大型豪华邮轮多乘员救生艇设计与安全分析

陈智同，刘鹏鑫，朱雅婷，任才龙

(1.江苏科技大学 海洋装备研究院，江苏 镇江 212003；2. 江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江 212003；3.江苏海艺船舶科技有限公司，江苏 镇江 212009；4.江苏佼燕船舶设备有限公司，江苏 江阴 214404)

0 引言

《国际海上人命安全公约》(SOLAS)规定救生设备是指船舶在遇险时，能使船上人员安全迅速撤离船舶并在水上维持生命的专用设备的总称，是船舶法定安全设备。按照SOLAS的相关要求，邮轮的每舷侧至少按照50%乘员数配备救生艇，按25%乘员数配备充气救生筏。目前，《国际救生设备规则》(LSA)明确了“容纳人数超过150人以上的救生艇不予认可”。国内最大的救生艇可容纳150人，若按目前国内最大救生艇筏配置，将严重制约人员疏散撤离船体的效率。各国船级社也在研究适用于大型邮轮的超过150人以上的大型救生艇规范。欧美等国大型救生艇技术的研制先于规范，例如: 挪威乌姆哈丁集团开发了CTL57型270 人的救生艇兼交通艇；德国FASSMER集团开发了SEL15.75型444人救生艇。这些产品设计已获得了相关船级社颁发的船用产品证书。新型设计也极大地推动了大型救生艇技术及国际公约的发展。

本文立足于我国大型救生艇市场的需求，以335人大型救生艇为研究对象，重点从该艇总体方案设计、结构设计、强度分析、稳性及浸水分析、舒适性评估方法研究、降落和释放装置的设计及强度校核方法[1]等方面展开研究。

1 335人大型救生艇方案设计

通过消化、吸收国外大型邮轮多乘员救生艇关键技术，针对单艇超过150人以上基数救生艇的外形、结构设计、层次、座位布置、空间布置、艇内公共实施的总体布置进行分析研究。

1.1 主要参数

大型救生艇主要参数如下：艇长12.45 m，宽度5.46 m，型深1.76 m，高度4.18 m，吊钩间距11.8 m，乘员335人，航速>15 kn。

1.2 总布置方案

2 结构设计及总纵强度分析

在结构强度方面，335人大型救生艇参考中国船级社的《沿海小船入级与建造规范》并结合英国劳氏船级社(LR)相关标准进行设计。主要结构尺寸见表1。

本艇的结构加强，主要考虑吊钩装置区域、舷侧易撞区、主机区域结构等。

按照重量逐项统计的方法进行空艇的重量估算，计算值为12 290 kg。该艇体的重量估算值与国际现有同类型艇重量基本相当，达到了国际同类产品水平，参数对比见表2。

图1 大型救生艇总体设计

表1 主要结构尺寸设计

表2 与国际同类救生艇型参数对比

本艇参考《海船救生设备规范》(1974)第3.6.7要求的10倍安全系数及规范试验要求的2倍载荷来评估本艇的总纵强度，艇中部的最大正应力及吊钩剖面处的最大剪应力仍然有富裕。同时，按照德国劳氏船级社(GL)《船舶入级与建造规范》的第3部分第4节船体结构要求评估船体结构强度。经过评估，该艇结构满足强度要求。

3 稳性及破舱稳性分析

基于NAPA软件，建立三维浮力体的模型，进行静水力计算及稳性性能分析，评估救生艇在50%乘员定额时，乘员从正常位置移至艇中心线一侧时救生艇的稳定性，并且具有一个正的初稳性高值。在这种状态下，舷墙附近有舷侧开口的每艘救生艇的干舷应至少为救生艇长度的1.5%或100 mm，两者取其大者。

救生艇浸水时进入水中的代表人体的重量可以略而不计。在浸水时未浸水中的代表人体的重量则应放置在正常的座位位置上。载况下完整稳性及破损稳性复原力臂曲线计算见图2、图3。进行完整稳性计算，得到初稳性高值为3.954 m，干舷为0.754 m；进行破损稳性计算时，初稳性高值为1.517 m。本艇的完整稳性及破损稳性均满足公约的要求。

图2 完整稳性复原力臂曲线图

图3 破损稳性复原力臂曲线图

4 舱内舒适性设计

4.1 座位布置及撤离

本艇在国内生产的150人救生艇基础上，开展大型多乘员救生艇的开发工作，评估救生艇的长度、宽度、层次、座位布置、空间布置、艇内公共实施的总体布置优化设计，达到节约邮轮甲板空间的目的。本艇设置2层座位的尺度为：座位宽度430 mm、高度350 mm。通过错位设置，座位面板距离顶板最小1 480 mm。人站立的空间高度最小1 800 mm。

人员撤离通过2个门，每门宽度1 500 mm，可以满足4路乘员同时登艇。艇内划分4个区域，通过在座位上的不同颜色的标识来指引撤离路线，满足10 min内全部乘客完成登艇的要求。

4.2 通风设计

因人员基数大，艇内空间有限，呼吸过程中人吸入的气体成份及比例与空气的相同，人呼出的气体成份发生了变化，但氮气仍占78%左右，氧气下降至16%左右，二氧化碳上升至4%左右。人的每次呼吸空气量约500 mL，按每分钟呼吸16次计算，每小时呼出二氧化碳约19.2 L。

文献[9-12]中研究的矩阵左半张量乘法是矩阵研究中新定义的矩阵乘法规则，它克服了普通矩阵乘法对矩阵行列的限制。具有比较强的应用价值的内容是在相应乘法中，关于前一普通矩阵的列和后面普通矩阵的行具有倍数或者因数的左半张量乘法的定义。本节要说明，这种乘法是多边矩阵剖面广义交叉乘法的特殊情况。

本艇内空气体积为144 m3，二氧化碳初始含量为0.04%。假设没有新风的情况下，密闭的空间随着时间的推移的。其二氧化碳含量计算见表3。

表3 艇内二氧化碳(CO2)浓度值及占比率

参考IMO MSC.1/Circ.1212替代设计规范，艇内平均浓度低于9 865.5 mg/m3，计算得到新风量为1 377.6 m3/h，平均每人4.17 m3/h新风量[2]，以上设计应通过试验验证。

考虑该艇兼交通艇用途，设计航速大于15 kn，大大增加了晕船率，故通风设计参考GB/T 17729—1999《长途客车空气质量要求》的标准，二氧化碳(CO2)日平均值小于0.20%。

按照3 946 mg/m3的二氧化碳浓度，需要新风量3 960 m3/h，平均每人12 m3/h新风量，以上设计应通过试验验证。

4.3 噪声控制

艇的噪声主要来源于主机的振动和噪声。考虑到人员的舒适性，舱内噪声控制在85 dB以内。结合之前的经验，可以从以下几个方面进行改善：

(1)主机的振动：安装主机减振器，以减少主机的振动。

(2)安装消声器，以减少主机的排气噪声。

(3) 将主机机舱密闭，并贴有吸音棉，隔音降噪效果明显。

5 释放/回收装置设计

本释放/回收装置主要由吊钩系统、操作控制系统、静水压力释放器组成，主要从安全操作和强度两方面进行设计与评估。

根据IMO.MSC.(89)规范第4.4.7.6(.2)的要求，本系统包含吊钩承载系统及操控系统，设计需从以下几个方面考虑其安全性能：

(1) 在船舶横倾20°、纵倾10°的最恶劣情况下，受到0到100%往复工作负荷时，首尾吊钩能同步打开及复位锁定。

(2) 吊钩在完全锁定情况下，所有操控系统失去功能，吊钩可以承载救生艇的负荷，正常完成艇的降放/回收。

(3) 首尾任何一个吊钩在未完全复位的情况下，所有的操控系统不能复位操作，吊钩无法承载受力，从源头消除船员的误操作。

(4) 静水压力释放器设置了连锁保护装置，可以避免在艇完全浮于水面前被误操作打开。

6 结语

海上人命安全是船舶航行安全的重要组成部分，尤其针对国内大型豪华邮轮国产化装备需求，从总体设计、结构优化、舒适性设计及试验技术新方法等方面展开研究，重点考虑设备配备、强度、浮性、稳性和不沉性等安全要求。

本文对大型救生艇及收放系统的关键技术进行研究，掌握设计、制造及试验的方法，研制出具有自主知识产权、环境适应性强、结构可靠性高的救生装备，对提升我国救生装备的国际市场竞争力具有十分重要的作用。