申超男，楊勝飛，鄭雄勝

(浙江海洋大學(xué) 船舶與機(jī)電工程學(xué)院，浙江 舟山 316022)

0 引 言

我國(guó)是一個(gè)海洋大國(guó)，擁有1.8萬(wàn)km的漫長(zhǎng)海岸線(xiàn)以及300多萬(wàn)km2的廣闊海洋領(lǐng)土[1]，遼闊的海域面積蘊(yùn)藏著豐富的海洋礦產(chǎn)、海洋漁業(yè)和海洋旅游觀(guān)光資源。2018年6月19日，黨的十八大報(bào)告提出了要提高海洋資源的開(kāi)發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，堅(jiān)決維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益,建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略方針[2]。未來(lái)海上人員活動(dòng)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(cái)產(chǎn)損失。

海上救援設(shè)備是關(guān)系到海上基建和海上工作人員人命安全的關(guān)鍵設(shè)施，歷來(lái)受到海軍、救助站、航運(yùn)管理局和船級(jí)社等相關(guān)部門(mén)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(chēng)雙體救援船)，采用雙體雙槳式設(shè)計(jì)，針對(duì)落水后意識(shí)清醒的人員可快速輔助救援，對(duì)于落水后恐慌、意識(shí)淺、難以主觀(guān)配合的人員可直接“打撈出水”實(shí)現(xiàn)救援。雙體救援船造價(jià)較低，可實(shí)現(xiàn)在守衛(wèi)海域的長(zhǎng)期配備，經(jīng)濟(jì)性良好。

1 雙體救援船設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(shè)計(jì)理念，以雙體船的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合雙電機(jī)、雙推進(jìn)器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)航速的提高，且節(jié)能環(huán)保，航行過(guò)程中對(duì)海洋造成的污染較小。此外，雙槳式設(shè)計(jì)使船舶具有靈活的操縱性，回轉(zhuǎn)半徑小，直行、避障、曲線(xiàn)行駛性能得到有效提升，從而更易適應(yīng)復(fù)雜的海況條件，實(shí)現(xiàn)海上救援能力的提高。

雙體救援船的上船體與2個(gè)片體之間設(shè)計(jì)減震連接機(jī)構(gòu)[3]，提高雙體救援船的穩(wěn)定性，同時(shí)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(jī)構(gòu)可通過(guò)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(yīng)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(duì)落水者進(jìn)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(xiǎn)。雙體救援船設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 雙體救援船整體設(shè)計(jì)圖

1.2 功能機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

雙體救援船功能機(jī)構(gòu)包括減震連接機(jī)構(gòu)、片體調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、“打撈式”救援機(jī)構(gòu)等，如圖2所示。

圖2 雙體救援船功能機(jī)構(gòu)

1.2.1 減震連接機(jī)構(gòu)

雙體救援船上船體與2個(gè)片體之間通過(guò)位于船首與船尾的4個(gè)減震連接橋連接。減震連接橋與車(chē)用減震器相似，主要作用是通過(guò)機(jī)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(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的震動(dòng)，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(guò)固定轉(zhuǎn)軸連接，在與片體連接的一端設(shè)置能以自由角度固定的鉸鏈機(jī)構(gòu)，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(jī)構(gòu)如圖3所示。

圖3 減震連接機(jī)構(gòu)

1.2.2 片體調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

雙體救援船的片體調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由3個(gè)轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)、1個(gè)固定轉(zhuǎn)軸、液壓伸縮桿、杠桿、連接桿等組成。當(dāng)液壓伸縮桿伸長(zhǎng)[5]時(shí)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸使2個(gè)片體之間的距離增大，上船體高度降低，適應(yīng)水面高度有限制區(qū)域的救援，同時(shí)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(dāng)液壓伸縮桿縮短時(shí)，2個(gè)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(yīng)有寬度限制或吃水稍淺區(qū)域的救援。片體調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)如圖4所示。

圖4 片體調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

1.2.3 快速救援機(jī)構(gòu)

雙體救援船的救援機(jī)構(gòu)是功能機(jī)構(gòu)的核心部分，位于上船體上，其主要功能是實(shí)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?？焖倬仍畽C(jī)構(gòu)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(guò)麻繩連接，麻繩承擔(dān)主要的結(jié)構(gòu)拉力。兩橫桿中間密布著網(wǎng)格交錯(cuò)的繩網(wǎng)，組成救援網(wǎng)布。遇到人員落水時(shí)，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(shí)牽拉，將落水者抬升至水面以上。

后牽繩經(jīng)后導(dǎo)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(dǎo)繩輪轉(zhuǎn)向后被上船體的前絞輪收絞。該機(jī)構(gòu)配置前后兩組電機(jī)，前置電機(jī)布置在前絞輪下方，后置電機(jī)收放后牽繩，并承擔(dān)落水人員重量，底端橫桿的垂直升降使后置電機(jī)的負(fù)荷較大。后置電機(jī)經(jīng)齒輪箱減速后扭矩增大，驅(qū)動(dòng)絞輪實(shí)現(xiàn)底端橫桿的收放。由于前牽繩負(fù)荷較小，可采用減速電機(jī)，省略減速齒輪箱。后置電機(jī)與齒輪箱如圖5所示。

圖5 后置電機(jī)與齒輪箱

底端橫桿通過(guò)一系列伸縮機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)垂直升降。短自伸縮桿固定在長(zhǎng)自伸縮桿端部，通過(guò)伸縮桿端頭與連桿連接。連桿通過(guò)底端滑塊與底端橫桿連接。后置電機(jī)經(jīng)齒輪箱減速后驅(qū)動(dòng)絞輪收起后牽繩實(shí)現(xiàn)底端橫桿的收放。一系列伸縮機(jī)構(gòu)與底端橫桿的連接保證救援機(jī)構(gòu)的橫向強(qiáng)度和受力穩(wěn)性?？焖倬仍畽C(jī)構(gòu)如圖6所示。

水利水電工程項(xiàng)目的工程建設(shè)需要重視技術(shù)運(yùn)行管理，根據(jù)施工流程建立技術(shù)運(yùn)行管控制度，將相應(yīng)技術(shù)責(zé)任落實(shí)到責(zé)任人，結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際狀況，能夠做到施工運(yùn)行的動(dòng)態(tài)管理機(jī)制，具體問(wèn)題具體分析，遇到問(wèn)題解決問(wèn)題，保證施工技術(shù)的可發(fā)展性，保證各項(xiàng)生產(chǎn)運(yùn)行活動(dòng)都能夠在運(yùn)行管控制度范圍內(nèi)容。同時(shí)施工技術(shù)管理還需要重視管控方法的轉(zhuǎn)化，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督、突擊檢查、定期監(jiān)督等方法構(gòu)建完善的管理體系，保證施工技術(shù)可以有效落實(shí)。在監(jiān)督及檢查工作中發(fā)現(xiàn)施工技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題，需要及時(shí)進(jìn)行技術(shù)完善和調(diào)整，并對(duì)相關(guān)責(zé)任人采取追責(zé)的懲處方式，以提升施工作業(yè)人員及施工技術(shù)管理人員對(duì)于技術(shù)的重要性認(rèn)識(shí)[2]。

圖6 快速救援機(jī)構(gòu)

雙體船進(jìn)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(shí)牽拉，將落水者抬升至水面以上，實(shí)現(xiàn)“傻瓜式”救援。

圖7 雙體船進(jìn)行救援前狀態(tài)立體圖

雙體救援船每個(gè)片體均搭配一組電機(jī)與螺旋槳推船前進(jìn)。雙槳設(shè)計(jì)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(xiàn)行駛性能得到有效提升。除此之外，每個(gè)片體內(nèi)部均設(shè)有小型淡水艙，以便及時(shí)清洗船上的設(shè)備，防止設(shè)備受海水腐蝕老化。

2 可行性分析

首先，從船型設(shè)計(jì)角度來(lái)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(jìn)動(dòng)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(shè)計(jì)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(xiàn)行駛、轉(zhuǎn)向等突出的航行性能[8]。

其次，從救援方式角度來(lái)看：雙體救援船的救援方式別具一格，針對(duì)落水人員，特別是大多數(shù)落水后恐慌、掙扎、意識(shí)淺、難以主觀(guān)配合的人員可直接“打撈出水”實(shí)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(shè)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(shí)間拖延、落水人員易受二次傷害等問(wèn)題，在景區(qū)及游樂(lè)場(chǎng)安保守衛(wèi)、近海救援等方面具有突出價(jià)值。

再次，從救援效果角度來(lái)看：雙體救援船與無(wú)動(dòng)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(shí)兼具救援沖鋒舟的機(jī)動(dòng)敏捷等優(yōu)勢(shì)。此外，雙體救援船可搭配紫外線(xiàn)搜索燈、遠(yuǎn)紅外夜視儀等專(zhuān)業(yè)搜救設(shè)備，從而保證其在夜間、霧或暴風(fēng)雪環(huán)境以及照明器材缺失等條件下依然具備較強(qiáng)的搜救能力。相較于直升機(jī)救援，雙體救援船減少了大量的人力、財(cái)力，經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)越，可實(shí)現(xiàn)在守衛(wèi)海域的長(zhǎng)期配備[10]。此外，電力推進(jìn)方式使雙體救援船對(duì)緊急事故有較強(qiáng)的應(yīng)急救援能力，降低了船舶駕駛過(guò)程中錯(cuò)誤操作的可能性。

最后，從環(huán)保節(jié)能角度來(lái)看：雙體救援船采用電機(jī)推進(jìn)方式，船舶柴油機(jī)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(jī)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(yīng)用前景分析

3.1 現(xiàn)實(shí)意義

海難事故容易造成巨大的人身和財(cái)產(chǎn)損失，其中救援體系的不健全、救生設(shè)備效果不佳、救援人員經(jīng)驗(yàn)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(dòng)參與，實(shí)現(xiàn)自救。但是，大量實(shí)踐表明，大多數(shù)落水者在強(qiáng)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(shí)缺失的狀態(tài)，難以主觀(guān)配合。對(duì)于救援人員而言，貿(mào)然下水難以達(dá)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(shè)備的局限性，在保護(hù)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(duì)操作者的要求不高，適應(yīng)大眾，船舶駕駛過(guò)程中錯(cuò)誤操作的可能性較低，在突發(fā)狀況下具備較強(qiáng)的反應(yīng)能力。

在我國(guó)廣闊的海岸線(xiàn)和海洋領(lǐng)土上，每天從事海洋資源開(kāi)采、海洋漁業(yè)、海洋旅游等海上活動(dòng)的人員數(shù)量龐大，面對(duì)日益頻繁的海上活動(dòng)，該型雙體救援船的應(yīng)用與發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.2 未來(lái)發(fā)展

(1) 搭配更精確的定位導(dǎo)航系統(tǒng)與海上通信設(shè)備[13]，克服海上移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不佳的短板，實(shí)現(xiàn)大區(qū)域、遠(yuǎn)范圍、高精度的遠(yuǎn)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(yīng)世界范圍內(nèi)不同海域的波浪、潮汐、亂流等環(huán)境。

(3) 增設(shè)自給式海上發(fā)電設(shè)備或設(shè)立海上陣列式多浮島潮流能發(fā)電設(shè)備，開(kāi)辟船用第二能源儲(chǔ)備方式，以便雙體救援船能夠承擔(dān)更長(zhǎng)期的海上巡航任務(wù)，提高電力推進(jìn)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(yǔ)

針對(duì)頻繁發(fā)生的海難事故及其造成的巨大人身和財(cái)產(chǎn)損失，雙體救援船可以對(duì)落水后恐慌、自我意識(shí)淺、難以主觀(guān)配合的人員實(shí)施有效救援，同時(shí)規(guī)避了對(duì)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(wú)動(dòng)力救生筏、防傾自浮救生吊籃等設(shè)備，雙體救生船具備完整的巡視、搜索、救援能力，同時(shí)兼具沖鋒舟的機(jī)動(dòng)敏捷等優(yōu)勢(shì)，對(duì)緊急事故有較強(qiáng)的應(yīng)急救援能力。該雙體救援船可承擔(dān)近海景區(qū)、游樂(lè)場(chǎng)等場(chǎng)所的日常巡視與救援任務(wù)，其應(yīng)用與發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。