羅玖田，劉崇喆，余富斌，馬 可，馮仕清

（ 中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 510715）

1 前言

潛水起源于人們對海洋的利用和開發(fā)，人們對潛水技術(shù)的探索至今已有5000 年的歷史[1]。提高潛水員水下作業(yè)能力最顯著和關(guān)鍵方法，就是為水下的潛水員提供充足空氣供應(yīng)。人們先后使用了呼吸管、呼吸袋（器）、開放式潛水鐘、潛水服、沉箱、混合氣體等為水下潛水員提供空氣，使?jié)撍疃冗_到了200 ft[1]。然而隨著下潛深度的增加，出現(xiàn)了減壓病、氧氣中毒、氮麻醉等問題，這些問題極大地阻礙了潛水技術(shù)的發(fā)展。

1957 年，美國海軍上校喬治·F·邦德提出，如果暴露的時間足夠長，機體組織吸收惰性氣體最終會達到飽和狀態(tài)[1]。該理論促進了飽和潛水的發(fā)展，之后美、英、法等西方國家進行了大量有關(guān)飽和潛水的研究和試驗，并在海洋石油開采和其他深海工程中得到了廣泛應(yīng)用。

飽和潛水是指潛水員在進行潛水作業(yè)時，將一定比例的惰性氣體和氧氣混合充滿居住艙，逐步增加或降低艙內(nèi)壓力，使?jié)撍鳂I(yè)人員身體內(nèi)各組織的體液中滲入惰性氣體，并達到完全飽和的程度[1]。在相當(dāng)于作業(yè)水深壓力的飽和情況下，潛水員乘坐潛水鐘從過渡艙到達深海潛水作業(yè)位置。完成潛水作業(yè)后再乘坐潛水鐘回到居住艙休息。只要潛水深度不改變，潛水員的減壓時間與暴露時間無關(guān)，而是與潛水深度正相關(guān)，因而可極大地提高潛水作業(yè)的效率[1]。

隨著我國對海洋資源開發(fā)的不斷發(fā)展，對大深度飽和潛水的需求也日益提高，在飽和潛水領(lǐng)域也取得了突出成就。我國首次自主的飽和潛水試驗是由交通部上海打撈局于2006 年12 月30 日完成的[2]，2014 年1 月26 日我國首次成功實施了300 m 飽和潛水作業(yè)，標志著我國深海潛水技術(shù)達到了國際先進水平[3]。

2 飽和潛水系統(tǒng)組成

飽和潛水系統(tǒng)一般用于海上飽和潛水作業(yè)，多安裝在潛水工作母船上。飽和潛水系統(tǒng)主要組成部分可大致分為4 部分：甲板減壓艙；人員轉(zhuǎn)運艙；人員轉(zhuǎn)運艙吊放系統(tǒng)；生命支持保障系統(tǒng)[1]。

（1）甲板減壓艙（居住艙）

潛水員進行飽和潛水工作期間居住和生活的艙室,與外界完全隔絕并保持持續(xù)的正壓力, 艙內(nèi)設(shè)有環(huán)境控制系統(tǒng)，并配置必要的生活及娛樂設(shè)施。

（2）潛水鐘

用于將潛水員送往水下作業(yè)地點，或送返甲板減壓艙。

（3）潛水鐘釋放回收系統(tǒng)

包括潛水鐘吊放絞車、潛水鐘轉(zhuǎn)移行車及滑輪組、臍帶絞車、月池導(dǎo)軌、臍帶等，用于下放和回收潛水鐘。

（4）氣體凈化系統(tǒng)

飽和潛水作業(yè)時，居住艙內(nèi)氦氧混合氣體中二氧化碳含量會隨時間而增加, 需將配備氣體凈化系統(tǒng)對其進行清除。

（5）生命支持系統(tǒng)

包含環(huán)境控制單元、熱水單元、呼吸氣體供給單元及黑灰水排放系統(tǒng)等。

（6）應(yīng)急逃生系統(tǒng)

潛水員在進行飽和潛水作業(yè)時是在高壓環(huán)境下工作和生活的,如遇到應(yīng)急情況同樣須在高壓環(huán)境下逃生，否則人體將因與外界巨大的壓力差而發(fā)生傷亡事故。該系統(tǒng)包含逃生通道、高壓救生艇及回收釋放系統(tǒng)等。

工作母船為潛水設(shè)備提供所需的各種能源，以確保潛水設(shè)備、生命支持系統(tǒng)和輔助設(shè)備的正常運行[4]。

某船廠于2019 年12 月30 日交付了一艘飽和潛水作業(yè)支持船——“海龍?zhí)枴?，是迄今為止我國建造作業(yè)能力最強的飽和潛水支持船，該船配置了最先進的固定式24 人雙鐘飽和潛水系統(tǒng)，可將潛水員送入水下300 m 深處工作，作業(yè)能力處于世界頂尖水平[5]?！昂｝?zhí)枴笨赏瑫r為24 名潛水員提供飽和加壓或減壓，共由206 專項設(shè)備組成，包括生命支持系統(tǒng)，氣體管理分配系統(tǒng)、潛水鐘收放系統(tǒng)、氣體回收系統(tǒng)等，如圖1 所示。

圖 1 “海龍?zhí)枴敝С执柡蜐撍到y(tǒng)主要設(shè)備

3 飽和潛水設(shè)備安裝難度

飽和潛水作業(yè)支持船是高科技、高附加值的高端海洋工程裝備，其設(shè)備布置密集，安裝精度要求極高，難度非常大。

早期的飽和潛水作業(yè)船，多數(shù)使用撬裝式潛水設(shè)備。某飽和潛水系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜，分為功能不同的幾個單元，每個單元集成在一個獨立的集裝箱內(nèi)，在支持船甲板上就位后再通過管線連接構(gòu)成一套能夠進行潛水作業(yè)的有機系統(tǒng)[6]。因撬裝式潛水設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小，往往不能滿足較大深度的多人潛水作業(yè)要求，因此需要開發(fā)建造大深度飽和潛水作業(yè)支持船，圖2 為“海龍”號支持船飽和潛水系統(tǒng)布置圖。

“海龍?zhí)枴敝С执柡蜐撍b置，主要由甲板居住艙、轉(zhuǎn)移過渡艙、潛水鐘、生命保障系統(tǒng)四個主要部分，以及相應(yīng)的吊裝收放設(shè)備、應(yīng)急逃生系統(tǒng)組成：飽和潛水裝置擁有大量高壓裝置及對密封性要求相當(dāng)嚴格的設(shè)備，安裝在搖擺和顛簸的支持船上，除了需要保證船體結(jié)構(gòu)強度外，還需要有正確的設(shè)備安裝方法，同時由于飽和潛水裝置的高集成性和設(shè)備的特殊性，對設(shè)備的裝船工藝提出了很高的要求。

圖 2 “海龍”號飽和潛水系統(tǒng)布置圖

考慮到居住艙、轉(zhuǎn)移過渡艙及潛水鐘之間的各連接通道都需要承載較大重量，故設(shè)備的對接必須是剛性的；另外，潛水員居住和工作環(huán)境為高壓狀態(tài)，各設(shè)備的對接處必須保證密性，需特別注意潛水鐘到轉(zhuǎn)移艙及居住艙間的安裝對中，確保潛水鐘能順暢地從轉(zhuǎn)移艙接口處分離進入導(dǎo)軌并與導(dǎo)向罩對接。由此可見，導(dǎo)軌、行車導(dǎo)軌及潛水鐘與轉(zhuǎn)移艙的對中及定位是整個系統(tǒng)安裝的關(guān)鍵所在；行車導(dǎo)軌應(yīng)以轉(zhuǎn)移艙接口為基準，因潛水鐘需要能和轉(zhuǎn)移艙自動對接，所以行車導(dǎo)軌的平行度也需要嚴格控制[7]。

4 飽和潛水系統(tǒng)設(shè)備安裝定位方法

考慮到船舶建造環(huán)境復(fù)雜，作業(yè)工序繁多，在整個建造過程中船體結(jié)構(gòu)無法避免會出現(xiàn)一定的變形及安裝誤差，如果按照理論尺寸對設(shè)備的基座進行制作安裝的話，將會出現(xiàn)設(shè)備基座的尺寸或現(xiàn)場安裝的精度無法滿足設(shè)備所規(guī)定的安裝精度要求。

4.1 主要設(shè)備安裝點幾何關(guān)系

要保證飽和潛水各系統(tǒng)設(shè)備安裝精度，主要是要保證各設(shè)備安裝點位的幾何關(guān)系：各甲板月池中心點A1、A2、A3、A4 需保持在一條直線上；轉(zhuǎn)移艙基站的定位點C1、轉(zhuǎn)移艙法蘭接口的定位點C2、潛水鐘轉(zhuǎn)移行車的定位點C3、補償架的定位點C4 也需保持在一條直線上；且A1C1 連線、A2C2 連線、A3C3 連線、A4C4 連線長度相等，并都平行與船舯線CL，如圖3所示。

圖 3 飽和潛水系統(tǒng)主要設(shè)備安裝點幾何關(guān)系圖

當(dāng)船體搭載完畢后，可使用精密測量儀器確定好各設(shè)備安裝點，避免由于船體結(jié)構(gòu)的變形或理論尺寸的偏差而導(dǎo)致設(shè)備的安裝點與理論安裝點發(fā)生偏差。

4.2 月池中心線測量

潛水鐘是通過主絞車從月池下放到潛水工作區(qū)域的，飽和潛水設(shè)備的安裝都需要以月池中心線作為參考，這樣才能保證潛水鐘的收放平順、安全，因此確定各設(shè)備安裝點應(yīng)從測量月池中心線開始，如圖4 所示。

圖 4 月池中心線測量示意圖及中心工裝

船體主甲板搭載完工后，檢查確認兩舷月池相對于船舯線的位置滿足誤差要求。在主甲板及二甲板月池上拉設(shè)對角線，確定該月池中心點A1、A2，并在A1、A2 位置放置中心工裝；使用全站儀從主甲板月池中心點A1 向四甲板方向照射，并使激光束穿過A2點；將鋼絲線從主甲板的月池中心點拉設(shè)至四甲板月池中心點，并使之與激光束重合，鋼絲線與各甲板月池的交點，分別為各甲板的月池中心點A1、A2、A3、A4；通過鋼絲線的拉設(shè)可以直觀的看出各甲板層的月池中心點，便于后續(xù)使用月池中心點作為參照點。

4.3 轉(zhuǎn)移艙及居住艙安裝點確定

潛水鐘在進入月池之前對接的設(shè)備是轉(zhuǎn)移艙，月池中心線確定后即可確定轉(zhuǎn)移艙安裝點：在主甲板的月池中心點A1 船首方向的預(yù)設(shè)距離X 處標記用于定位轉(zhuǎn)移艙基座的點C1，其中A1 和C1 連線平行于船舯線CL；以同樣方法標記用于定位轉(zhuǎn)移艙法蘭接口的定位點C2，其位于轉(zhuǎn)移艙的上方，是用于與潛水鐘進行對接的接口，需要非常的精準；對于預(yù)設(shè)距離X，可以根據(jù)設(shè)備和月池尺寸的不同進行調(diào)整，該距離X 為后續(xù)潛水鐘轉(zhuǎn)移行車需要移動的距離，不可過長，以減少出現(xiàn)誤差的概率。

根據(jù)轉(zhuǎn)移艙及居住艙的對接安裝關(guān)系，在主甲板上距離A1C1 連線2 467～2 473 mm 處，畫出兩條平行于A1C1 連線的線TWL1 和TWL2，分別用于定位兩個居住艙的位置，如圖5 所示。

圖 5 居住艙安裝點確定

4.4 潛水鐘轉(zhuǎn)移行車安裝點確定

“海龍”號的潛水鐘收放系統(tǒng)布置在甲板居住艙上的兩層甲板內(nèi)，包括潛水鐘行車、潛水鐘主纜絞車、潛水鐘導(dǎo)引纜絞車、臍帶纜絞車、被動波浪補償裝置、滑輪組等裝置。

潛水鐘行車如圖6 所示，主要用來實現(xiàn)潛水鐘從轉(zhuǎn)移艙對接位置到月池之間的來回移動，行車的安裝精度也是潛水鐘能否順利收放的關(guān)鍵。

圖 6 潛水鐘轉(zhuǎn)移行車安裝點確定

將激光測量儀（或全站儀）放置在三甲板，調(diào)整激光測量儀的發(fā)光軸，使激光測量儀發(fā)出的激光經(jīng)過點A1、A4 和點C2 照射出一個面，照射面延伸至四甲板下表面，形成一條交線，在交線內(nèi)距離點A4 的預(yù)設(shè)距離X 處標記用于補償架的定位點C4；然后在C2、C4 之間拉設(shè)鋼絲線，鋼絲線與三甲板的交點為潛水鐘轉(zhuǎn)移行車的定位點C3。

4.5 其它潛水設(shè)備安裝點確定

在船舶上確定了以上關(guān)鍵設(shè)備的安裝位置后，其它次關(guān)鍵設(shè)備，如潛水鐘收放系統(tǒng)對精度要求相對較低，可根據(jù)潛水鐘行車的位置來確定；潛水鐘主纜絞車、潛水鐘導(dǎo)引纜絞車、臍帶纜絞車等絞車的位置，均可按照其系統(tǒng)邏輯關(guān)系來布置，同時布置相應(yīng)的被動波浪補償裝置和滑輪組以及其他輔助設(shè)備；逃生通道及高壓逃生艇的位置，則是根據(jù)轉(zhuǎn)移艙位置來確定。

5 結(jié)語

海洋對人類生存和發(fā)展具有重要意義，我國擁有遼闊的海洋，海洋經(jīng)濟具有美好的發(fā)展前景。隨著海洋經(jīng)濟的發(fā)展，飽和潛水作業(yè)不斷增加，飽和潛水作業(yè)支持船的建造需要也不斷增長，以滿足海洋工程發(fā)展的需要。

飽和潛水作業(yè)支持船，是一項復(fù)雜的綜合性工程，其設(shè)備多且精密，設(shè)備的安裝精度是潛水作業(yè)成功實施的保證。本文通過“海龍”號300 m 飽和潛水作業(yè)支持船的建造，總結(jié)了飽和潛水系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的安裝要點，有效避免了由于船體結(jié)構(gòu)的變形和理論尺寸的偏差導(dǎo)致設(shè)備的實際安裝點發(fā)生偏移的情況，提高了設(shè)備現(xiàn)場安裝的精度。