能讓任何其他船舶駛?cè)搿?/p>

四、研發(fā)成果

2020年4月向國家知識產(chǎn)權(quán)局申報專利，專家組審核通過，11月份獲得授權(quán)，12月份第一個阿基米德升降式救援潛水訓練池建造成功，投入杭州消防救援支隊千島湖水域訓練基地使用，效果良好，填補了我國該領(lǐng)域空白。經(jīng)濟效益以25m×25m×30m 為例，如果采用牛頓力學設(shè)計制造的升降式救援潛水訓練池造價大約500 萬元，用阿基米德原理設(shè)計制造的升降式救援潛水訓練池造價只需要約100 萬元，經(jīng)濟效益顯而易見，必將為推動水域救援訓練作出貢獻。