开放水域救援潜水训练安全性研究——基于阿基米德潜水训练池

■ 张光剑 李树庆 杭州市消防救援支队

一、背景

消防救援队伍转隶后，成为我国应急救援的主力军和国家队，承担着防范化解重大安全风险、应对处置各类灾害事故的重要职责，党和人民寄予厚望。在原有防、灭火和以抢救人员生命为主的应急救援任务基础上，水灾、旱灾、台风、地震、泥石流等自然灾害和交通、危化品等事故的救援，都成为了消防救援的主责主业。应急管理部为加强专业队伍建设，加快构建“全灾种、大应急”的救援力量体系，在全国布点组建了27 支地震（地质）、山岳、水域等专业队，在全国31 个消防救援总队均组建了省级抗洪抢险救援队。

水域救援特别是潜水救援专业施救能力、训练设施，是综合救援任务中的短板，改制前几乎是空白[1]。

我国水域事故频发，每年溺水死亡人数五万余人，潜水救援打捞任务繁多。如2015年6月1日晚，客船“东方之星”在长江中游水域发生翻沉，造成442 名人员遇难，只有12 人生还，其中2 人是被潜水员成功救出。2018年10月28日，重庆市22 路公交车坠入江中，15 人遇难，31日公交车被上海打捞局潜水员打捞出水。

潜水是高风险的活动，根据潜水死亡事故统计，88%的事故发生在潜水活动的初期阶段，这表明热身潜水是非常重要的，特别是在长期没有进行潜水时，需要先进行水肺复习。要确保救援潜水作业高效安全，经常性针对性地开展对潜水员训练是非常必要的[2]。我国大部分潜水培训机构都在城市里的泳池进行，对救援潜水实战训练意义有限。在江、湖、海开放水域训练始终存在风险。2020年，安徽六安2 名蓝天救援队员户外潜水训练时遇难；2017年，潘家口水下长城探索项目中有2 名潜水员失踪。每年在我国开放水域潜水活动死亡数十人，而且开放水域潜水员失事失踪，搜索打捞十分困难危险。

杭州市消防救援支队在千岛湖建立了水域救援训练基地，对如何开展救援潜水训练，确保受训潜水员的安全，进行了探索。除了对队员的安全管理、安全教育之外，开放水域的训练设施至关重要。为此，杭州消防救援支队开展研发了开放水域阿基米德升降式救援潜水训练池。

二、研发目的

开放水域阿基米德升降式救援潜水训练池主要用于潜水教学与救援潜水训练，可设置在水质相对较好的开放水域。如浙江千岛湖、广东万绿湖、湖北丹江口水库、重庆三峡水库等，贴近实战水域最好。

三、研发内容

（一）救援潜水训练池，可以同时容纳几十名潜水员培训、复训，训练池净空尺寸不小于长20m、宽20m、水深0—120m 可调节。训练池四周设置安全围网、水下高清摄像机，水下设置安全格栅底板。

开放性：字面上看起来是潜水训练池，但与陆地上的钢筋混凝土封闭结构完全不同，其四周采用透水安全围网、底板采用透水安全格栅，潜水训练池内与池外的水质、水温、水流、能见度是一致的，贴近实战环境。

安全性：四周设置围网，底板设置格栅，受训潜水员无论是有意还是无意的溜出到更广阔的开放水域都无可能。采用升降式底板，可以按照潜水员的级别控制训练深度。假如潜水员训练出现紧急状况，可以快速升起底板出水。

（二）救援潜水训练池四周设置浮力平台（走道甲板），为整体密闭的钢结构（不是用多艘条船或塑料浮箱拼装的），承担整个训练池的静荷载及训练活动荷载，可抗十级风浪，密闭的钢结构至少设有12 个密闭舱，浮力平台的净浮力每平方米不小于300 公斤。四周布置多组系缆桩，四角设置夜间警示灯。舷边安装靠泊防撞橡胶条。浮力平台顶面为甲板走道，宽度不小于2m，表面可铺设金属防滑板或玻璃钢防滑板或防腐木板等。

（三）池底板是研发的主要部件，依据阿基米德定律设计，由多根密闭空心不锈钢管组成的排管结构，排管上面满铺透水格栅，格栅眼小于30mm×30mm，开孔率大于百分之六十。格栅眼小于30mm×30mm 的设计，是基于潜水员携带的潜水电筒、潜水仪表、潜水刀等不被影响。底板为整体刚性结构，除自身载荷外还要能承受每平方米不小于50 公斤的潜水教学训练活动荷载，并保证在水域中升降及拖轮拖运过程中结构安全。阿基米德定律，浸入静止流体中的物体受到一个浮力，其大小等于该物体所排开的流体重量，浮力（科学计算）公式：F浮=G排=m排g=gV排ρ液（V 排表述物体排开液体的体积），以密闭空心钢管为例其全部在水下的浮力[3]（工程计算）计算式：

F浮=G排=V排ρ液=r2πLρ液（r 为钢管半径、L 为钢管长度、ρ液为水的密度=1）。

（四）水下围护结构：网眼小于20mm 的透水的围网，把整个潜水救援训练池围护起来，使之与池外开放水域隔开，确保潜水教学训练安全。可以用金属网、塑料网，渔网。通过实践，尼龙渔网会挂脚蹼不可用，金属网重一点、价格高且在深水池安装较困难，塑料半刚性网重量轻安装维护方便。网眼小于20mm 的设计，是基于潜水员携带的潜水电筒、潜水仪表、潜水刀[4]等不被影响。

（五）底板升降装置：用于提升或降低潜水池底板高度并承担池底板的静荷载及训练活动荷载。在浮力平台两侧对称的布置若干组升降装置，升降装置分为电动和手动两类，电动的有电动葫芦卷扬机、液压升降机、电动螺杆升降机等；手动升降装置常用手动绞盘。水上比岸上多有不便，选用原则为简单实用维护方便。还要考虑风浪晃荡影响，底板升降装置不能用硬连接。深度10m 以内，几种升降方式都可选用；深度超过10m 最好选用钢丝绳卷扬机。常用304 不锈钢丝绳与下端底板相连接，升降幅度为0—120m，可以在0—120m 范围内任何位置停留。为了整个底板均衡升降，多个升降装置必须为集中控制同步上升或下降。安装了电动升降装置的，手动升降装置也必不可少，当停电或故障，手动装置就发挥更大的作用。

（六）底板深度观测。潜水员有18m、30m、40m、60m、120m、300m 多种级别，当进行某一种级别深度的训练，岸上教官随时掌握潜水池底板的深度，控制潜水员不超过所持证的深度。底板深度观测有水深标尺和电子集中数显深度仪表，最好是标尺和电子集中数显都具备，并将水深标尺及电子探头安装在潜水池的四个角上。

（七）安全设施[5]：潜水训练池锚固位置应尽量避开航道，选择风浪小且安静的港湾里面。无论选择在哪里安放，都要做好安全防护。一是在四个角上设置夜间警示灯；二是池外边设置防撞护舷；三是在潜水池四周50m 外设置警戒浮带，不能让任何其他船舶驶入。

四、研发成果

2020年4月向国家知识产权局申报专利，专家组审核通过，11月份获得授权，12月份第一个阿基米德升降式救援潜水训练池建造成功，投入杭州消防救援支队千岛湖水域训练基地使用，效果良好，填补了我国该领域空白。经济效益以25m×25m×30m 为例，如果采用牛顿力学设计制造的升降式救援潜水训练池造价大约500 万元，用阿基米德原理设计制造的升降式救援潜水训练池造价只需要约100 万元，经济效益显而易见，必将为推动水域救援训练作出贡献。