郭欽元
船艇是水域救援任務(wù)中必不可少的裝備,具有運輸投送、機動搜索、救援平臺、安全保護等功能。目前,常用的水域救援船艇包括充氣艇和沖鋒舟兩類,正在逐漸推廣使用的有氣墊船、改良式充氣艇、折疊船等。這些船艇各有特點,在不同水域、不同任務(wù)中的適用性各不相同,而適用性不僅關(guān)乎執(zhí)行任務(wù)是否順利,更關(guān)系到救援人員和被救群眾的生命安全。
結(jié)合目前消防救援隊伍和社會救援力量實戰(zhàn)情況,本文重點討論充氣艇和沖鋒舟兩類船艇的適用性。
在水域救援中,充氣艇特指由充氣浮筒(氣囊)和鋁合金底板組成的充氣船,平底,單體,敞開艇,依靠船外機提供動力。其性能要求應(yīng)符合GB/T20897《充氣艇》[1]??紤]到救援船只的動力和尺寸需求,一般使用的充氣艇需符合GB/T20897.3《充氣艇 第3部分:發(fā)動機最大功率為15kW及以上的艇》。船型常用規(guī)格如表1所示。
表1 充氣艇常見規(guī)格舉例
在水域救援中,沖鋒舟特指玻璃鋼制硬底船,平底,單體,敞開艇,依靠船外機提供動力。其性能和安全要求可參照中國船級社《沿海小船建造規(guī)范》中關(guān)于“纖維增強塑料船”的要求[1]。船型常用規(guī)格如表2所示。
表2 沖鋒舟常見規(guī)格舉例
船艇承擔的運輸任務(wù)主要是在洪澇災(zāi)害中大規(guī)模轉(zhuǎn)運群眾和物資。這項任務(wù)對船艇的需求是載重量大、平穩(wěn)、安全[2]。一般來說,救援人員會在確定水況安全的前提下執(zhí)行任務(wù)。
機動任務(wù)指救援人員駕駛船艇,在各類復(fù)雜環(huán)境中進行搜索或快速奔赴目標。這項任務(wù)對船艇的要求是通過性好、機動性好、要具有抗流抗浪能力,速度快。
救援平臺任務(wù)指救援人員行船至目標附近,以船艇為平臺,在船艇上進行操作(如拋繩、離心力駕駛、頂礁、施放攻擊手“活餌”救援等)[3],達到救援目的。這項任務(wù)對船艇的要求是機動靈活,視野好,極佳的操控性,特別是在復(fù)雜水域中“定舟”“頂礁”“離心力駕駛”等。
拖拽任務(wù)主要指船艇拖拽聲吶、滾鉤等水下搜索設(shè)備前進,也指船艇拖拽其他船只行進。這項任務(wù)對船艇的要求是動力強,行駛穩(wěn)定,對速度有一定的要求(如一些聲吶要求船艇行駛速度達到1-3節(jié))[1]。
輔助任務(wù)多種多樣,例如:施放潛水員并作為水面定位目標,施放水下機器人并作為母船等。輔助任務(wù)對船艇的性能要求不一,根據(jù)任務(wù)需求各有不同。
根據(jù)上述船艇任務(wù)情況,可歸納出水域救援任務(wù)對船艇的性能需求,即載重能力、穩(wěn)定性、抗浪性、抗沉性、操控性。為了便于說明,選取總長相近的,且較為常用的420cm充氣艇和450cm沖鋒舟作為比較。
取兩種載重評價方式進行探討,船艇尺寸與理論載重比例。選取船艇的總長作為尺寸參考,參考系數(shù)為總長與理論載重之比,參考系數(shù)越小,說明等總長規(guī)格的載重能力越強。詳見表3所示。
從表3可以看出,兩種船艇,總長500cm以內(nèi)的,參考系數(shù)均在0.5左右,相差不大??傞L超過500cm的,沖鋒舟載重能力有一定增強,但常用充氣艇一般不超過500cm,因此,此處無對比意義。綜上,按照尺寸規(guī)格比載重能力作為參考,兩種船艇載重能力差異不大。
絕對載重比較是指常用兩種船艇的常見規(guī)格下,其絕對載重能力的比較。表3列出的就是常用船艇規(guī)格型號,由于常用沖鋒舟規(guī)格較大,因此其載重能力明顯比充氣艇強。
表3 船艇尺寸與理論載重比例
本文上述載重均為理論載重,理論載重是制造廠商根據(jù)一般水況進行的估計,不能盲目套用于水域災(zāi)害事故現(xiàn)場,充氣艇適用于復(fù)雜水況的機動任務(wù),不可能按理論載重執(zhí)行任務(wù),而沖鋒舟多用在相對平靜的水域執(zhí)行人員物資轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)運,在做好安全防護的前提下,可以按理論載重使用[4]。從這個角度看,沖鋒舟更適合執(zhí)行較大規(guī)模轉(zhuǎn)運任務(wù)。
此外,研究運載能力,特別是運輸群眾時的運載能力,還應(yīng)考慮其內(nèi)部空間。仍以常用的420cm充氣艇和450cm沖鋒舟作比較,見圖1。兩型船艇的俯視圖,陰影部分為內(nèi)部可安全乘坐(載物)空間,明顯可見,沖鋒舟的乘坐空間更大,且有固定座位(一般為兩側(cè)對坐),充氣艇空間小,無座位(部分艇型有可安裝的橫座板,但水域救援中應(yīng)拆除,為救援作業(yè)留出空間),從這個角度看,沖鋒舟更適合執(zhí)行較大規(guī)模轉(zhuǎn)運任務(wù)。
圖1 總長相近的充氣艇與沖鋒舟內(nèi)部乘坐空間
穩(wěn)定性研究船艇在水中保持或恢復(fù)正浮狀態(tài)的能力,對于運送群眾、充當救援平臺等任務(wù)有重要意義。
3.2.1 穩(wěn)性
穩(wěn)性是指舟艇受到外力作用偏離平衡狀態(tài)而傾斜,當外力消除后,舟艇具有的回到平衡位置的能力。這里主要考慮橫穩(wěn)性[5]。由于水域救援船艇較小,把回復(fù)力矩作為衡量穩(wěn)性的參考。在其他條件相似,且船艇傾斜不超過15°時,回復(fù)力矩長度主要與船艇重心有關(guān),重心越低,回復(fù)力矩越大,越不易翻沉[5]。
充氣艇主要由氣室和底板組成,底板為較重鋁合金金屬材質(zhì),氣室為較輕的PVC橡膠材質(zhì),因此重心靠近于底板位置。對于沖鋒舟,其整體材質(zhì)均為纖維增強塑料,密度略大于水,因此重心相對較高。
根據(jù)重心位置分析,充氣艇在遭遇外力(波浪、撞擊等)時,更容易保持穩(wěn)定,會更快恢復(fù)正浮狀態(tài),沖鋒舟反之,搖擺較大。但充氣艇總體較輕,在波浪水域高速行進時,上下顛簸比沖鋒舟感覺強烈,雖然單純的上下顛簸與搖擺不同,不易造成翻覆,但嚴重影響乘坐人舒適性,對轉(zhuǎn)運群眾不利。
3.2.2 行駛平穩(wěn)性
在外界條件(波浪、水流、駕駛技術(shù))相同時,救援船艇行駛是否平穩(wěn)與船的質(zhì)量有關(guān),船艇越重,其慣性越大,自身運動狀態(tài)越不容易被外界影響,即行駛越穩(wěn)定。在實際運用中沖鋒舟行駛更加平穩(wěn)。
從水域救援實踐的角度出發(fā),一是波浪進入船艇的可能性,二是波浪對船艇的搖擺。
3.3.1 波浪進入船艇的可能性
波浪進入船艇的可能性主要由干舷高度決定,干舷越高,水浪進入的可能性越?。欢上虾穸纫矔绊懰诉M入船艇的可能性。對比450cm沖鋒舟和420cm充氣艇兩型船艇的干舷高度和干舷厚度,見圖2。相近長度的充氣艇和沖鋒舟,沖鋒舟的重量明顯大于充氣艇,因此其沒入水中更深,干舷高度更低。
圖2 總長相近兩型船艇干舷對比
實際經(jīng)驗中,總長600cm的沖鋒舟,其干舷高度大致與總長380cm的充氣艇相當,見圖3。因此從干舷高度的角度,在外界條件(波高、載重等)相同且總長相近時,水浪更容易打進沖鋒舟艙內(nèi)。
圖3 最常用兩型船艇干舷對比
3.3.2 波浪對船艇的搖擺
充氣艇和沖鋒舟均為平底船,本身抗搖能力相似,但總長相近的兩型船艇中,沖鋒舟明顯重于充氣艇,受到波浪搖擺的影響更小。同時,相同條件下,沖鋒舟吃水更深,也有利于其在波浪中保持穩(wěn)定。
綜上所述,對于抗浪性而言,當波浪沒有超過干舷時,沖鋒舟抗波浪搖擺的能力更強,但相同條件下,波浪更容易進入沖鋒舟內(nèi)。
抗沉性對于船艇安全有極為重要的意義。充氣艇和沖鋒舟的翻覆或沉沒有較大區(qū)別。對于充氣艇,其浮力類型主要是永久性密封浮力[6],只要氣室不破裂,無論船艇處于什么樣的姿態(tài),都不會沉沒,即使其艙內(nèi)滿水,干舷高度變化都不大。因此對于充氣艇,抗沉性主要考慮其在復(fù)雜水域中翻覆的可能性。對于沖鋒舟,其浮力類型主要是永久性固有浮力,一旦內(nèi)部進水后,干舷高度迅速減小,同時浮力平衡被打破,極易發(fā)生傾覆或沉沒。目前部分品牌型號的沖鋒舟,整船密度略小于水的密度。救援用船艇要求船內(nèi)設(shè)置單向排水閥,一旦進水后,絕大部分水會慢慢排出船艙。
充氣艇和沖鋒舟在船艙內(nèi)積水后的狀態(tài),注意其剩余干舷高度和傾斜程度,見圖4。對于充氣艇,由于其永久性密封浮力比重力大得多,因此大量進水后對干舷高度影響不大。充氣艇提供浮力的氣室分布在船周(主要是兩側(cè)),對其傾斜程度的影響也有限。對于沖鋒舟,由于其永久性固有浮力與重力相當(或略大于重力),一旦艙內(nèi)大量進水,干舷高度幾乎為零,極容易發(fā)生沉沒或傾覆。
圖4 兩型船艇船艙進水后的狀態(tài)
充氣艇和沖鋒舟在復(fù)雜水域中的狀態(tài),見圖5。兩型船艇在復(fù)雜水域中,如高差明顯大于船艇舷高的急流坡、瀑布、沸騰線等,兩種船艇都極有可能發(fā)生翻覆。區(qū)別在于,充氣艇翻覆后仍然有大部分艇體露出水面,有經(jīng)驗的救援人員可以做翻舟扶正自救,恢復(fù)救援狀態(tài),沖鋒舟翻覆后只能棄船。
圖5 兩型船艇在復(fù)雜水域中的狀態(tài)
在水域救援中,船艇的操控性主要由動力特性和轉(zhuǎn)向特性衡量。
3.5.1 動力特性
動力特性采取船外機功率與船艇質(zhì)量之比衡量,即功重比,比值越大,動力越強,反之越弱。船內(nèi)載荷均按160kg(2人)計算,充氣艇和沖鋒舟各選取4個規(guī)格作比較如表4所示。
表4 船艇動力特性
通過表4的比較,得出充氣艇的動力性能強于沖鋒舟,特別是參照同一船外機功率(以40HP為例)時更加明顯。
3.5.2 轉(zhuǎn)向特性
轉(zhuǎn)向特性采取比較其某一速度航行時轉(zhuǎn)向半徑來衡量。轉(zhuǎn)彎半徑小,說明操控更加靈活,反之操控不靈活,見圖6,這里采取動力均為40HP的兩型船艇做比較。根據(jù)訓(xùn)練經(jīng)驗,40HP動力(520cm總長)的沖鋒舟,全速“O形”駕駛,軌跡直徑約12-15m,40HP動力(420cm總長)的充氣艇,全速“O形”駕駛,軌跡直徑約6-8m,見圖7。
圖6 充氣艇原地“O形”駕駛訓(xùn)練
圖7 根據(jù)經(jīng)驗的軌跡直徑比較
由此可得到結(jié)論,其他條件相同或相近時,動力相同的兩型充氣艇和沖鋒舟,充氣艇的操控性明顯強于沖鋒舟,其行駛更靈活。
在實踐中,救援人員會利用充氣艇靈活機動的特點,執(zhí)行一些特殊任務(wù)。如“O形”救援,就是利用充氣艇轉(zhuǎn)向靈活的特點,轉(zhuǎn)向時艇會向內(nèi)側(cè)傾斜,意味著該側(cè)干舷變低,便于水中人員上艇,見圖8。
圖8 “O形”救援
綜上所述,各項條件同等的前提下,兩型船艇的性能特點:載重能力方面,沖鋒舟明顯強于充氣艇;穩(wěn)定性方面,充氣艇穩(wěn)性強于沖鋒舟,但行駛中沖鋒舟行駛比充氣艇體感更加平穩(wěn);抗浪性方面,當波浪沒有超過干舷時,沖鋒舟抗波浪搖擺的能力更強,而相同條件下,波浪更容易進入沖鋒舟內(nèi);抗沉性方面,充氣艇明顯強于沖鋒舟,但在復(fù)雜水域,充氣艇也有可能翻覆(但不會沉沒);操控性方面,充氣艇明顯強于沖鋒舟。如表5所示。
表5 面向任務(wù)的充氣艇和沖鋒舟性能對比
本文從理論層面詳細分析了船艇各項性能,對照實戰(zhàn)案例進行驗證分析,案例中引用的描述為現(xiàn)場處置實際案例,內(nèi)容出自應(yīng)急管理部消防救援局印發(fā)的《滅火救援典型案例匯編》。案例既有處置成功的,也有出現(xiàn)傷亡的,對照前文對兩型船艇性能的研究結(jié)論進行分析。
2016年,湖北武漢“7.1”舉水河潰口搶險救援中,充分利用橡皮艇組裝快速、機動靈活的特點,擔任編隊偵察和安全艇職能。
2019年,浙江江山“6.6”洪澇災(zāi)害搶險救援中,救援組采取橡皮艇搜救方式,先后從紅塔超市內(nèi)營救出24名遇險員工,在華夏村成功搜救出10名遇險人員。
2019年,廣東河源“6.10”抗洪搶險救援中,兩艘橡皮艇+兩節(jié)拉梯+單杠梯和15m金屬拉梯架設(shè)臨時便橋?qū)嵤┚仍?/p>
2019年,貴州遵義“6.22”城市內(nèi)澇搶險救援中,救援1組利用橡皮艇和繩索打通水上救援通道,營救出被困轎車內(nèi)的2人;救援人員利用橡皮艇涉水救援8人(3名老人、2名小孩、3名成人)。
2020年,甘肅省隴南市“8.13”激流水域救援中,在向前行進過程中,橡皮艇突然從公路左側(cè)防護堤缺口處向白水江內(nèi)快速滑動。救援人員加大發(fā)動機油門、調(diào)整橡皮艇方向,但由于水流速度太快,橡皮艇迅速向下游江中心移動,右后舷碰撞到白水江靠近缺口約5m處第一排高架公路橋墩的柱子后發(fā)生側(cè)翻,艇上5名人員全部落水。
2013年,廣西賀州“8.27”漁船翻船救援中,救援人員對事發(fā)地至靈峰大橋水域約500m范圍實施搜救,行駛至滾水壩附近時,沖鋒舟被卷入漩渦內(nèi),船體發(fā)生傾覆,6名人員全部落水。
2016年,湖北武漢“7.1”舉水河潰口搶險救援中,利用沖鋒舟載員多的特點擔任主要運輸工具,與橡皮艇編隊救援,發(fā)揮救援效能。
2020年,河南省洛陽市“8.18”洛河水域救援中,指揮員立即組織救援人員在橡膠壩上游駕駛沖鋒舟前往救援,在沖鋒舟接近被困者約50m時,救援人員調(diào)轉(zhuǎn)船頭向上游,利用漂浮繩連接救生圈,順流送至被困者附近,由于水流方向不穩(wěn)定、流速過快,經(jīng)反復(fù)調(diào)整沖鋒舟位置,救生圈無法準確送達。7時10分,沖鋒舟螺旋槳被水中雜物纏住,失去動力,被急流沖至橡膠壩下船體發(fā)生傾覆,8名救援人員全部落水。
2020年,江西省環(huán)鄱陽湖流域洪澇災(zāi)害處置中,沖鋒舟大量應(yīng)用在澇區(qū)相對平靜水域的人員轉(zhuǎn)運。
2021年,河南鄭州“7·20”特大暴雨災(zāi)害處置中,沖鋒舟大量應(yīng)用在澇區(qū)相對平靜水域的人員轉(zhuǎn)運。
上述戰(zhàn)例中可見,沖鋒舟主要承擔大規(guī)模轉(zhuǎn)運任務(wù),一旦進入復(fù)雜水域,極有可能傾覆,其自重大,載員多,傾覆后人員有溺水、撞擊、反扣等風(fēng)險;充氣艇承擔機動作業(yè)任務(wù),在復(fù)雜水域中,有可能傾覆,救援人員操作得當,有一定的自救幾率。從案例總數(shù)看,充氣艇翻覆案例多于沖鋒舟,這是因為沖鋒舟任務(wù)會專門避開復(fù)雜水流,而充氣艇經(jīng)常在復(fù)雜危險水流中作業(yè)。
船艇是水域救援的堡壘,也是救援人員的“安全島”,是水域救援的關(guān)鍵要素之一,根據(jù)救援任務(wù)和救援環(huán)境選擇船艇,對于確保水域救援安全有一定的現(xiàn)實意義。以上對充氣艇和沖鋒舟性能的對比研究,只是在常見救援環(huán)境中的定性測試,隨著消防救援隊伍承擔的水域救援類型日益復(fù)雜,可用的新型船艇日益增多,對不同船艇不同環(huán)境的特性還需要更全面的定量研究,為受災(zāi)群眾和消防救援人員提供更準確的指導(dǎo)。