崔榮昊

2015年6月1日深夜，由南京開往重慶的“東方之星”號客船突遇龍卷風傾覆，最終12人獲救，442人遇難。突如其來的沉船事件再次警醒世人，安全永遠是重中之重。下面筆者將為大家介紹一下船舶原理和安全防護。

怎樣保持平衡？

隨著時間的推移，船舶一直在發(fā)展衍化。它們大小不同、動力不同、形狀更是五花八門。但無論如何變化，它們都遵守著一個基本的原理：浸入靜止流體（氣體或液體）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，方向垂直向上并通過所排開流體的形心（抽象幾何體中心）——阿基米德原理：F=ρ（F為浮力，ρ為液體密度，V為排開液體的體積）。

如圖1，船的重力是由船舶本身跟部分重量所組成，如船體構(gòu)件、機電設(shè)備、貨物、人員、行李等重量。這些重量會形成一個垂直向下的合力G，而合力G便是船舶的重力。作用點A稱為船舶的重心。當船舶漂浮于水面一定位置時，船體浸水表面每一個點都受到水的壓力，這些壓力都垂直于船體表面，大小與浸水深度成正比。從圖中可以看出，船舶水下部分壓力的水平分力互相抵消，垂直分力則形成一個垂直向上的合力F，此合力F就是支撐船舶漂浮于一定位置的浮力，合力的作用點B稱為船舶的浮心。因此船舶保持平衡的必然條件是：

（1）重量與浮力的大小相等而方向相反，即G=F=ρV。

（2）重心A和浮心B在同—條鉛垂線上。

兩種假設(shè)狀況

如果條件（1）不滿足：

①當重力G大于浮力F時（例如船正在裝貨），船體就會下沉增加排開水獲得支撐新增加這部分重力的浮力，船舶形態(tài)重新達到平衡。

②當浮力F大于重力G時（例如船正在卸貨），船體就會上浮減少排開水去除支撐新減少這部分重力的浮力，船舶形態(tài)重新達到平衡。

如果條件（2）不滿足：

船舶在航行過程中，經(jīng)常會受到風浪等各種外力干擾，從而產(chǎn)生傾斜。

如圖2所示是船舶的橫剖面，該船在外力F（風浪、其他船舶撞擊等）作用下緩慢地傾斜成一個小角度，水線由正常狀態(tài)時的WL變成傾斜后的WL，船的重量在傾斜前后沒有改變，船的重心保持在原來的位置，故船的排水體積的大小不變。但由于水線變化，船體的排水（水下）體積形狀已經(jīng)改變，故浮心由原來位置B點移動到B點。此時浮心和重心不再位于同一鉛垂線上，因而浮力和重力形成一個力偶，促使船恢復到原來的平衡位置。自重心A作直線AC垂直于通過B的垂線（就是浮力線），則力偶的距就是：

M稱為船的復原力矩。當外力力矩小于M恢復力矩時，在外力取消后船舶會恢復到原先正常形態(tài)，外力力矩大于M恢復力矩時，船舶就會繼續(xù)傾斜達到極限值后反扣造成事故。從公式中我們可以看出AC越大船舶抵抗傾斜的能力會越大，那我們是不是可以把AC使勁往大了做就行了？事實不是這樣的，因為受外界環(huán)境影響，像航道的水深，閘門航道的寬度都會對船體的尺寸做出限制。而且隨著AC的增大，船舶的搖擺周期會變短，遇到風浪時會急劇搖擺，并不適合生活工作。因此AC數(shù)值選取要適當，這也就決定了船舶存在傾斜極限，當遇到超過這個極限的情況就會發(fā)生事故。船舶安全設(shè)計

船舶的基本原理大概就是這些。那么為了航行安全，船舶做了哪些設(shè)置呢？

首先，叢設(shè)計時就會進行大量的強度和原理計算，并把設(shè)計的圖紙?zhí)峤唤o船級社進行校驗保證從源頭上安全。在船體結(jié)構(gòu)上，其船艏部會設(shè)置一道水密的防撞艙壁，當艏部發(fā)生碰撞破損時，可以保證海水不會侵入到后面的艙室。而壓載水艙也是為了船舶安全而設(shè)置的獨特結(jié)構(gòu)。

如圖3，這是典型的散貨船橫剖面圖，ABCD四個位置就是其所設(shè)置的壓載水艙。我們可以看到壓載艙占了好大一片位置，如果把這些位置空出來是不是又可以拉更多的貨物了，可為什么偏偏要設(shè)置壓載艙呢？

船底兩邊的壓載水艙會有管道與外界的水域相連，壓載水艙之間也有管道相連。船舶空載時吃水很淺，抵御風浪的能力很差，這時候就可以往壓載水艙里充水增加船舶的吃水使船舶穩(wěn)定下來，運輸貨物再把水排出來。有時裝載貨物分布不均勻?qū)е麓跋蛞粋?cè)傾斜，這時就可以往另一側(cè)充壓載水平衡回來。當一側(cè)發(fā)生事故時也可以通過調(diào)節(jié)壓載水使船舶達到平衡不至于沉沒，所以為了安全犧牲一部分運載能力是值得的。

船舶災(zāi)難的預(yù)防

火災(zāi)是船舶最危險的事故之一。船舶無論是在港內(nèi)還是在海上航行，無論是在營運還是在修理，都有可能發(fā)生火災(zāi)?；馂?zāi)發(fā)生的主要原因在于可燃物質(zhì)的存在（如燃油等）、火源的存在（如鍋爐、電源）、人為因素（吸煙、違章作業(yè)）、自然因素（貨物的自燃、雷擊、靜電火花等）。隨著航運規(guī)模的擴大，船舶尺度的增加，火災(zāi)引起的損失也在增大?，F(xiàn)代船舶在建造時運用了大量的防火材料，在可能發(fā)生火災(zāi)的場所都設(shè)有感應(yīng)探頭，艙室里還裝滅火裝置，初期的火災(zāi)系統(tǒng)會自動識別、報警和撲滅。

根據(jù)規(guī)范要求，船舶必須配備救生設(shè)備。當船舶遇險時，這些設(shè)備會為遇險人員提供生命保障，大致可以分為以下幾類：（1）公用救生設(shè)備：救生艇、救助艇、救生筏等供多人使用的設(shè)備。（2）個人救生設(shè)備：救生圈、救生衣、保溫用具等供個人使用的設(shè)備。（3）降落和登乘設(shè)備：將救生艇筏從其存放位置安全轉(zhuǎn)移到水上的設(shè)施和人員登入救生艇筏的裝置。（4）通訊信號設(shè)備：閃光燈、煙火、無線電通訊設(shè)備等。我們登船時要對這些設(shè)備有些認識，發(fā)生緊急情況時可以快速地利用這些設(shè)備逃生。

船舶不僅僅是交通工具，也是人類賴以生存的寶物，甚至像《2012》里演的那樣成為人類的希望。請大家理性看待這次突發(fā)事件，多多支特船舶的發(fā)展。