國產大型救生艇及吊艇架在郵輪上的適用性分析

朱艷,黃昊,于洋,劉曉瓊

(中船郵輪科技發展有限公司,上海 200137)

救生艇是針對具體艘郵輪量身打造,即便是同容量的救生艇,其設計會根據不同郵輪的布置特點、風險點的不同而有區別。 現階段,國內已有廠家在著手300多人超大型救生艇[1]的研發設計,已送審CCS,即將進入替代設計的定性初步分析(風險識別&評估)階段。為此,考慮立足于豪華郵輪配置需求,結合國產大型救生艇及吊艇架的設計特點,以某豪華郵輪為例,重點分析國產救生艇及吊艇架在豪華郵輪上的適用性。

1 國產救生艇和吊艇架

1.1 國產救生艇

豪華郵輪乘員眾多,舷側空間寶貴,為了盡量減少占用舷側空間,救生艇數量應盡可能少,這就要求在限制艇長的基礎上,盡量增加救生艇容量。而采用超150人的超大型救生艇,設備本身突破LSA規則限制,根據SOLAS規范要求,必須采用等效替代設計和風險評估,且不是單純對設備進行試驗驗證,而是針對替代設計中可能存在的高風險,采用評估程序對設備進行危險識別,因而在設計之初應考慮足夠安全冗余,還要結合郵輪撤離人數、集合站、登乘站、撤離通道等,對棄船撤離過程進行危險識別,從而進行綜合評估。同時,根據航線規劃,郵輪由于吃水限制無法?？康侥承└劭?部分救生艇需要兼做交通艇用于將乘客運載往返于郵輪與港口之間,而交通艇對航速、通風、舒適度要求高,航速一般為10～15 kn,通常還需要根據ADA指南,預留2個輪椅空間,因此,豪華郵輪配套使用的救生艇,設計難度大。

目前,國內已有廠家在為招商豪華郵輪實船配套進行235人超大型救生艇(可兼用交通艇)的研發設計,且即將進入取證和檢驗驗證階段,也在和國內郵輪設計公司合作著手300多人超大型救生艇的研發設計,已送審CCS,即將進行替代設計和風險評估,這就為國產救生艇在郵輪上的配套應用提供了技術支撐。

1.2 國產吊艇架

吊艇架是收放救生艇的專用設備,能將滿載乘員及其屬具的救生艇在船舶縱傾10°和向任何一舷橫傾至20°,以及在船舶失去動力的不利情況下,安全降放至水面。國內大型吊艇架主要包括:重力倒臂式、重力滑軌式、重力連桿式、液壓重力式、吊臂伸縮式、自由降落式、平臺式吊艇架等。其中,自由降落式吊艇架需要配置全部封閉救生艇,容量較小,通常不超過100人,對于郵輪艉部有限的橫向空間及龐大的乘員容量配置需求是不切實際的,而平臺式吊艇架則主要用于海工平臺上,不做贅述。

豪華郵輪船長200～300多m,船寬30～60 m不等,甲板多達十幾層,通常在中間設置2～3層甲板作為娛樂功能區,配置主餐廳、賣場、中庭、劇場等艙室,層高超過3 m,其中2層多作為救生甲板使用,總層高不超過7米,其上為客艙甲板。為減少舷側空間占用,救生艇通過增加艇寬來縮短艇長。以容量314人的國產救生艇為例,救生艇采用雙層設計,艇長約12.5 m、高約5 m、寬約6 m(參數來自設備廠家)。因此,針對吊艇架進行適用性分析,除了滿足規范要求外,主要著眼于艇架的外形尺寸、使用性能、美觀度、造價等因素。

1.2.1 重力式吊艇架適用性

重力倒臂式、重力滑軌式、重力連桿式吊艇架(見圖1)都是依靠救生艇自身重力作用,無須動力驅動即可將艇倒出舷外,降放至水面。優點是艇下面可供人員行走,減少救生艇對甲板的占用,制造工藝簡單,造價低廉。但是,3種吊艇架都有短板。

圖1 吊艇架

1)造型不夠美觀、平穩性欠缺。由于起升能力要求高,起艇機布置在甲板上,起艇機和絞索暴露在外,影響視覺效果,而采用機械傳動,慣性大,平穩性不夠好[2]。

2)吊艇架占用橫向空間。兩舷僅救生艇將占用近12 m的船寬,艇架本體寬度約1～2 m,不僅降低橫向空間利用率,還壓縮功能艙室和通道布置空間。

3)艇架偏高,艇的存放高度高,相應地提高了豪華郵輪的重心高度,而艇架高度是制約其在豪華郵輪上應用的關鍵。

首先,重力倒臂式吊艇架[3]是單支點吊艇架,救生艇堆放在舷內,吊臂長度應從舷側內的支點處進行計算(見圖1a)),則多增加一個艇寬的臂長,為確保橫、縱傾不良情況下正常降放,救生艇距舷側應留出1.2～1.4 m的安全冗余,上半段吊臂導出時幾乎平行于甲板,相對減少因傾斜而損失的臂長值,再加上支點底座和頂部滑車高度,吊艇架高度達到11.5 m以上。

其次,重力滑軌式吊艇架的吊臂前后有兩個支點,放艇時沿滑軌滑動至舷邊,導出時吊臂支點即在舷邊(見圖1b)),相對減小臂長計算值,而滑軌式吊艇架也被稱作跨甲板吊艇架,因此,吊艇架高度應考慮救生艇本體高度、吊臂頂部滑車直徑、艇底部至滑軌安全間隙以及下層甲板層高,吊艇架高度也會超過9 m。

再者,重力連桿式吊艇架是單支點吊艇架,吊臂呈L形,頂部橫向臂和豎向臂堆放時呈90°,可降低艇架高度,釋放時呈鈍角(見圖1c)),可增加有效臂長,橫向臂釋放時可增加約0.4個艇寬的臂長,但豎向臂導出時因傾斜會損失大量有效臂長,因而艇架高度也達到9.5 m以上。同時,艇架可靠舷側安裝將救生艇一半懸出舷外,高度可降至6.5 m左右,還能減少空間占用,但是,救生艇懸垂,增加上浪對救生艇造成損壞甚至脫落的風險,在送審階段,需要進行耐波性分析,尤其是上浪撞擊工程分析,還要增加額外的穩固設施,設計難度大,送審周期長。

1.2.2 液壓重力式吊艇架適用性

液壓重力式吊艇架常用的有鐮刀型和L型吊艇架,均采用液壓和重力相結合來實現放艇,失電情況下,可通過蓄能器確保順利放艇。雖然造價翻倍,但采用液壓傳動,慣性小,操作更加平穩可靠。

鐮刀型吊艇架布置緊湊,救生艇堆放在舷內,吊臂導出時支點位于舷邊(見圖2),艇架高度可控制在7 m以內,救生艇堆放高度也相應降低。但是,艇架的吊臂會占用橫向空間,吊臂寬度近1 m,救生艇寬度近6 m,而蓄能器等占用的空間約0.6 m,每舷僅設備需預留高達7.5 m左右的船寬空間,再加上通道、欄桿、艙壁防浪扶手等寬度,則每舷需要預留9 m以上橫向空間,導致功能艙室的有效使用空間被大大壓縮。

圖2 鐮刀型液壓重力式吊艇架

L型液壓重力式吊艇架(研發設計和取證階段)造型簡潔,堆放角度可靈活設置。首先,艇架靠舷邊堆放將救生艇一半懸出舷外,可降低艇架高度和減少空間占用。其次,艇架底部支點緊靠舷邊堆放,通過把吊臂向船舯傾斜與甲板成夾角,可確保救生艇堆放在舷內防止上浪撞擊,還可降低艇架高度,導出時增加吊臂有效長度。因此,艇架高度可控制在6.6 m左右。但是,L型吊艇架盡管不占用橫向空間,但會額外占用2.5 m左右的舷長空間(見圖3)。

圖3 L型液壓重力式吊艇架

1.2.3 吊臂伸縮式吊艇架適用性

吊臂伸縮式吊艇架采用液壓和重力相結合來實現放艇,操作穩定可靠。吊臂可伸縮,既不增加空間占用,還滿足救生艇導出的臂長長度,且艇架安裝在甲板頂部,艇架本體僅占用1 m多的垂向空間,加上救生艇本體高度,高度可限制在6.5 m以內,絞車和鋼索集成在艇架上,無需占用下層甲板空間,造型美觀,占用空間最小。

當然,艇架造價高昂,是重力倒臂式艇架價格3倍以上,且艇架對甲板結構和救生艇的堆放位置要求嚴苛:為了確保吊臂擁有足夠行程在橫、縱傾不利海況下能把救生艇導出舷外[4],頂部安裝甲板舷邊應盡可能與郵輪最大船寬外板輪廓線齊平,且吊臂收縮時的臂長應與救生艇寬度方向的輪廓線一致,即救生艇堆放位置應在吊臂長度范圍內(見圖4)。

圖4 吊臂伸縮式吊艇架

綜合以上分析結果,各類型吊艇架占用空間見表1,因此,僅從高度限制來考慮,后三者液壓輔助的吊艇架更加適用于豪華郵輪配置需求。

2 救生艇及吊艇架的配置布置分析

以哥斯達大西洋號豪華郵輪為例,船長292.5 m,型寬32.2 m,15層甲板,設計吃水7.8 m,定員3 600人,其中乘客2 680人,船員920人。目標郵輪原船每舷配置9艘容量為150人的救生艇,且采用重力滑軌式吊艇架,根據國產救生艇及吊艇架的適用性分析結果,對目標郵輪進行超大型救生艇及吊艇架配置布置分析。

2.1 救生艇的配置

根據SOLAS規范第III章要求,目標郵輪每舷至少需要配置乘員總數50%容量的救生艇,其中12.5%的容量由救生筏替代,因而目標郵輪救生艇的最低配置(見表2)。

表2 救生艇的最低配置表 人數

然而,大型豪華郵輪上的乘員多為包括老人、婦女、兒童、殘障人士在內的未經受專業訓練的乘客,考慮便利性和舒適性,救生艇的配置容量通常能搭載船上全部乘客。同時,每艘救生艇在棄船撤離時,需要分配約6名操艇員,且這些船員也需要搭載救生艇,因此,救生艇的總容量應包括乘客和救生艇指定船員。

目標郵輪3、4甲板是救生艇堆放甲板,其中3甲板作為登乘甲板,配置有劇院、大賣場、中庭等功能區,這些功能區多用作集合站,4甲板及以上為客艙甲板,舷側空間寶貴,救生艇數量應盡可能少,容量應盡可能大,占用空間盡可能小。那么,根據登乘甲板功能區域即集合站的分布特點、救生區域縱向跨度等進行綜合考慮,如果每舷配置4艘艇,則登乘站過于集中容易造成擁堵,因此,每舷布置5艘救生艇最為經濟適用,則每舷經由救生艇撤離的人數至少1 370 人(1 340乘客+30船員)。目標郵輪救生艇實際配置見表3。

表3 救生艇的實際配置 人數

基于航線規劃,目標郵輪由于吃水限制無法?？康侥承└劭?需要在郵輪與港口之間使用交通艇進行轉運和接駁,因而每舷需要配置2艘救生艇兼做交通艇使用(數量根據船東要求,考慮轉運效率和成本),而相同容量的救生艇與兼做交通艇的救生艇外形尺寸相差甚大,不僅外觀上不夠協調,對于空間規劃尤其是船寬方向難度更大。因此,基于廠家方案參數,目標郵輪每舷布置3艘容量314人(12.5×5.9×4.6 m)和2艘容量240人(13.5×5.8×4.8 m)的救生艇(這樣,總容量>2 740人)。其中,314人救生艇最大承載能力為330 人,可根據郵輪乘員需求調整。同時,240 人救生艇可兼做交通艇,參照國際豪華郵輪配置慣例,兼做交通艇時定員取救生艇總容量的80%,即為190 人。

2.2 吊艇架的配置

豪華郵輪普遍在中間預留2層甲板作為救生甲板,且這些甲板多規劃為功能區,其層高通常超過3 m,更加適合布置救生設備,以減少對客艙的遮擋。

目標郵輪船長292.5 m、型寬32.2 m,救生艇堆放區域上建采用內縮結構,即從3甲板往上,上建區域乃至頂部陽光甲板都采用內縮結構。目標郵輪3、4甲板是救生艇存放甲板,3甲板為登乘甲板,布置有功能區,層高3.7 m;4甲板及以上為客艙甲板,層高2.75 m,救生艇堆放區域為設備及通道預留的空間為6.6 m船寬。

以排除法進行適用性分析。

1)內縮結構,決定了吊臂伸縮式吊艇架不適用,即便外形美觀、占用空間最小。

2)對于重力倒臂式、重力滑軌式和重力連桿式吊艇架來說,即使內縮結構對艇架沒有高度限制,但3種艇架高度都超過9 m,甚至達到11.5 m(見表1),會完全遮擋第4、5層甚至第6層客房的觀賞視線,多犧牲一到兩層客房景觀,嚴重影響郵輪的經濟效益。而連桿式可將救生艇懸在舷外以降低艇架高度,但增加上浪風險、設計難度,是退而求其次的選擇。

3)鐮刀型和L型液壓重力式吊艇架艇架高度偏低,都可控制在7 m以內。并且,郵輪上陽臺房客艙窗戶凈開孔尺寸為長1.1 m×高1.3 m,窗戶下緣距甲板約0.7 m,救生艇及吊艇架的存放僅遮擋第3、4層救生艇堆放甲板(層高6.45 m),對第5層客艙甲板毫無妨礙。但是,鐮刀型吊艇架會額外占用橫向空間,與240人/314人相匹配的吊艇架、救生艇需要占用7.5 m多的船寬,留出通道、欄桿、防浪扶手寬度后,如果不壓縮功能艙室寬度,則每舷需要局部加寬甲板2.5 m以上。L型吊艇架船寬方向只需預留救生艇及蓄能器占用的空間,即6.3 m左右,因而甲板只需局部加寬1.5 m左右,當然這種吊艇架會額外占用2.5 m左右的舷長空間。

綜上所述,根據目標郵輪救生甲板空間規劃,船寬32.2 m,空間有限,而船長方向布置有冗余,且考慮到預留的救生甲板層高6.45 m。因此,L型液壓重力式吊艇架最適用于目標郵輪的空間規劃,因為不需要把救生艇懸出舷外,能降低艇架高度至6.6 m左右,且不會對更上一層客艙造成遮擋。

2.3 救生艇及吊艇架的布置分析

根據以上對于設備選型配置分析結果,對救生甲板的布置規劃、功能區域分布特征,以及集合站、登乘站的位置等進行綜合考量分析。

1)目標郵輪的救生甲板分為兩層即3、4甲板,L型液壓重力式吊艇架安裝在3甲板上,相較于4甲板都是客房,3甲板主要設置功能區域,從艉至艏部,分布有主餐廳、會議中心、中庭、大賣場、休閑區和大劇場,便于集合和登乘,因而救生艇采用舷側登乘。

2)目標郵輪船舯中庭區域僅內縮3.6 m,無法提供足夠橫向空間,因而中庭向艏靠近大劇院、休閑區、購物區的舷側平直區域布置3艘救生艇,其中2艘兼用交通艇。而中庭向艉靠近餐廳、會議中心布置2艘救生艇,這些功能區通常作為集合站使用,因而救生艇及吊艇架就近布置,不僅可確保集合站盡可能靠近登乘站布置,從而有助于縮短撤離時間,還能確保足夠寬敞的空間滿足規范對于集合站0.35 m2/人的要求。

3)L型液壓重力式吊艇架靠舷側安裝,吊臂傾斜與甲板成夾角,既確保救生艇存放在舷內有遮蔽,盡可能降低艇架高度,又能在郵輪橫縱傾時確保臂長足夠導出救生艇。并且,甲板需要局部加寬約1.5 m,每艘救生艇艉部需要配置1.2 m左右寬的平臺用于檢修或操作臺堆放。而救生艇堆放高度超過15 m,需要進行風險評估。

綜上所述,根據以上設備選型配置和布置分析結果,目標郵輪每舷配置5套救生艇和吊艇架,314人和240人的救生艇及吊艇架分別占用舷長約15 m、16 m,那么,加上維修平臺將占用84 m左右的舷長空間,而原船配置9艘150人救生艇,不僅占用近100 m的舷長空間,采用的重力滑軌式吊艇架艇架過高,大面積遮擋了5甲板客艙的觀賞空間。因此,兩者相比較,前者足足節約了16 m的舷長空間,且還不會額外犧牲5甲板客艙視線范圍。

3 結論

與超大型救生艇配套的幾種國產吊艇架,無論從外形尺寸、穩定性、美觀度還是經濟性來說,純靠重力釋放救生艇的重力倒臂式、重力滑軌式和重力連桿式吊艇架是不適用于郵輪配置的,因為艇架高度過高是限制其在郵輪上應用的致命缺點。而液壓重力式吊艇架適用于不同的郵輪結構形式或救生甲板空間,其中,鐮刀型液壓重力式和L型液壓重力式吊艇架不限于郵輪結構形式,前者適用于救生甲板橫向(船寬)空間較為充裕,船長空間較為緊張的郵輪,而后者由于不占用橫向空間,但會占用船長空間。吊臂伸縮式吊艇架是最為簡潔美觀、最節省空間的類型,只要船體結構不是內縮結構,安裝甲板舷邊與郵輪最大船寬外板輪廓線盡可能齊平,都是適用的,當然價格較為昂貴。