國產(chǎn)大型救生艇及吊艇架在郵輪上的適用性分析

朱艷,黃昊,于洋,劉曉瓊

(中船郵輪科技發(fā)展有限公司,上海 200137)

救生艇是針對具體艘郵輪量身打造,即便是同容量的救生艇,其設(shè)計會根據(jù)不同郵輪的布置特點(diǎn)、風(fēng)險點(diǎn)的不同而有區(qū)別。 現(xiàn)階段,國內(nèi)已有廠家在著手300多人超大型救生艇[1]的研發(fā)設(shè)計,已送審CCS,即將進(jìn)入替代設(shè)計的定性初步分析(風(fēng)險識別&評估)階段。為此,考慮立足于豪華郵輪配置需求,結(jié)合國產(chǎn)大型救生艇及吊艇架的設(shè)計特點(diǎn),以某豪華郵輪為例,重點(diǎn)分析國產(chǎn)救生艇及吊艇架在豪華郵輪上的適用性。

1 國產(chǎn)救生艇和吊艇架

1.1 國產(chǎn)救生艇

豪華郵輪乘員眾多,舷側(cè)空間寶貴,為了盡量減少占用舷側(cè)空間,救生艇數(shù)量應(yīng)盡可能少,這就要求在限制艇長的基礎(chǔ)上,盡量增加救生艇容量。而采用超150人的超大型救生艇,設(shè)備本身突破LSA規(guī)則限制,根據(jù)SOLAS規(guī)范要求,必須采用等效替代設(shè)計和風(fēng)險評估,且不是單純對設(shè)備進(jìn)行試驗驗證,而是針對替代設(shè)計中可能存在的高風(fēng)險,采用評估程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行危險識別,因而在設(shè)計之初應(yīng)考慮足夠安全冗余,還要結(jié)合郵輪撤離人數(shù)、集合站、登乘站、撤離通道等,對棄船撤離過程進(jìn)行危險識別,從而進(jìn)行綜合評估。同時,根據(jù)航線規(guī)劃,郵輪由于吃水限制無法?？康侥承└劭?部分救生艇需要兼做交通艇用于將乘客運(yùn)載往返于郵輪與港口之間,而交通艇對航速、通風(fēng)、舒適度要求高,航速一般為10～15 kn,通常還需要根據(jù)ADA指南,預(yù)留2個輪椅空間,因此,豪華郵輪配套使用的救生艇,設(shè)計難度大。

目前,國內(nèi)已有廠家在為招商豪華郵輪實(shí)船配套進(jìn)行235人超大型救生艇(可兼用交通艇)的研發(fā)設(shè)計,且即將進(jìn)入取證和檢驗驗證階段,也在和國內(nèi)郵輪設(shè)計公司合作著手300多人超大型救生艇的研發(fā)設(shè)計,已送審CCS,即將進(jìn)行替代設(shè)計和風(fēng)險評估,這就為國產(chǎn)救生艇在郵輪上的配套應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

1.2 國產(chǎn)吊艇架

吊艇架是收放救生艇的專用設(shè)備,能將滿載乘員及其屬具的救生艇在船舶縱傾10°和向任何一舷橫傾至20°,以及在船舶失去動力的不利情況下,安全降放至水面。國內(nèi)大型吊艇架主要包括:重力倒臂式、重力滑軌式、重力連桿式、液壓重力式、吊臂伸縮式、自由降落式、平臺式吊艇架等。其中,自由降落式吊艇架需要配置全部封閉救生艇,容量較小,通常不超過100人,對于郵輪艉部有限的橫向空間及龐大的乘員容量配置需求是不切實(shí)際的,而平臺式吊艇架則主要用于海工平臺上,不做贅述。

豪華郵輪船長200～300多m,船寬30～60 m不等,甲板多達(dá)十幾層,通常在中間設(shè)置2～3層甲板作為娛樂功能區(qū),配置主餐廳、賣場、中庭、劇場等艙室,層高超過3 m,其中2層多作為救生甲板使用,總層高不超過7米,其上為客艙甲板。為減少舷側(cè)空間占用,救生艇通過增加艇寬來縮短艇長。以容量314人的國產(chǎn)救生艇為例,救生艇采用雙層設(shè)計,艇長約12.5 m、高約5 m、寬約6 m(參數(shù)來自設(shè)備廠家)。因此,針對吊艇架進(jìn)行適用性分析,除了滿足規(guī)范要求外,主要著眼于艇架的外形尺寸、使用性能、美觀度、造價等因素。

1.2.1 重力式吊艇架適用性

重力倒臂式、重力滑軌式、重力連桿式吊艇架(見圖1)都是依靠救生艇自身重力作用,無須動力驅(qū)動即可將艇倒出舷外,降放至水面。優(yōu)點(diǎn)是艇下面可供人員行走,減少救生艇對甲板的占用,制造工藝簡單,造價低廉。但是,3種吊艇架都有短板。

圖1 吊艇架

1)造型不夠美觀、平穩(wěn)性欠缺。由于起升能力要求高,起艇機(jī)布置在甲板上,起艇機(jī)和絞索暴露在外,影響視覺效果,而采用機(jī)械傳動,慣性大,平穩(wěn)性不夠好[2]。

2)吊艇架占用橫向空間。兩舷僅救生艇將占用近12 m的船寬,艇架本體寬度約1～2 m,不僅降低橫向空間利用率,還壓縮功能艙室和通道布置空間。

3)艇架偏高,艇的存放高度高,相應(yīng)地提高了豪華郵輪的重心高度,而艇架高度是制約其在豪華郵輪上應(yīng)用的關(guān)鍵。

首先,重力倒臂式吊艇架[3]是單支點(diǎn)吊艇架,救生艇堆放在舷內(nèi),吊臂長度應(yīng)從舷側(cè)內(nèi)的支點(diǎn)處進(jìn)行計算(見圖1a)),則多增加一個艇寬的臂長,為確保橫、縱傾不良情況下正常降放,救生艇距舷側(cè)應(yīng)留出1.2～1.4 m的安全冗余,上半段吊臂導(dǎo)出時幾乎平行于甲板,相對減少因傾斜而損失的臂長值,再加上支點(diǎn)底座和頂部滑車高度,吊艇架高度達(dá)到11.5 m以上。

其次,重力滑軌式吊艇架的吊臂前后有兩個支點(diǎn),放艇時沿滑軌滑動至舷邊,導(dǎo)出時吊臂支點(diǎn)即在舷邊(見圖1b)),相對減小臂長計算值,而滑軌式吊艇架也被稱作跨甲板吊艇架,因此,吊艇架高度應(yīng)考慮救生艇本體高度、吊臂頂部滑車直徑、艇底部至滑軌安全間隙以及下層甲板層高,吊艇架高度也會超過9 m。

再者,重力連桿式吊艇架是單支點(diǎn)吊艇架,吊臂呈L形,頂部橫向臂和豎向臂堆放時呈90°,可降低艇架高度,釋放時呈鈍角(見圖1c)),可增加有效臂長,橫向臂釋放時可增加約0.4個艇寬的臂長,但豎向臂導(dǎo)出時因傾斜會損失大量有效臂長,因而艇架高度也達(dá)到9.5 m以上。同時,艇架可靠舷側(cè)安裝將救生艇一半懸出舷外,高度可降至6.5 m左右,還能減少空間占用,但是,救生艇懸垂,增加上浪對救生艇造成損壞甚至脫落的風(fēng)險,在送審階段,需要進(jìn)行耐波性分析,尤其是上浪撞擊工程分析,還要增加額外的穩(wěn)固設(shè)施,設(shè)計難度大,送審周期長。

1.2.2 液壓重力式吊艇架適用性

液壓重力式吊艇架常用的有鐮刀型和L型吊艇架,均采用液壓和重力相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)放艇,失電情況下,可通過蓄能器確保順利放艇。雖然造價翻倍,但采用液壓傳動,慣性小,操作更加平穩(wěn)可靠。

鐮刀型吊艇架布置緊湊,救生艇堆放在舷內(nèi),吊臂導(dǎo)出時支點(diǎn)位于舷邊(見圖2),艇架高度可控制在7 m以內(nèi),救生艇堆放高度也相應(yīng)降低。但是,艇架的吊臂會占用橫向空間,吊臂寬度近1 m,救生艇寬度近6 m,而蓄能器等占用的空間約0.6 m,每舷僅設(shè)備需預(yù)留高達(dá)7.5 m左右的船寬空間,再加上通道、欄桿、艙壁防浪扶手等寬度,則每舷需要預(yù)留9 m以上橫向空間,導(dǎo)致功能艙室的有效使用空間被大大壓縮。

圖2 鐮刀型液壓重力式吊艇架

L型液壓重力式吊艇架(研發(fā)設(shè)計和取證階段)造型簡潔,堆放角度可靈活設(shè)置。首先,艇架靠舷邊堆放將救生艇一半懸出舷外,可降低艇架高度和減少空間占用。其次,艇架底部支點(diǎn)緊靠舷邊堆放,通過把吊臂向船舯傾斜與甲板成夾角,可確保救生艇堆放在舷內(nèi)防止上浪撞擊,還可降低艇架高度,導(dǎo)出時增加吊臂有效長度。因此,艇架高度可控制在6.6 m左右。但是,L型吊艇架盡管不占用橫向空間,但會額外占用2.5 m左右的舷長空間(見圖3)。

圖3 L型液壓重力式吊艇架

1.2.3 吊臂伸縮式吊艇架適用性

吊臂伸縮式吊艇架采用液壓和重力相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)放艇,操作穩(wěn)定可靠。吊臂可伸縮,既不增加空間占用,還滿足救生艇導(dǎo)出的臂長長度,且艇架安裝在甲板頂部,艇架本體僅占用1 m多的垂向空間,加上救生艇本體高度,高度可限制在6.5 m以內(nèi),絞車和鋼索集成在艇架上,無需占用下層甲板空間,造型美觀,占用空間最小。

當(dāng)然,艇架造價高昂,是重力倒臂式艇架價格3倍以上,且艇架對甲板結(jié)構(gòu)和救生艇的堆放位置要求嚴(yán)苛:為了確保吊臂擁有足夠行程在橫、縱傾不利海況下能把救生艇導(dǎo)出舷外[4],頂部安裝甲板舷邊應(yīng)盡可能與郵輪最大船寬外板輪廓線齊平,且吊臂收縮時的臂長應(yīng)與救生艇寬度方向的輪廓線一致,即救生艇堆放位置應(yīng)在吊臂長度范圍內(nèi)(見圖4)。

圖4 吊臂伸縮式吊艇架

綜合以上分析結(jié)果,各類型吊艇架占用空間見表1,因此,僅從高度限制來考慮,后三者液壓輔助的吊艇架更加適用于豪華郵輪配置需求。

2 救生艇及吊艇架的配置布置分析

以哥斯達(dá)大西洋號豪華郵輪為例,船長292.5 m,型寬32.2 m,15層甲板,設(shè)計吃水7.8 m,定員3 600人,其中乘客2 680人,船員920人。目標(biāo)郵輪原船每舷配置9艘容量為150人的救生艇,且采用重力滑軌式吊艇架,根據(jù)國產(chǎn)救生艇及吊艇架的適用性分析結(jié)果,對目標(biāo)郵輪進(jìn)行超大型救生艇及吊艇架配置布置分析。

2.1 救生艇的配置

根據(jù)SOLAS規(guī)范第III章要求,目標(biāo)郵輪每舷至少需要配置乘員總數(shù)50%容量的救生艇,其中12.5%的容量由救生筏替代,因而目標(biāo)郵輪救生艇的最低配置(見表2)。

表2 救生艇的最低配置表 人數(shù)

然而,大型豪華郵輪上的乘員多為包括老人、婦女、兒童、殘障人士在內(nèi)的未經(jīng)受專業(yè)訓(xùn)練的乘客,考慮便利性和舒適性,救生艇的配置容量通常能搭載船上全部乘客。同時,每艘救生艇在棄船撤離時,需要分配約6名操艇員,且這些船員也需要搭載救生艇,因此,救生艇的總?cè)萘繎?yīng)包括乘客和救生艇指定船員。

目標(biāo)郵輪3、4甲板是救生艇堆放甲板,其中3甲板作為登乘甲板,配置有劇院、大賣場、中庭等功能區(qū),這些功能區(qū)多用作集合站,4甲板及以上為客艙甲板,舷側(cè)空間寶貴,救生艇數(shù)量應(yīng)盡可能少,容量應(yīng)盡可能大,占用空間盡可能小。那么,根據(jù)登乘甲板功能區(qū)域即集合站的分布特點(diǎn)、救生區(qū)域縱向跨度等進(jìn)行綜合考慮,如果每舷配置4艘艇,則登乘站過于集中容易造成擁堵,因此,每舷布置5艘救生艇最為經(jīng)濟(jì)適用,則每舷經(jīng)由救生艇撤離的人數(shù)至少1 370 人(1 340乘客+30船員)。目標(biāo)郵輪救生艇實(shí)際配置見表3。

表3 救生艇的實(shí)際配置 人數(shù)

基于航線規(guī)劃,目標(biāo)郵輪由于吃水限制無法停靠到某些港口,需要在郵輪與港口之間使用交通艇進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)和接駁,因而每舷需要配置2艘救生艇兼做交通艇使用(數(shù)量根據(jù)船東要求,考慮轉(zhuǎn)運(yùn)效率和成本),而相同容量的救生艇與兼做交通艇的救生艇外形尺寸相差甚大,不僅外觀上不夠協(xié)調(diào),對于空間規(guī)劃尤其是船寬方向難度更大。因此,基于廠家方案參數(shù),目標(biāo)郵輪每舷布置3艘容量314人(12.5×5.9×4.6 m)和2艘容量240人(13.5×5.8×4.8 m)的救生艇(這樣,總?cè)萘?2 740人)。其中,314人救生艇最大承載能力為330 人,可根據(jù)郵輪乘員需求調(diào)整。同時,240 人救生艇可兼做交通艇,參照國際豪華郵輪配置慣例,兼做交通艇時定員取救生艇總?cè)萘康?0%,即為190 人。

2.2 吊艇架的配置

豪華郵輪普遍在中間預(yù)留2層甲板作為救生甲板,且這些甲板多規(guī)劃為功能區(qū),其層高通常超過3 m,更加適合布置救生設(shè)備,以減少對客艙的遮擋。

目標(biāo)郵輪船長292.5 m、型寬32.2 m,救生艇堆放區(qū)域上建采用內(nèi)縮結(jié)構(gòu),即從3甲板往上,上建區(qū)域乃至頂部陽光甲板都采用內(nèi)縮結(jié)構(gòu)。目標(biāo)郵輪3、4甲板是救生艇存放甲板,3甲板為登乘甲板,布置有功能區(qū),層高3.7 m;4甲板及以上為客艙甲板,層高2.75 m,救生艇堆放區(qū)域為設(shè)備及通道預(yù)留的空間為6.6 m船寬。

以排除法進(jìn)行適用性分析。

1)內(nèi)縮結(jié)構(gòu),決定了吊臂伸縮式吊艇架不適用,即便外形美觀、占用空間最小。

2)對于重力倒臂式、重力滑軌式和重力連桿式吊艇架來說,即使內(nèi)縮結(jié)構(gòu)對艇架沒有高度限制,但3種艇架高度都超過9 m,甚至達(dá)到11.5 m(見表1),會完全遮擋第4、5層甚至第6層客房的觀賞視線,多犧牲一到兩層客房景觀,嚴(yán)重影響郵輪的經(jīng)濟(jì)效益。而連桿式可將救生艇懸在舷外以降低艇架高度,但增加上浪風(fēng)險、設(shè)計難度,是退而求其次的選擇。

3)鐮刀型和L型液壓重力式吊艇架艇架高度偏低,都可控制在7 m以內(nèi)。并且,郵輪上陽臺房客艙窗戶凈開孔尺寸為長1.1 m×高1.3 m,窗戶下緣距甲板約0.7 m,救生艇及吊艇架的存放僅遮擋第3、4層救生艇堆放甲板(層高6.45 m),對第5層客艙甲板毫無妨礙。但是,鐮刀型吊艇架會額外占用橫向空間,與240人/314人相匹配的吊艇架、救生艇需要占用7.5 m多的船寬,留出通道、欄桿、防浪扶手寬度后,如果不壓縮功能艙室寬度,則每舷需要局部加寬甲板2.5 m以上。L型吊艇架船寬方向只需預(yù)留救生艇及蓄能器占用的空間,即6.3 m左右,因而甲板只需局部加寬1.5 m左右,當(dāng)然這種吊艇架會額外占用2.5 m左右的舷長空間。

綜上所述,根據(jù)目標(biāo)郵輪救生甲板空間規(guī)劃,船寬32.2 m,空間有限,而船長方向布置有冗余,且考慮到預(yù)留的救生甲板層高6.45 m。因此,L型液壓重力式吊艇架最適用于目標(biāo)郵輪的空間規(guī)劃,因為不需要把救生艇懸出舷外,能降低艇架高度至6.6 m左右,且不會對更上一層客艙造成遮擋。

2.3 救生艇及吊艇架的布置分析

根據(jù)以上對于設(shè)備選型配置分析結(jié)果,對救生甲板的布置規(guī)劃、功能區(qū)域分布特征,以及集合站、登乘站的位置等進(jìn)行綜合考量分析。

1)目標(biāo)郵輪的救生甲板分為兩層即3、4甲板,L型液壓重力式吊艇架安裝在3甲板上,相較于4甲板都是客房,3甲板主要設(shè)置功能區(qū)域,從艉至艏部,分布有主餐廳、會議中心、中庭、大賣場、休閑區(qū)和大劇場,便于集合和登乘,因而救生艇采用舷側(cè)登乘。

2)目標(biāo)郵輪船舯中庭區(qū)域僅內(nèi)縮3.6 m,無法提供足夠橫向空間,因而中庭向艏靠近大劇院、休閑區(qū)、購物區(qū)的舷側(cè)平直區(qū)域布置3艘救生艇,其中2艘兼用交通艇。而中庭向艉靠近餐廳、會議中心布置2艘救生艇,這些功能區(qū)通常作為集合站使用,因而救生艇及吊艇架就近布置,不僅可確保集合站盡可能靠近登乘站布置,從而有助于縮短撤離時間,還能確保足夠?qū)挸ǖ目臻g滿足規(guī)范對于集合站0.35 m2/人的要求。

3)L型液壓重力式吊艇架靠舷側(cè)安裝,吊臂傾斜與甲板成夾角,既確保救生艇存放在舷內(nèi)有遮蔽,盡可能降低艇架高度,又能在郵輪橫縱傾時確保臂長足夠?qū)С鼍壬?。并?甲板需要局部加寬約1.5 m,每艘救生艇艉部需要配置1.2 m左右寬的平臺用于檢修或操作臺堆放。而救生艇堆放高度超過15 m,需要進(jìn)行風(fēng)險評估。

綜上所述,根據(jù)以上設(shè)備選型配置和布置分析結(jié)果,目標(biāo)郵輪每舷配置5套救生艇和吊艇架,314人和240人的救生艇及吊艇架分別占用舷長約15 m、16 m,那么,加上維修平臺將占用84 m左右的舷長空間,而原船配置9艘150人救生艇,不僅占用近100 m的舷長空間,采用的重力滑軌式吊艇架艇架過高,大面積遮擋了5甲板客艙的觀賞空間。因此,兩者相比較,前者足足節(jié)約了16 m的舷長空間,且還不會額外犧牲5甲板客艙視線范圍。

3 結(jié)論

與超大型救生艇配套的幾種國產(chǎn)吊艇架,無論從外形尺寸、穩(wěn)定性、美觀度還是經(jīng)濟(jì)性來說,純靠重力釋放救生艇的重力倒臂式、重力滑軌式和重力連桿式吊艇架是不適用于郵輪配置的,因為艇架高度過高是限制其在郵輪上應(yīng)用的致命缺點(diǎn)。而液壓重力式吊艇架適用于不同的郵輪結(jié)構(gòu)形式或救生甲板空間,其中,鐮刀型液壓重力式和L型液壓重力式吊艇架不限于郵輪結(jié)構(gòu)形式,前者適用于救生甲板橫向(船寬)空間較為充裕,船長空間較為緊張的郵輪,而后者由于不占用橫向空間,但會占用船長空間。吊臂伸縮式吊艇架是最為簡潔美觀、最節(jié)省空間的類型,只要船體結(jié)構(gòu)不是內(nèi)縮結(jié)構(gòu),安裝甲板舷邊與郵輪最大船寬外板輪廓線盡可能齊平,都是適用的,當(dāng)然價格較為昂貴。