水域救援常用船艇对比研究

   2023-11-04 中国应急救援理论探索1050
核心提示:摘要:水域救援船艇多种多样,常用的有充气艇和冲锋舟。这两型船艇的性能特点各不相同,适用的任务种类也不同。目前水域救援领域
 摘 要:水域救援船艇多种多样,常用的有充气艇和冲锋舟。这两型船艇的性能特点各不相同,适用的任务种类也不同。目前水域救援领域对此积累了大量实战经验,但缺乏总结性、定量性的分析与对比。在实际救援中,存在着因船艇不适用或危险预判不到位而发生的伤亡事故。对此,本文以水域救援船艇任务类型为出发点,从两种船艇性能特点为落脚点,对比分析两型船艇的适用性,对船艇与任务的结合进行全面梳理归纳,并给出安全提示。

关键词:船艇 充气艇 冲锋舟 水域救援

船艇是水域救援任务中必不可少的装备,具有运输投送、机动搜索、救援平台、安全保护等功能。目前,常用的水域救援船艇包括充气艇和冲锋舟两类,正在逐渐推广使用的有气垫船、改良式充气艇、折叠船等。这些船艇各有特点,在不同水域、不同任务中的适用性各不相同,而适用性不仅关乎执行任务是否顺利,更关系到救援人员和被救群众的生命安全。

1 水域救援船艇种类

结合目前消防救援队伍和社会救援力量实战情况,本文重点讨论充气艇和冲锋舟两类船艇的适用性。

1.1 充气艇

在水域救援中,充气艇特指由充气浮筒(气囊)和铝合金底板组成的充气船,平底,单体,敞开艇,依靠船外机提供动力。其性能要求应符合 GB/T20897《充气艇》。考虑到救援船只的动力和尺寸需求,一般使用的充气艇需符合GB/T20897.3《充气艇 第3部分:发动机最大功率为15kW及以上的艇》。船型常用规格如表1所示。

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1.2 冲锋舟

在水域救援中,冲锋舟特指玻璃钢制硬底船,平底,单体,敞开艇,依靠船外机提供动力。其性能和安全要求可参照中国船级社《沿海小船建造规范》中关于“纤维增强塑料船”的要求。船型常用规格如表2所示。

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2 水域救援中船艇承担的任务

2.1 运输任务

船艇承担的运输任务主要是在洪涝灾害中大规模转运群众和物资。这项任务对船艇的需求是载重量大、平稳、安全。一般来说,救援人员会在确定水况安全的前提下执行任务。

2.2 机动任务

机动任务指救援人员驾驶船艇,在各类复杂环境中进行搜索或快速奔赴目标。这项任务对船艇的要求是通过性好、机动性好、要具有抗流抗浪能力,速度快。

2.3 救援平台任务

救援平台任务指救援人员行船至目标附近,以船艇为平台,在船艇上进行操作(如抛绳、离心力驾驶、顶礁、施放攻击手“活饵”救援等),达到救援目的。这项任务对船艇的要求是机动灵活,视野好,极佳的操控性,特别是在复杂水域中“定舟”“顶礁”“离心力驾驶”等。

2.4 拖拽任务

拖拽任务主要指船艇拖拽声呐、滚钩等水下搜索设备前进,也指船艇拖拽其他船只行进。这项任务对船艇的要求是动力强,行驶稳定,对速度有一定的要求(如一些声呐要求船艇行驶速度达到1-3节)。

2.5 辅助任务

辅助任务多种多样,例如:施放潜水员并作为水面定位目标,施放水下机器人并作为母船等。辅助任务对船艇的性能要求不一,根据任务需求各有不同。

3 船艇性能比较

根据上述船艇任务情况,可归纳出水域救援任务对船艇的性能需求,即载重能力、稳定性、抗浪性、抗沉性、操控性。为了便于说明,选取总长相近的,且较为常用的420cm充气艇和450cm冲锋舟作为比较。

3.1 载重能力

取两种载重评价方式进行探讨,船艇尺寸与理论载重比例。选取船艇的总长作为尺寸参考,参考系数为总长与理论载重之比,参考系数越小,说明等总长规格的载重能力越强。详见表3所示。

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从表3可以看出,两种船艇,总长500cm以内的,参考系数均在0.5左右,相差不大。总长超过500cm的,冲锋舟载重能力有一定增强,但常用充气艇一般不超过500cm,因此,此处无对比意义。综上,按照尺寸规格比载重能力作为参考,两种船艇载重能力差异不大。

绝对载重比较是指常用两种船艇的常见规格下,其绝对载重能力的比较。表3列出的就是常用船艇规格型号,由于常用冲锋舟规格较大,因此其载重能力明显比充气艇强。

本文上述载重均为理论载重,理论载重是制造厂商根据一般水况进行的估计,不能盲目套用于水域灾害事故现场,充气艇适用于复杂水况的机动任务,不可能按理论载重执行任务,而冲锋舟多用在相对平静的水域执行人员物资转移转运,在做好安全防护的前提下,可以按理论载重使用。从这个角度看,冲锋舟更适合执行较大规模转运任务。

此外,研究运载能力,特别是运输群众时的运载能力,还应考虑其内部空间。仍以常用的420cm充气艇和450cm冲锋舟作比较,见图1。两型船艇的俯视图,阴影部分为内部可安全乘坐(载物)空间,明显可见,冲锋舟的乘坐空间更大,且有固定座位(一般为两侧对坐),充气艇空间小,无座位(部分艇型有可安装的横座板,但水域救援中应拆除,为救援作业留出空间),从这个角度看,冲锋舟更适合执行较大规模转运任务。

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3.2 稳定性

稳定性研究船艇在水中保持或恢复正浮状态的能力,对于运送群众、充当救援平台等任务有重要意义。

3.2.1 稳性

稳性是指舟艇受到外力作用偏离平衡状态而倾斜,当外力消除后,舟艇具有的回到平衡位置的能力。这里主要考虑横稳性。由于水域救援船艇较小,把回复力矩作为衡量稳性的参考。在其他条件相似,且船艇倾斜不超过15°时,回复力矩长度主要与船艇重心有关,重心越低,回复力矩越大,越不易翻沉。

充气艇主要由气室和底板组成,底板为较重铝合金金属材质,气室为较轻的PVC橡胶材质,因此重心靠近于底板位置。对于冲锋舟,其整体材质均为纤维增强塑料,密度略大于水,因此重心相对较高。

根据重心位置分析,充气艇在遭遇外力(波浪、撞击等)时,更容易保持稳定,会更快恢复正浮状态,冲锋舟反之,摇摆较大。但充气艇总体较轻,在波浪水域高速行进时,上下颠簸比冲锋舟感觉强烈,虽然单纯的上下颠簸与摇摆不同,不易造成翻覆,但严重影响乘坐人舒适性,对转运群众不利。

3.2.2 行驶平稳性

在外界条件(波浪、水流、驾驶技术)相同时,救援船艇行驶是否平稳与船的质量有关,船艇越重,其惯性越大,自身运动状态越不容易被外界影响,即行驶越稳定。在实际运用中冲锋舟行驶更加平稳。

3.3 抗浪性

从水域救援实践的角度出发,一是波浪进入船艇的可能性,二是波浪对船艇的摇摆。

3.3.1 波浪进入船艇的可能性

波浪进入船艇的可能性主要由干舷高度决定,干舷越高,水浪进入的可能性越小;而干舷厚度也会影响水浪进入船艇的可能性。对比450cm冲锋舟和420cm 充气艇两型船艇的干舷高度和干舷厚度,见图2。相近长度的充气艇和冲锋舟,冲锋舟的重量明显大于充气艇,因此其没入水中更深,干舷高度更低。

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实际经验中,总长600cm的冲锋舟,其干舷高度大致与总长380cm的充气艇相当,见图3。因此从干舷高度的角度,在外界条件(波高、载重等)相同且总长相近时,水浪更容易打进冲锋舟舱内。

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3.3.2 波浪对船艇的可能性

摇摆充气艇和冲锋舟均为平底船,本身抗摇能力相似,但总长相近的两型船艇中,冲锋舟明显重于充气艇,受到波浪摇摆的影响更小。同时,相同条件下,冲锋舟吃水更深,也有利于其在波浪中保持稳定。

综上所述,对于抗浪性而言,当波浪没有超过干舷时,冲锋舟抗波浪摇摆的能力更强,但相同条件下,波浪更容易进入冲锋舟内。

3.4 抗沉性

抗沉性对于船艇安全有极为重要的意义。充气艇和冲锋舟的翻覆或沉没有较大区别。对于充气艇,其浮力类型主要是永久性密封浮力,只要气室不破裂,无论船艇处于什么样的姿态,都不会沉没,即使其舱内满水,干舷高度变化都不大。因此对于充气艇,抗沉性主要考虑其在复杂水域中翻覆的可能性。对于冲锋舟,其浮力类型主要是永久性固有浮力,一旦内部进水后,干舷高度迅速减小,同时浮力平衡被打破,极易发生倾覆或沉没。目前部分品牌型号的冲锋舟,整船密度略小于水的密度。救援用船艇要求船内设置单向排水阀,一旦进水后,绝大部分水会慢慢排出船舱。

充气艇和冲锋舟在船舱内积水后的状态,注意其剩余干舷高度和倾斜程度,见图4。对于充气艇,由于其永久性密封浮力比重力大得多,因此大量进水后对干舷高度影响不大。充气艇提供浮力的气室分布在船周(主要是两侧),对其倾斜程度的影响也有限。对于冲锋舟,由于其永久性固有浮力与重力相当(或略大于重力),一旦舱内大量进水,干舷高度几乎为零,极容易发生沉没或倾覆。

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充气艇和冲锋舟在复杂水域中的状态,见图5。两型船艇在复杂水域中,如高差明显大于船艇舷高的急流坡、瀑布、沸腾线等,两种船艇都极有可能发生翻覆。区别在于,充气艇翻覆后仍然有大部分艇体露出水面,有经验的救援人员可以做翻舟扶正自救,恢复救援状态,冲锋舟翻覆后只能弃船。

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3.5 操控性

在水域救援中,船艇的操控性主要由动力特性和转向特性衡量。

3.5.1 动力特性

动力特性采取船外机功率与船艇质量之比衡量,即功重比,比值越大,动力越强,反之越弱。船内载荷均按160kg(2人)计算,充气艇和冲锋舟各选取4个规格作比较如表4所示。

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通过表4的比较,得出充气艇的动力性能强于冲锋舟,特别是参照同一船外机功率(以40HP为例)时更加明显。

3.5.2 转向特性

转向特性采取比较其某一速度航行时转向半径来衡量。转弯半径小,说明操控更加灵活,反之操控不灵活,见图6,这里采取动力均为40HP的两型船艇做比较。根据训练经验,40HP动力(520cm总长)的冲锋舟,全速“O 形”驾驶,轨迹直径约12-15m,40HP动力(420cm总长)的充气艇,全速“O 形”驾驶,轨迹直径约6-8m,见图7。

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由此可得到结论,其他条件相同或相近时,动力相同的两型充气艇和冲锋舟,充气艇的操控性明显强于冲锋舟,其行驶更灵活。

在实践中,救援人员会利用充气艇灵活机动的特点,执行一些特殊任务。如“O 形”救援,就是利用充气艇转向灵活的特点,转向时艇会向内侧倾斜,意味着该侧干舷变低,便于水中人员上艇,见图8。

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综上所述,各项条件同等的前提下,两型船艇的性能特点:载重能力方面,冲锋舟明显强于充气艇;稳定性方面,充气艇稳性强于冲锋舟,但行驶中冲锋舟行驶比充气艇体感更加平稳;抗浪性方面,当波浪没有超过干舷时,冲锋舟抗波浪摇摆的能力更强,而相同条件下,波浪更容易进入冲锋舟内;抗沉性方面,充气艇明显强于冲锋舟,但在复杂水域,充气艇也有可能翻覆(但不会沉没);操控性方面,充气艇明显强于冲锋舟。如表5所示。

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4 实战案例对照分析

本文从理论层面详细分析了船艇各项性能,对照实战案例进行验证分析,案例中引用的描述为现场处置实际案例,内容出自应急管理部消防救援局印发的《灭火救援典型案例汇编》。案例既有处置成功的,也有出现伤亡的,对照前文对两型船艇性能的研究结论进行分析。

4.1 充气艇的实战应用案例

2016年,湖北武汉“7.1”举水河溃口抢险救援中,充分利用橡皮艇组装快速、机动灵活的特点,担任编队侦察和安全艇职能。

2019年,浙江江山“6.6”洪涝灾害抢险救援中,救援组采取橡皮艇搜救方式,先后从红塔超市内营救出24名遇险员工,在华夏村成功搜救出10名遇险人员。

2019年,广东河源“6.10”抗洪抢险救援中,两艘橡皮艇+两节拉梯+单杠梯和15m金属拉梯架设临时便桥实施救援。

2019年,贵州遵义“6.22”城市内涝抢险救援中,救援1组利用橡皮艇和绳索打通水上救援通道,营救出被困轿车内的2人;救援人员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,甘肃省陇南市“8.13”激流水域救援中,在向前行进过程中,橡皮艇突然从公路左侧防护堤缺口处向白水江内快速滑动。救援人员加大发动机油门、调整橡皮艇方向,但由于水流速度太快,橡皮艇迅速向下游江中心移动,右后舷碰撞到白水江靠近缺口约5m 处第一排高架公路桥墩的柱子后发生侧翻,艇上5名人员全部落水。

4.2 冲锋舟的实战应用案例

2013年,广西贺州“8.27”渔船翻船救援中,救援人员对事发地至灵峰大桥水域约500m范围实施搜救,行驶至滚水坝附近时,冲锋舟被卷入漩涡内,船体发生倾覆,6名人员全部落水。

2016年,湖北武汉“7.1”举水河溃口抢险救援中,利用冲锋舟载员多的特点担任主要运输工具,与橡皮艇编队救援,发挥救援效能。

2020年,河南省洛阳市“8.18”洛河水域救援中,指挥员立即组织救援人员在橡胶坝上游驾驶冲锋舟前往救援,在冲锋舟接近被困者约50m时,救援人员调转船头向上游,利用漂浮绳连接救生圈,顺流送至被困者附近,由于水流方向不稳定、流速过快,经反复调整冲锋舟位置,救生圈无法准确送达。7时10分,冲锋舟螺旋桨被水中杂物缠住,失去动力,被急流冲至橡胶坝下船体发生倾覆,8名救援人员全部落水。

2020年,江西省环鄱阳湖流域洪涝灾害处置中,冲锋舟大量应用在涝区相对平静水域的人员转运。

2021年,河南郑州“7·20”特大暴雨灾害处置中,冲锋舟大量应用在涝区相对平静水域的人员转运。

4.3 分析结果

上述战例中可见,冲锋舟主要承担大规模转运任务,一旦进入复杂水域,极有可能倾覆,其自重大,载员多,倾覆后人员有溺水、撞击、反扣等风险;充气艇承担机动作业任务,在复杂水域中,有可能倾覆,救援人员操作得当,有一定的自救几率。从案例总数看,充气艇翻覆案例多于冲锋舟,这是因为冲锋舟任务会专门避开复杂水流,而充气艇经常在复杂危险水流中作业。

5 结语

船艇是水域救援的堡垒,也是救援人员的“安全岛”,是水域救援的关键要素之一,根据救援任务和救援环境选择船艇,对于确保水域救援安全有一定的现实意义。以上对充气艇和冲锋舟性能的对比研究,只是在常见救援环境中的定性测试,随着消防救援队伍承担的水域救援类型日益复杂,可用的新型船艇日益增多,对不同船艇不同环境的特性还需要更全面的定量研究,为受灾群众和消防救援人员提供更准确的指导。

参考文献

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[3] 何肇瑜. 消防救援队伍水域救援技术[J]. 消防科学与技术,2021,40(09):1401-1404.

[4] 何强,徐加伟. 冲锋舟在抢险救灾中应注意的几个方面[J]. 中国水运(下半月),2019,19(11):20-21

[5] 程建生. 舟艇原理与强度[M]. 北京:人民交通出版社,2015 :47-49.

[6] GB/T 20897.3-2017, 充气艇第3部分:发动机最大额定功率为15kW及以上的艇[S].

 
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