船用下水助浮氣囊在航海船舶航行及海難救助領(lǐng)域中的應(yīng)用

jimosea

氣囊裝置是我國首創(chuàng)的船舶下水載具，但其在海事領(lǐng)域的應(yīng)用幾乎處于空白狀態(tài)。通過分析和探討氣囊裝置在輔助船舶航行和海難事故救助方面的應(yīng)用和挑戰(zhàn)，以期為船舶航行和海事救助中有關(guān)問題的解決提供思路和建議，節(jié)省所需人力物力，減少財產(chǎn)損失和人命傷亡。

　　關(guān)鍵詞：氣囊裝置;船舶航行;海難救助

　　氣囊是一種在柔性的橡膠膠囊中充入壓縮空氣或水介質(zhì)，利用空氣的可壓縮性和水的流動性來實現(xiàn)彈性作用的一種裝置。氣囊裝置在航海領(lǐng)域的應(yīng)用主要為輔助船舶下水，是我國首創(chuàng)的一種船舶下水載具。

　　我國的專家學(xué)者及企業(yè)在氣囊上下水工藝方面進行了多年的研究，豐富并完善了相關(guān)技術(shù)和理論，提出并制定了船用下水氣囊的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如朱珉虎介紹了氣囊作為船舶下水載具的構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)和力學(xué)性能，包括氣囊的尺度、囊壁的構(gòu)造和受壓性能的計算公式等;孫菊香對船舶氣囊下水技術(shù)的發(fā)展歷程和安全問題進行了介紹和探討;劉志毅利用有限元數(shù)值方法，分析了船舶下水過程中氣囊裝置各有關(guān)因素對其力學(xué)性能的影響，并通過建模得出了氣囊各組成部分應(yīng)力分布及氣囊剛度和內(nèi)壓與工作高度的關(guān)系;聶曉玲對船舶下水時氣囊裝置的布置方案進行了設(shè)計和優(yōu)化等。

　　目前氣囊裝置在船舶下水工藝方面的理論與技術(shù)應(yīng)用已日趨成熟，但對其在船舶航行和海事救助等方面的研究幾乎處于空白狀態(tài)。本文主要對氣囊裝置在海事領(lǐng)域的應(yīng)用進行分析和探討，為輔助船舶航行和海難事故救助提供新的思路與建議。

　　1 氣囊裝置簡介

　　船用下水氣囊由以橡膠為主體的復(fù)合材料構(gòu)成，囊壁主要承受外界壓力，分為橡膠密封層、簾線加強線和外層橡膠三部分。橡膠密封層用于密封內(nèi)部的壓縮空氣，維持氣囊壓力;簾線加強線主要用于承擔(dān)氣囊的內(nèi)部壓力，所需的簾線材料和增強層數(shù)量視氣囊受壓強度而定;外層橡膠由抗老化和抗磨損的材料組成，以保護內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受外界環(huán)境損傷。

　　氣囊一般中間為圓筒狀，兩邊為圓錐狀，端部由錐形鐵件將囊壁的三層結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)在一起，以保證氣囊的氣密性和結(jié)構(gòu)強度。兩端的錐形鐵件具有不同的構(gòu)件，一端為鐵環(huán)，用于固定和拖曳氣囊;一端為壓力表和閥門等，用于指示氣囊充氣。

　　2 氣囊裝置在船舶航行中的應(yīng)用

　　船舶在大風(fēng)浪中航行，尤其是大型郵輪和滾裝船，一旦失事，造成的經(jīng)濟損失和社會影響不可估量。大型郵輪和滾裝船具有高大的上層建筑，船體受風(fēng)面積較大，會增加風(fēng)壓傾側(cè)力矩;且由于船舶攜帶有大量人員或車輛，很難控制船舶的穩(wěn)性高度，使其穩(wěn)性相對于一般貨船較差，在航行過程中有很大局限性。

　　而當(dāng)船舶在大風(fēng)浪中航行，劇烈的縱搖和垂蕩會產(chǎn)生波浪拍底現(xiàn)象，損害船體結(jié)構(gòu);橫搖會減小船舶穩(wěn)性，使船上的人員無法正常工作。大風(fēng)浪會導(dǎo)致船舶操縱困難，保向性和回轉(zhuǎn)性均會變差。

　　為了減少大風(fēng)浪中的劇烈搖晃，一些船舶通過加裝可收放減搖鰭來輔助航行，但是加裝減搖鰭不僅費用高昂，而且會對船體結(jié)構(gòu)造成不可逆的改變，影響船舶航行性能。氣囊裝置攜帶方便，成本低廉，不僅能起到減搖鰭的作用，還能為船舶提供浮力，從而增加船舶穩(wěn)性，輔助船舶航行。

　　船舶在淺水中航行會產(chǎn)生淺水效應(yīng)，阻力增加，造成船體下沉，興波加劇，小型船舶甚至?xí)虼藗?cè)翻傾覆。有些深吃水船舶在滿載狀態(tài)下吃水受限且無法乘潮時，可以考慮用氣囊裝置使船舶上浮，通過水深不夠的航道。

　　在長江下游江蘇段，有許多上下水的沙船和駁船干舷很低，若江面上稍有風(fēng)浪，船舶就會有沉沒的危險。氣囊裝置可為駁船提供儲備浮力，在航行環(huán)境較為惡劣時釋放下水，增加船舶浮力和穩(wěn)性，降低事故風(fēng)險。

　　3 氣囊裝置在海事救助中的應(yīng)用

　　3.1 船舶擱淺或破艙

　　船舶擱淺是指船舶擱置在礙航物上無法航行，是船舶航行、錨泊、靠港之外的一種狀態(tài)，礙航物包括礁石、淺灘、沉船等有礙船舶航行的水下物體。

　　船舶擱淺后無法自力離淺，可在其周圍安放氣囊，給氣囊充氣提供浮力，減少船舶吃水，使其在氣囊裝置的協(xié)助下脫離擱置部位;當(dāng)船舶擱置在淺灘或礁石上時，船用氣囊裝置可以為船舶提供浮力和支撐，防止船舶傾斜對船體造成二次損傷，協(xié)助船舶離淺。

　　同時，在海上或港口水域，若兩船相撞或因其他原因造成船舶破損進水，無法保持穩(wěn)性和正浮時，氣囊裝置可有效彌補船舶破艙所損失的浮力，使船舶在外力援助較少的情況下，盡可能快速地自救離開事故水域，避免造成水域交通擁堵。

　　3.2 沉船打撈及拖航

　　浮筒打撈法是打撈大型沉船的常用做法，一般浮筒為鋼制浮筒，鋼制浮筒雖然起浮力大，但體積和自重也比較大，攜帶不便。在沉船打撈過程中，受水下特殊環(huán)境影響，船舶與浮筒的系綁連接會耗費大量的人力和時間。如果沉船傾覆嚴(yán)重，在扶正前，鋼制浮筒很難系綁于沉船傾斜一側(cè)。

　　除鋼制浮筒外，還有軟式浮筒，軟式浮筒可卷成圓筒狀儲運或下潛，自重較小，運輸方便，但軟式浮筒起浮力較小，無法滿足大型沉船打撈的要求。我國在大型氣囊制造和應(yīng)用方面的理論技術(shù)都已日趨成熟，可用氣囊裝置代替軟式浮筒，發(fā)揮其在沉船打撈方面的作用。

　　在沉船打撈過程中，氣囊可系放于沉船兩側(cè)，外罩棕繩或尼龍繩網(wǎng)罩，罩下連接鋼纜圈，纜圈再連接船底千斤，然后充氣上浮;此外，氣囊還可在充氣前放置于內(nèi)部艙室，根據(jù)需要給氣囊充氣，矯正船舶浮態(tài)，將沉船扶正，再通過鋼制浮筒或其他方式進行沉船打撈。

　　大型沉船打撈在浮力和穩(wěn)性控制方面具有更高的要求，控制沉船上浮速度和姿態(tài)尤為重要。有的氣囊裝置在端部鐵件處裝有壓力遙測儀表，可檢測氣囊內(nèi)部壓力和外部水壓，為保證沉船安全上浮提供了思路。

　　當(dāng)沉船被打撈出水面，由拖輪拖帶駛離事故水域時，可在事故船舶兩側(cè)系放氣囊裝置增加船舶浮力，并根據(jù)穩(wěn)性損失情況調(diào)整船舶浮態(tài)，減輕事故處理所需的人力物力。

　　4 氣囊裝置在海事領(lǐng)域的優(yōu)勢及挑戰(zhàn)

　　氣囊裝置應(yīng)用于輔助船舶航行和海難事故救助方面，具有很多獨特優(yōu)勢。

　　(1)氣囊裝置是我國首創(chuàng)的船舶下水載具，我國的學(xué)者和專家對于氣囊裝置的制造和應(yīng)用進行了多年的研究，在新建船舶下水工藝的理論技術(shù)，可成功移植到輔助船舶航行和沉船打撈等方面。

　　(2)氣囊裝置安裝在商船或工程船上，可增加其在大風(fēng)浪中航行的穩(wěn)性，減小航行風(fēng)險，為乘客和船員提供更舒適的航行環(huán)境。

　　(3)氣囊裝置可增加深吃水船舶的浮力，減小其吃水，使其安全通過吃水受限的航道。對于擱淺和破艙進水的船舶，氣囊裝置可提供儲備浮力，維持船舶穩(wěn)定，使船舶自力脫險，節(jié)省所需的人力物力。

　　(4)在沉船打撈方面，氣囊裝置可有效彌補鋼制浮筒和軟式浮筒的缺陷，作為鋼制浮筒的替代品或輔助用于沉船浮態(tài)的矯正;同時，氣囊裝置為控制沉船上浮速度，保證船舶上浮安全提供了解決思路。

　　氣囊裝置在海事領(lǐng)域的應(yīng)用同樣面臨著諸多問題。其中之一便是加裝氣囊裝置會對船舶的航行性能和操縱性能產(chǎn)生影響，氣囊裝置產(chǎn)生的阻力會導(dǎo)致興波加劇并會影響船舶正常航行，需要對氣囊的形狀和安裝方式進行思考;氣囊裝置下水后船舶寬度增加，會阻礙其他船舶正常航行，會對船舶間的會遇和追越帶來新的挑戰(zhàn);另外，在沉船打撈過程中，如何控制氣囊裝置的充放氣速度以保持沉船上浮姿態(tài)，使其安全上浮也是一個需要深入研究和探討的問題。

　　參考文獻：

　　[1] 朱珉虎.船舶氣囊下水的理論與實踐[J].中外船舶科技,2013(4):27-34.

　　[2] 孫菊香.船舶氣囊下水技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品,2010(8):45-48.

　　[3] 劉志毅.船舶下水用氣囊力學(xué)性能的非線性分析[D].杭州:浙江工業(yè)大學(xué),2011.

　　[4] 聶曉玲.船舶與海洋平臺平地建造及氣囊下水研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2007.

　　[5] 路其軍.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的客滾船大風(fēng)浪航行安全評估[D].大連:大連海事大學(xué),2010.

　　[6] 孟慶寬.新型多用途客滾船設(shè)計方案研究[D].大連:大連海事大學(xué),2006.

　　[7] 王輝.船舶乘潮進出港通航組織方案研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2010.

　　[8] 孫菊香.船舶氣囊下水技術(shù)發(fā)展展望[J].船舶,2011,1:65-68.

　　[9] 陳海峰,王建梅.柔性浮筒打撈新技術(shù)[J].中國水運,2000(12):24-24

　　[10] 孫樹民,李悅.鋼制沉船打撈方法綜述[J].廣東造船,2006,1:22-27.

　　[11] 王祖溫.救助打撈裝備現(xiàn)狀與發(fā)展[J].機械工程學(xué)報,2013,20:91-100.