适应近海落水人员快速救援的双体船设计与分析

申超男，杨胜飞，郑雄胜

(浙江海洋大学 船舶与机电工程学院，浙江 舟山 316022)

0 引 言

我国是一个海洋大国，拥有1.8万km的漫长海岸线以及300多万km2的广阔海洋领土[1]，辽阔的海域面积蕴藏着丰富的海洋矿产、海洋渔业和海洋旅游观光资源。2018年6月19日，党的十八大报告提出了要提高海洋资源的开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，坚决维护国家海洋权益,建设海洋强国的战略方针[2]。未来海上人员活动必将更加频繁，海难事故频发、海上救援滞后将造成巨大的人身与财产损失。

海上救援设备是关系到海上基建和海上工作人员人命安全的关键设施，历来受到海军、救助站、航运管理局和船级社等相关部门的高度重视。在此背景下，研究因地制宜的海上救援策略，研发特种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双体船(以下称双体救援船)，采用双体双桨式设计，针对落水后意识清醒的人员可快速辅助救援，对于落水后恐慌、意识浅、难以主观配合的人员可直接“打捞出水”实现救援。双体救援船造价较低，可实现在守卫海域的长期配备，经济性良好。

1 双体救援船设计

1.1 总体设计简介

本文提出的用于海上救援的双体船采用一种全新的救援船舶设计理念，以双体船的结构形式，结合双电机、双推进器的设计，实现航速的提高，且节能环保，航行过程中对海洋造成的污染较小。此外，双桨式设计使船舶具有灵活的操纵性，回转半径小，直行、避障、曲线行驶性能得到有效提升，从而更易适应复杂的海况条件，实现海上救援能力的提高。

双体救援船的上船体与2个片体之间设计减震连接机构[3]，提高双体救援船的稳定性，同时减缓因波浪冲击船体引起的升沉幅度，改善适航性与耐波性。片体调节机构可通过改变片体之间的距离以及上船体的高度，使双体救援船适应不同深度与水面高度水域的救援。该双体救援船利用网布和牵绳等组件对落水者进行“打捞式”救援，可直接将落水者抬至水面以上，快速脱离危险。双体救援船设计如图1所示。

图1 双体救援船整体设计图

1.2 功能机构设计

双体救援船功能机构包括减震连接机构、片体调节机构、“打捞式”救援机构等，如图2所示。

图2 双体救援船功能机构

1.2.1 减震连接机构

双体救援船上船体与2个片体之间通过位于船首与船尾的4个减震连接桥连接。减震连接桥与车用减震器相似，主要作用是通过机械减震的方式减缓航行状态下船体因兴波、升沉、横倾等运动产生的震动，调节上船体的波浪摇摆幅度，改善适航性。减震连接桥的两端通过固定转轴连接，在与片体连接的一端设置能以自由角度固定的铰链机构，其在片体间距调节完成后可固定减震连接桥与片体的倾斜角度，保证船体始终处于正浮状态，避免船体横倾增加湿表面积和增加不必要的摩擦阻力[4]。减震连接机构如图3所示。

图3 减震连接机构

1.2.2 片体调节机构

双体救援船的片体调节机构由3个转轴关节、1个固定转轴、液压伸缩杆、杠杆、连接杆等组成。当液压伸缩杆伸长[5]时，调节转轴使2个片体之间的距离增大，上船体高度降低，适应水面高度有限制区域的救援，同时缩短驾驶位置与搜救绳网的高度差，便于救援人员下至网布中救助落水人员；当液压伸缩杆缩短时，2个片体之间的距离减小，上船体高度增加，驾驶位置获得更好的航行视角，适应有宽度限制或吃水稍浅区域的救援。片体调节机构如图4所示。

图4 片体调节机构

1.2.3 快速救援机构

双体救援船的救援机构是功能机构的核心部分，位于上船体上，其主要功能是实现快速打捞救援。救援网由绳网、麻绳、前牵绳、后牵绳、底端横杆、前端横杆等组成。快速救援机构的前牵绳连接前端横杆，后牵绳连接底端横杆，底端横杆与前端横杆之间通过麻绳连接，麻绳承担主要的结构拉力。两横杆中间密布着网格交错的绳网，组成救援网布。遇到人员落水时，前牵绳牵拉前端横杆，将落水者包入救援网布中，然后4根牵绳同时牵拉，将落水者抬升至水面以上。

后牵绳经后导绳轮转向后被位于上船体后端的绞轮收绞；前牵绳经前导绳轮转向后被上船体的前绞轮收绞。该机构配置前后两组电机，前置电机布置在前绞轮下方，后置电机收放后牵绳，并承担落水人员重量，底端横杆的垂直升降使后置电机的负荷较大。后置电机经齿轮箱减速后扭矩增大，驱动绞轮实现底端横杆的收放。由于前牵绳负荷较小，可采用减速电机，省略减速齿轮箱。后置电机与齿轮箱如图5所示。

图5 后置电机与齿轮箱

底端横杆通过一系列伸缩机构实现垂直升降。短自伸缩杆固定在长自伸缩杆端部，通过伸缩杆端头与连杆连接。连杆通过底端滑块与底端横杆连接。后置电机经齿轮箱减速后驱动绞轮收起后牵绳实现底端横杆的收放。一系列伸缩机构与底端横杆的连接保证救援机构的横向强度和受力稳性。快速救援机构如图6所示。

水利水电工程项目的工程建设需要重视技术运行管理，根据施工流程建立技术运行管控制度，将相应技术责任落实到责任人，结合工程项目的实际状况，能够做到施工运行的动态管理机制，具体问题具体分析，遇到问题解决问题，保证施工技术的可发展性，保证各项生产运行活动都能够在运行管控制度范围内容。同时施工技术管理还需要重视管控方法的转化，应用现场监督、突击检查、定期监督等方法构建完善的管理体系，保证施工技术可以有效落实。在监督及检查工作中发现施工技术应用问题，需要及时进行技术完善和调整，并对相关责任人采取追责的惩处方式，以提升施工作业人员及施工技术管理人员对于技术的重要性认识[2]。

图6 快速救援机构

双体船进行救援前为图7所示的状态，首先接近落水者，前牵绳拉起前端横杆，将落水者包入救援网布中，然后4根牵绳同时牵拉，将落水者抬升至水面以上，实现“傻瓜式”救援。

图7 双体船进行救援前状态立体图

双体救援船每个片体均搭配一组电机与螺旋桨推船前进。双桨设计使得该双体救援船具有灵活的操纵性，回转性半径小，避障、曲线行驶性能得到有效提升。除此之外，每个片体内部均设有小型淡水舱，以便及时清洗船上的设备，防止设备受海水腐蚀老化。

2 可行性分析

首先，从船型设计角度来看：本文提出的双体救援船将救援与驾驶相结合，是一种双船体、双推进动力、高航速、稳性良好的救援船舶[6]。双体船片体间距较大，片体间兴波干扰较小，可减小兴波阻力，提高航速[7]。双螺旋桨设计使该双体救援船具备更加灵活高效的操纵性，回转半径小，具备直行、避障、曲线行驶、转向等突出的航行性能[8]。

其次，从救援方式角度来看：双体救援船的救援方式别具一格，针对落水人员，特别是大多数落水后恐慌、挣扎、意识浅、难以主观配合的人员可直接“打捞出水”实现救援，快速高效。“打捞出水”的救援方式突破传统救援设备的局限性，有效解决了救援人员自身安全难以保障、救援时间拖延、落水人员易受二次伤害等问题，在景区及游乐场安保守卫、近海救援等方面具有突出价值。

再次，从救援效果角度来看：双体救援船与无动力的救生筏和防倾自浮救生吊篮相比[9]，具备完整的巡视、搜索与救援能力，同时兼具救援冲锋舟的机动敏捷等优势。此外，双体救援船可搭配紫外线搜索灯、远红外夜视仪等专业搜救设备，从而保证其在夜间、雾或暴风雪环境以及照明器材缺失等条件下依然具备较强的搜救能力。相较于直升机救援，双体救援船减少了大量的人力、财力，经济性更优越，可实现在守卫海域的长期配备[10]。此外，电力推进方式使双体救援船对紧急事故有较强的应急救援能力，降低了船舶驾驶过程中错误操作的可能性。

最后，从环保节能角度来看：双体救援船采用电机推进方式，船舶柴油机可始终处于恒速工况条件，燃油燃烧更充分，有效减少了主机产生的污染性气体，船舶舱底水产生量也明显减少[11]。

3 应用前景分析

3.1 现实意义

海难事故容易造成巨大的人身和财产损失，其中救援体系的不健全、救生设备效果不佳、救援人员经验不足等因素占比颇重。

传统的救生方式多为向落水人员抛投救绳索、救生圈等救援装备，需要落水人员主动参与，实现自救。但是，大量实践表明，大多数落水者在强烈的求生欲望驱使下，落水后往往剧烈挣扎，甚至处于自我意识缺失的状态，难以主观配合。对于救援人员而言，贸然下水难以达到救援效果，自身生命安全也得不到保障[12]。

双体救援船突破传统救援设备的局限性，在保护救援人员人身安全的前提下，提高了救援效率，有效避免落水人员受到二次伤害。另外，双体救援船对操作者的要求不高，适应大众，船舶驾驶过程中错误操作的可能性较低，在突发状况下具备较强的反应能力。

在我国广阔的海岸线和海洋领土上，每天从事海洋资源开采、海洋渔业、海洋旅游等海上活动的人员数量庞大，面对日益频繁的海上活动，该型双体救援船的应用与发展具有重要的现实意义。

3.2 未来发展

(1) 搭配更精确的定位导航系统与海上通信设备[13]，克服海上移动网络信号不佳的短板，实现大区域、远范围、高精度的远海、近海全方位搜索、救援，完善海上救援体系。

(2) 研发具备优良耐波性和稳性的片体船型，适应世界范围内不同海域的波浪、潮汐、乱流等环境。

(3) 增设自给式海上发电设备或设立海上阵列式多浮岛潮流能发电设备，开辟船用第二能源储备方式，以便双体救援船能够承担更长期的海上巡航任务，提高电力推进船舶的续航力。

(4) 配备船用海水淡化装置，提高船舶自身生存能力。

4 结 语

针对频繁发生的海难事故及其造成的巨大人身和财产损失，双体救援船可以对落水后恐慌、自我意识浅、难以主观配合的人员实施有效救援，同时规避了对落水者造成二次伤害、救援人员自身安全得不到保障、救援效率低等诸多传统救援方式存在的弊端。此外，相较于现有的无动力救生筏、防倾自浮救生吊篮等设备，双体救生船具备完整的巡视、搜索、救援能力，同时兼具冲锋舟的机动敏捷等优势，对紧急事故有较强的应急救援能力。该双体救援船可承担近海景区、游乐场等场所的日常巡视与救援任务，其应用与发展具有重要的现实意义。