一種新型海上救助裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙樹培,張超

（武警海警學(xué)院，浙江 寧波 315211）

1 引言

隨著長(zhǎng)三角海上經(jīng)濟(jì)大走廊等國(guó)家重大項(xiàng)目的穩(wěn)步推進(jìn)以及交通強(qiáng)國(guó)、海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施，海洋開發(fā)利用活動(dòng)日益頻繁，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)海上救援的需求更加迫切，當(dāng)前復(fù)雜的海上交通運(yùn)輸形勢(shì)為海上救援工作帶來了新的挑戰(zhàn)，海上救援在服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方面的重要性日漸突顯。海上救援是專業(yè)機(jī)構(gòu)或社會(huì)救助力量應(yīng)用海上救援裝備對(duì)海上遇險(xiǎn)人員實(shí)施救助的系統(tǒng)性行為，是政府應(yīng)急管理工作的重要組成部分。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2020 年海上遇險(xiǎn)人員11000 多名，其中獲救人員數(shù)量10000 余名；2021 年海上遇險(xiǎn)人員約12000多名，其中獲救人員數(shù)量約11000 余名；預(yù)計(jì)2022年海上遇險(xiǎn)人員約13000 多名，其中獲救人員數(shù)量約12000 余名[1]。總的來說，我國(guó)海上救援工作還存在著責(zé)任落實(shí)不到位、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)不健全、救助裝備不先進(jìn)等突出問題，還不能完全滿足海上救援的需求。

海上的環(huán)境情況不同于陸地，由于海上無(wú)風(fēng)也有三尺浪，實(shí)施救援的環(huán)境相對(duì)惡劣，使救助人員開展救援工作更加困難，而且往往越是大風(fēng)浪的天氣，航行的船舶越容易出現(xiàn)險(xiǎn)情事故。船舶一旦發(fā)生人員落水事故，就需要救援人員爭(zhēng)分奪秒地對(duì)落水人員實(shí)施救助，由于海水溫度較低，人體長(zhǎng)時(shí)間泡在低溫水中，會(huì)出現(xiàn)低體溫癥，人體在15 至20℃的海水中最多能存活12h，海水溫度越低，生存情況越糟糕。另外，落水時(shí)間越長(zhǎng)，海上搜救的難度就越大，一般超過4 至5 個(gè)小時(shí)，成功獲救的概率就很低。所以，為更好地開展海上救援工作，這就要求海上救援力量要科學(xué)制定救助方案，積極設(shè)計(jì)開發(fā)優(yōu)化應(yīng)用救助裝備器材，提高海上救援工作效率和成功率。

本文主要研究海上對(duì)落水人員進(jìn)行救助時(shí)，落水人員若發(fā)生體力不支的狀況下很難攀爬上救生艇的危險(xiǎn)情況，并基于多年的海上救援工作經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用Solidworks軟件探索設(shè)計(jì)了一種新型海上救助裝置，可以將落水人員快速地拉上救生艇，供相關(guān)專業(yè)人士參考。

2 海上救助落水人員的一般方法

海上落水人員的救生，包括尋找、撈救和對(duì)傷病員救護(hù)治療。目前一般采用飛機(jī)和船舶及其救生艇對(duì)落水人員實(shí)施救助。飛機(jī)是救援落水人員首當(dāng)其沖的一種快速、有效的工具，尤其是運(yùn)用直升機(jī)執(zhí)行海上救援任務(wù)。

而當(dāng)發(fā)生大批量的人員落水時(shí)，一般使用船舶進(jìn)行救助，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有人落水時(shí)，發(fā)現(xiàn)者要迅速報(bào)告，駕駛?cè)藛T操縱船舶接近落水人員后，立即停船，注意防止螺旋槳傷及落水人員，并按照應(yīng)急部署表立即行動(dòng)，拋投救生圈、待落水人員將救生圈系好后，迅速將其拉回甲板，并采取正確的救護(hù)溺水人員的方法對(duì)落水人員進(jìn)行急救。如海況允許，可以釋放救生艇進(jìn)行救助，救生艇隨時(shí)與船舶保持聯(lián)絡(luò)，救生艇工作人員分別做好操艇、瞭望、搜救準(zhǔn)備等工作。

當(dāng)落水人員體力較好，落水人員先拉住救生艇舷邊下面的救生索，用一只手攀住艇緣，一只腳先登在艇側(cè)水下的扶手欄（防搖材）；然后將另一只手也去攀著艇緣，用一只腳登住救生索，四肢就能登上救生艇。如果艇內(nèi)有人協(xié)助，在不影響安全條件下，可向有落水人一側(cè)壓低干舷，艇上人員拉住落水人的手臂或衣服，協(xié)助落水人員攀登上救生艇。二是當(dāng)落水人員負(fù)傷或體力不支，主要采用下列步驟將其拉上救生艇內(nèi)，救生艇內(nèi)的2 名救助人員將外舷腿的膝部壓在工作艇的邊緣，必要時(shí)可以調(diào)整艇上人員分布以降低干舷高度。轉(zhuǎn)動(dòng)水中落水者使其背對(duì)著工作艇，用里舷手抓住落水者的救生衣，用外舷手握住落水者的上臂，兩人先將落水者向上提起，然后向下壓入水中，借助浮力同時(shí)用力將落水者提拉到救生內(nèi)，注意使其背部首先接觸艇底。注意救助人員與被救人必須緊密配合，救助者動(dòng)作應(yīng)準(zhǔn)確、快速、協(xié)調(diào)一致，在提拉落水者時(shí)一定要在其臀部到達(dá)或超過艇舷時(shí)，在向艇內(nèi)帶入，不能生拉硬拽，避免造成腰背部受傷，如圖1 所示。

圖1 落水人員體力不支時(shí)的救助

圖2 新型海上救生裝置滑動(dòng)組件三視圖

3 新型海上救助裝置的構(gòu)思

海上救援人員根據(jù)海域、水文、氣象和船舶遇難的情況，靈活運(yùn)用下列原則進(jìn)行救助，可以提高效率。一是先發(fā)現(xiàn)先救，后發(fā)現(xiàn)后救[2]，由于在浩瀚的海洋上不易發(fā)現(xiàn)落水人員，所以一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)立即救援，不要錯(cuò)過時(shí)機(jī)，特別對(duì)少數(shù)或個(gè)別漂流零散人員，更應(yīng)及時(shí)救援。二是先救單人，后救集體，因單個(gè)漂流的落水人員，多系傷病較重，或受風(fēng)、浪、涌的影響，精神緊張，體力不支，且不易被發(fā)現(xiàn)，危險(xiǎn)性大；而集體漂流人員，能互相幫助，支持力較久，容易發(fā)現(xiàn)。因此在兩者被同時(shí)發(fā)現(xiàn)時(shí)，應(yīng)先救單人，后救集體。三是先救無(wú)救生器材者，后救有救生器材者，無(wú)救生器材者支持力小，危險(xiǎn)性大，應(yīng)先救[3]。四是先救浸泡在水中者，后救乘救生艇、筏者，先救傷病員，后救健康者，最后撈死亡者。

在對(duì)海上對(duì)落水人員進(jìn)行救助時(shí)，需要將落水人員轉(zhuǎn)移到救生艇上，然而救生艇的外緣處表面光滑，同時(shí)圍擋較高，落水人員不便于攀爬上救生艇，若落水人員的發(fā)生體力不支的狀況，面對(duì)光滑的外緣和較高的圍擋，救助人員不便于將落水人員拉上救生艇時(shí)，需要研制一種新型救助裝置解決此類問題。海上救援設(shè)備是船舶在水上救援落水人員或船舶遇難時(shí)進(jìn)入自救或救護(hù)他船的專門設(shè)備及其附屬器件的統(tǒng)稱。一般船舶配備的救援設(shè)備主要有救生艇、救生筏、救生浮具、救生衣、救生圈等裝備器材[4]，鑒于救生小艇及其配套的吊放機(jī)械等附屬設(shè)備，并結(jié)合抽拉式登乘梯的工作原理，融入現(xiàn)代化救生裝置的設(shè)計(jì)理念，朝著便于取用、登乘、操作的自動(dòng)化方向進(jìn)行深入探索，構(gòu)思設(shè)計(jì)了一款新型海上救助裝置，主要用于盡快地將落水人員轉(zhuǎn)移至救生艇上。

4 新型海上救生裝置的組成和工作原理

新型海上救助的裝置主要由兩部分組成，包括：救助艇平臺(tái)、滑動(dòng)組件及其附屬設(shè)備。救助艇平臺(tái)主要是指船舶配備的用于救助遇險(xiǎn)人員及集結(jié)救生艇，且有良好操縱性和機(jī)動(dòng)性，可以更安全地、更快捷地救助遇險(xiǎn)人員和集結(jié)海上救生艇。新型海上救生裝置使用的救助艇平臺(tái)主要是指有一定支撐性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的剛性救助艇和剛性充氣混合式救助艇，一般長(zhǎng)度應(yīng)不小于3.8 米，且不大于8.5 米，應(yīng)至少能乘載5 個(gè)坐下的人員和1 個(gè)躺下的人員，救助艇應(yīng)能以航速達(dá)到6 海里進(jìn)行操縱，并保持此航速至少4 小時(shí)，其他應(yīng)符合其適用的要求，并通過主管機(jī)關(guān)認(rèn)可[5]。

滑動(dòng)組件其附屬設(shè)備主要包括滑軌部件和滑動(dòng)部件及附屬設(shè)備，其中，滑軌部件可拆卸安裝在救助艇上，滑軌部件包括兩個(gè)平行設(shè)置的滑軌本體，兩個(gè)滑軌本體之間轉(zhuǎn)動(dòng)連接有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸上固定連接有拉繩，滑軌本體上開設(shè)有滑槽，滑軌本體的一端固定安裝有套環(huán)，滑軌本體的另一端固定安裝有立柱。滑動(dòng)部件滑動(dòng)安裝在滑軌部件上，滑動(dòng)部件包括滑動(dòng)桿，滑動(dòng)桿的兩端均轉(zhuǎn)動(dòng)連接有活動(dòng)軸，活動(dòng)軸上固定連接有滑塊，滑塊滑動(dòng)連接在滑槽內(nèi)，滑動(dòng)桿上固定連接有兩個(gè)平行設(shè)置的固定柱，兩個(gè)所述固定柱之間固定連接有固定桿。

通過上述救助艇平臺(tái)和滑動(dòng)組件及其附屬設(shè)備的相互配合，可以幫助落水人員通過腳踩固定桿，手握滑動(dòng)桿上的拉環(huán)向上攀爬，能夠方便保有體力的落水人員攀爬至救助艇上，在落水人員體力不支時(shí)，需要救生人員下水將落水人員使用綁帶或安全帶將落水人員捆綁在滑動(dòng)部件上，而救助艇上的救生人員通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)使拉繩纏繞在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，進(jìn)而使拉繩縮短，拉繩帶動(dòng)滑動(dòng)桿在滑軌本體上滑動(dòng)，從而將滑動(dòng)部件上的落水人員拖動(dòng)至救助艇上達(dá)到了方便將落水人員營(yíng)救到救助艇上的目的，大大提高了救援速度和救援效率。

5 新型海上救生裝置的三維建模及技術(shù)特點(diǎn)

本文采用SolidWorks 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，該軟件是一款常用的三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，廣泛應(yīng)用到了機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，并為實(shí)際的設(shè)計(jì)與裝配工作提供了強(qiáng)大的支持。此軟件是由SolidWorks 公司獨(dú)立研發(fā)的，功能強(qiáng)大，性能較高，其功能主要包括草圖繪制、零件與模具設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配模擬等功能，除了本身提供的各種功能外，用戶還可以通過各種插件來對(duì)其功能進(jìn)行開擴(kuò)展，對(duì)各個(gè)設(shè)備的裝拆過程進(jìn)行模擬，非常直觀、生動(dòng)、形象，使裝配工藝設(shè)計(jì)人員和裝配操作工人可以從不同角度去觀察機(jī)械設(shè)備，清楚地了解它的結(jié)構(gòu)、組成和裝配過程。在設(shè)計(jì)三維虛擬實(shí)體模型時(shí)，一般需要先設(shè)計(jì)一個(gè)二維模型草圖。草圖主要包括簡(jiǎn)單的點(diǎn)、線等元素，用于描述模型的大體構(gòu)造，二維草圖繪制完成后，可以繼續(xù)進(jìn)行三維模型的設(shè)計(jì)過程，此過程中可以直接利用軟件中的特征造型功能，依次添加各個(gè)實(shí)體特征，添加完成后即形成了一個(gè)完整的三維的虛擬模型，新型海上救生裝置滑動(dòng)組件三維模型，如圖3 所示。

圖3 新型海上救生裝置滑動(dòng)組件三維模型

在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，需要重點(diǎn)分析其特征。各種產(chǎn)品具有不同的特征，特征所指的含義主要是實(shí)體的顏色、形狀等外觀屬性，或者是內(nèi)在的結(jié)構(gòu)以及功能等。課題組采用自底向上三維建模設(shè)計(jì)方法，自底向上是一種基于裝配體的設(shè)計(jì)方法，此方法應(yīng)用起來較實(shí)用，設(shè)計(jì)者只要思路明確，設(shè)想周到，就可以像在零件圖中一樣對(duì)零件進(jìn)行編輯，相當(dāng)于使用一個(gè)零件的幾何特征來定義另一個(gè)零件特征[6]。當(dāng)在零件之間建立參考關(guān)系時(shí)，模型將完全關(guān)聯(lián)，對(duì)參考零件所做的修改會(huì)使其他零件跟著改變，通過零件與裝配體草圖的關(guān)聯(lián)自底向上地設(shè)計(jì)整個(gè)裝配體[7]，這種自底向上邊設(shè)計(jì)邊改進(jìn)的方法，能極大地提高設(shè)計(jì)效率。

新型海上救生裝置的主要技術(shù)特點(diǎn)：一是滑動(dòng)組件的拉繩遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端與滑動(dòng)桿固定連接，能夠通過拉繩帶動(dòng)滑動(dòng)桿進(jìn)行移動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端貫穿滑軌本體并固定連接有轉(zhuǎn)動(dòng)盤，轉(zhuǎn)動(dòng)盤上固定連接有握把，轉(zhuǎn)動(dòng)盤能夠增大轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸時(shí)的力矩，達(dá)到了省力的目的，握把能夠?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤提供一個(gè)施力點(diǎn)。二是立柱的底端固定連接有防滑塊，防滑塊的直徑大于立柱的直徑，通過防滑塊的設(shè)置，可以避免立柱直接與救生艇接觸造成救生艇磨損的狀況，同時(shí)提高立柱與救生艇接觸時(shí)的摩擦力，避免立柱發(fā)生滑動(dòng)的狀況。三是兩個(gè)所述滑軌本體之間固定連接有支桿，能夠?qū)K的中部進(jìn)行支撐，方便拉繩滑動(dòng)?；瑒?dòng)桿上固定連接有兩個(gè)拉環(huán)，拉環(huán)可以方便落水人員握住滑動(dòng)桿，方便落水人員在滑動(dòng)部件上攀登。四是固定柱的底端插接有伸縮桿，伸縮桿的底端固定連接有腳踏，通過伸縮桿和腳踏的設(shè)置，能夠方便對(duì)滑動(dòng)部件進(jìn)行收納折疊，同時(shí)腳踏可以對(duì)落水人員的腳部進(jìn)行支撐。

6 結(jié)論與展望

船舶在航行中，人員落水極其危險(xiǎn)，即使未被吸入高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，但由于船舶航行速度快，人員落水后距離船舶越來越遠(yuǎn)，很容易因海浪掩埋、遮擋落水人員，而消失在救援人員的視野中。而且，在低溫的風(fēng)浪天氣里，落水者維持生命的時(shí)間也是很短的。在船舶航行中救助落水人員是一項(xiàng)十分緊迫的行動(dòng)，任何遲疑不決、操縱不當(dāng)、援救不力，都可能造成嚴(yán)重后果。為此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有人落水時(shí)，全體救援人員應(yīng)行動(dòng)迅速、密切配合，采取正確的措施實(shí)施營(yíng)救。本文針對(duì)海上對(duì)落水人員進(jìn)行救助時(shí)，落水人員若發(fā)生體力不支的狀況下很難攀爬上救生艇的危險(xiǎn)情況，探索設(shè)計(jì)了一種新型海上救助裝置，該裝置主要由救助艇平臺(tái)、滑動(dòng)組件及其附屬設(shè)備組成，相對(duì)于傳統(tǒng)的海上攀爬救援設(shè)備，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操縱方便、使用范圍廣泛，可以將落水人員快速地拉上救生艇，隨著我國(guó)的海上救助力量日益增大，新型救生救助設(shè)備的出現(xiàn)能高效救助落水人員，且它能提高救助船員的工作效率，保障救援工作的成功率，為未來救生裝置的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了有益借鑒。