国产大型救生艇及吊艇架在邮轮上的适用性分析

朱艳,黄昊,于洋,刘晓琼

(中船邮轮科技发展有限公司,上海 200137)

救生艇是针对具体艘邮轮量身打造,即便是同容量的救生艇,其设计会根据不同邮轮的布置特点、风险点的不同而有区别。 现阶段,国内已有厂家在着手300多人超大型救生艇[1]的研发设计,已送审CCS,即将进入替代设计的定性初步分析(风险识别&评估)阶段。为此,考虑立足于豪华邮轮配置需求,结合国产大型救生艇及吊艇架的设计特点,以某豪华邮轮为例,重点分析国产救生艇及吊艇架在豪华邮轮上的适用性。

1 国产救生艇和吊艇架

1.1 国产救生艇

豪华邮轮乘员众多,舷侧空间宝贵,为了尽量减少占用舷侧空间,救生艇数量应尽可能少,这就要求在限制艇长的基础上,尽量增加救生艇容量。而采用超150人的超大型救生艇,设备本身突破LSA规则限制,根据SOLAS规范要求,必须采用等效替代设计和风险评估,且不是单纯对设备进行试验验证,而是针对替代设计中可能存在的高风险,采用评估程序对设备进行危险识别,因而在设计之初应考虑足够安全冗余,还要结合邮轮撤离人数、集合站、登乘站、撤离通道等,对弃船撤离过程进行危险识别,从而进行综合评估。同时,根据航线规划,邮轮由于吃水限制无法停靠到某些港口,部分救生艇需要兼做交通艇用于将乘客运载往返于邮轮与港口之间,而交通艇对航速、通风、舒适度要求高,航速一般为10～15 kn,通常还需要根据ADA指南,预留2个轮椅空间,因此,豪华邮轮配套使用的救生艇,设计难度大。

目前,国内已有厂家在为招商豪华邮轮实船配套进行235人超大型救生艇(可兼用交通艇)的研发设计,且即将进入取证和检验验证阶段,也在和国内邮轮设计公司合作着手300多人超大型救生艇的研发设计,已送审CCS,即将进行替代设计和风险评估,这就为国产救生艇在邮轮上的配套应用提供了技术支撑。

1.2 国产吊艇架

吊艇架是收放救生艇的专用设备,能将满载乘员及其属具的救生艇在船舶纵倾10°和向任何一舷横倾至20°,以及在船舶失去动力的不利情况下,安全降放至水面。国内大型吊艇架主要包括:重力倒臂式、重力滑轨式、重力连杆式、液压重力式、吊臂伸缩式、自由降落式、平台式吊艇架等。其中,自由降落式吊艇架需要配置全部封闭救生艇,容量较小,通常不超过100人,对于邮轮艉部有限的横向空间及庞大的乘员容量配置需求是不切实际的,而平台式吊艇架则主要用于海工平台上,不做赘述。

豪华邮轮船长200～300多m,船宽30～60 m不等,甲板多达十几层,通常在中间设置2～3层甲板作为娱乐功能区,配置主餐厅、卖场、中庭、剧场等舱室,层高超过3 m,其中2层多作为救生甲板使用,总层高不超过7米,其上为客舱甲板。为减少舷侧空间占用,救生艇通过增加艇宽来缩短艇长。以容量314人的国产救生艇为例,救生艇采用双层设计,艇长约12.5 m、高约5 m、宽约6 m(参数来自设备厂家)。因此,针对吊艇架进行适用性分析,除了满足规范要求外,主要着眼于艇架的外形尺寸、使用性能、美观度、造价等因素。

1.2.1 重力式吊艇架适用性

重力倒臂式、重力滑轨式、重力连杆式吊艇架(见图1)都是依靠救生艇自身重力作用,无须动力驱动即可将艇倒出舷外,降放至水面。优点是艇下面可供人员行走,减少救生艇对甲板的占用,制造工艺简单,造价低廉。但是,3种吊艇架都有短板。

图1 吊艇架

1)造型不够美观、平稳性欠缺。由于起升能力要求高,起艇机布置在甲板上,起艇机和绞索暴露在外,影响视觉效果,而采用机械传动,惯性大,平稳性不够好[2]。

2)吊艇架占用横向空间。两舷仅救生艇将占用近12 m的船宽,艇架本体宽度约1～2 m,不仅降低横向空间利用率,还压缩功能舱室和通道布置空间。

3)艇架偏高,艇的存放高度高,相应地提高了豪华邮轮的重心高度,而艇架高度是制约其在豪华邮轮上应用的关键。

首先,重力倒臂式吊艇架[3]是单支点吊艇架,救生艇堆放在舷内,吊臂长度应从舷侧内的支点处进行计算(见图1a)),则多增加一个艇宽的臂长,为确保横、纵倾不良情况下正常降放,救生艇距舷侧应留出1.2～1.4 m的安全冗余,上半段吊臂导出时几乎平行于甲板,相对减少因倾斜而损失的臂长值,再加上支点底座和顶部滑车高度,吊艇架高度达到11.5 m以上。

其次,重力滑轨式吊艇架的吊臂前后有两个支点,放艇时沿滑轨滑动至舷边,导出时吊臂支点即在舷边(见图1b)),相对减小臂长计算值,而滑轨式吊艇架也被称作跨甲板吊艇架,因此,吊艇架高度应考虑救生艇本体高度、吊臂顶部滑车直径、艇底部至滑轨安全间隙以及下层甲板层高,吊艇架高度也会超过9 m。

再者,重力连杆式吊艇架是单支点吊艇架,吊臂呈L形,顶部横向臂和竖向臂堆放时呈90°,可降低艇架高度,释放时呈钝角(见图1c)),可增加有效臂长,横向臂释放时可增加约0.4个艇宽的臂长,但竖向臂导出时因倾斜会损失大量有效臂长,因而艇架高度也达到9.5 m以上。同时,艇架可靠舷侧安装将救生艇一半悬出舷外,高度可降至6.5 m左右,还能减少空间占用,但是,救生艇悬垂,增加上浪对救生艇造成损坏甚至脱落的风险,在送审阶段,需要进行耐波性分析,尤其是上浪撞击工程分析,还要增加额外的稳固设施,设计难度大,送审周期长。

1.2.2 液压重力式吊艇架适用性

液压重力式吊艇架常用的有镰刀型和L型吊艇架,均采用液压和重力相结合来实现放艇,失电情况下,可通过蓄能器确保顺利放艇。虽然造价翻倍,但采用液压传动,惯性小,操作更加平稳可靠。

镰刀型吊艇架布置紧凑,救生艇堆放在舷内,吊臂导出时支点位于舷边(见图2),艇架高度可控制在7 m以内,救生艇堆放高度也相应降低。但是,艇架的吊臂会占用横向空间,吊臂宽度近1 m,救生艇宽度近6 m,而蓄能器等占用的空间约0.6 m,每舷仅设备需预留高达7.5 m左右的船宽空间,再加上通道、栏杆、舱壁防浪扶手等宽度,则每舷需要预留9 m以上横向空间,导致功能舱室的有效使用空间被大大压缩。

图2 镰刀型液压重力式吊艇架

L型液压重力式吊艇架(研发设计和取证阶段)造型简洁,堆放角度可灵活设置。首先,艇架靠舷边堆放将救生艇一半悬出舷外,可降低艇架高度和减少空间占用。其次,艇架底部支点紧靠舷边堆放,通过把吊臂向船舯倾斜与甲板成夹角,可确保救生艇堆放在舷内防止上浪撞击,还可降低艇架高度,导出时增加吊臂有效长度。因此,艇架高度可控制在6.6 m左右。但是,L型吊艇架尽管不占用横向空间,但会额外占用2.5 m左右的舷长空间(见图3)。

图3 L型液压重力式吊艇架

1.2.3 吊臂伸缩式吊艇架适用性

吊臂伸缩式吊艇架采用液压和重力相结合来实现放艇,操作稳定可靠。吊臂可伸缩,既不增加空间占用,还满足救生艇导出的臂长长度,且艇架安装在甲板顶部,艇架本体仅占用1 m多的垂向空间,加上救生艇本体高度,高度可限制在6.5 m以内,绞车和钢索集成在艇架上,无需占用下层甲板空间,造型美观,占用空间最小。

当然,艇架造价高昂,是重力倒臂式艇架价格3倍以上,且艇架对甲板结构和救生艇的堆放位置要求严苛:为了确保吊臂拥有足够行程在横、纵倾不利海况下能把救生艇导出舷外[4],顶部安装甲板舷边应尽可能与邮轮最大船宽外板轮廓线齐平,且吊臂收缩时的臂长应与救生艇宽度方向的轮廓线一致,即救生艇堆放位置应在吊臂长度范围内(见图4)。

图4 吊臂伸缩式吊艇架

综合以上分析结果,各类型吊艇架占用空间见表1,因此,仅从高度限制来考虑,后三者液压辅助的吊艇架更加适用于豪华邮轮配置需求。

2 救生艇及吊艇架的配置布置分析

以哥斯达大西洋号豪华邮轮为例,船长292.5 m,型宽32.2 m,15层甲板,设计吃水7.8 m,定员3 600人,其中乘客2 680人,船员920人。目标邮轮原船每舷配置9艘容量为150人的救生艇,且采用重力滑轨式吊艇架,根据国产救生艇及吊艇架的适用性分析结果,对目标邮轮进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

根据SOLAS规范第III章要求,目标邮轮每舷至少需要配置乘员总数50%容量的救生艇,其中12.5%的容量由救生筏替代,因而目标邮轮救生艇的最低配置(见表2)。

表2 救生艇的最低配置表 人数

然而,大型豪华邮轮上的乘员多为包括老人、妇女、儿童、残障人士在内的未经受专业训练的乘客,考虑便利性和舒适性,救生艇的配置容量通常能搭载船上全部乘客。同时,每艘救生艇在弃船撤离时,需要分配约6名操艇员,且这些船员也需要搭载救生艇,因此,救生艇的总容量应包括乘客和救生艇指定船员。

目标邮轮3、4甲板是救生艇堆放甲板,其中3甲板作为登乘甲板,配置有剧院、大卖场、中庭等功能区,这些功能区多用作集合站,4甲板及以上为客舱甲板,舷侧空间宝贵,救生艇数量应尽可能少,容量应尽可能大,占用空间尽可能小。那么,根据登乘甲板功能区域即集合站的分布特点、救生区域纵向跨度等进行综合考虑,如果每舷配置4艘艇,则登乘站过于集中容易造成拥堵,因此,每舷布置5艘救生艇最为经济适用,则每舷经由救生艇撤离的人数至少1 370 人(1 340乘客+30船员)。目标邮轮救生艇实际配置见表3。

表3 救生艇的实际配置 人数

基于航线规划,目标邮轮由于吃水限制无法停靠到某些港口,需要在邮轮与港口之间使用交通艇进行转运和接驳,因而每舷需要配置2艘救生艇兼做交通艇使用(数量根据船东要求,考虑转运效率和成本),而相同容量的救生艇与兼做交通艇的救生艇外形尺寸相差甚大,不仅外观上不够协调,对于空间规划尤其是船宽方向难度更大。因此,基于厂家方案参数,目标邮轮每舷布置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(这样,总容量>2 740人)。其中,314人救生艇最大承载能力为330 人,可根据邮轮乘员需求调整。同时,240 人救生艇可兼做交通艇,参照国际豪华邮轮配置惯例,兼做交通艇时定员取救生艇总容量的80%,即为190 人。

2.2 吊艇架的配置

豪华邮轮普遍在中间预留2层甲板作为救生甲板,且这些甲板多规划为功能区,其层高通常超过3 m,更加适合布置救生设备,以减少对客舱的遮挡。

目标邮轮船长292.5 m、型宽32.2 m,救生艇堆放区域上建采用内缩结构,即从3甲板往上,上建区域乃至顶部阳光甲板都采用内缩结构。目标邮轮3、4甲板是救生艇存放甲板,3甲板为登乘甲板,布置有功能区,层高3.7 m;4甲板及以上为客舱甲板,层高2.75 m,救生艇堆放区域为设备及通道预留的空间为6.6 m船宽。

以排除法进行适用性分析。

1)内缩结构,决定了吊臂伸缩式吊艇架不适用,即便外形美观、占用空间最小。

2)对于重力倒臂式、重力滑轨式和重力连杆式吊艇架来说,即使内缩结构对艇架没有高度限制,但3种艇架高度都超过9 m,甚至达到11.5 m(见表1),会完全遮挡第4、5层甚至第6层客房的观赏视线,多牺牲一到两层客房景观,严重影响邮轮的经济效益。而连杆式可将救生艇悬在舷外以降低艇架高度,但增加上浪风险、设计难度,是退而求其次的选择。

3)镰刀型和L型液压重力式吊艇架艇架高度偏低,都可控制在7 m以内。并且,邮轮上阳台房客舱窗户净开孔尺寸为长1.1 m×高1.3 m,窗户下缘距甲板约0.7 m,救生艇及吊艇架的存放仅遮挡第3、4层救生艇堆放甲板(层高6.45 m),对第5层客舱甲板毫无妨碍。但是,镰刀型吊艇架会额外占用横向空间,与240人/314人相匹配的吊艇架、救生艇需要占用7.5 m多的船宽,留出通道、栏杆、防浪扶手宽度后,如果不压缩功能舱室宽度,则每舷需要局部加宽甲板2.5 m以上。L型吊艇架船宽方向只需预留救生艇及蓄能器占用的空间,即6.3 m左右,因而甲板只需局部加宽1.5 m左右,当然这种吊艇架会额外占用2.5 m左右的舷长空间。

综上所述,根据目标邮轮救生甲板空间规划,船宽32.2 m,空间有限,而船长方向布置有冗余,且考虑到预留的救生甲板层高6.45 m。因此,L型液压重力式吊艇架最适用于目标邮轮的空间规划,因为不需要把救生艇悬出舷外,能降低艇架高度至6.6 m左右,且不会对更上一层客舱造成遮挡。

2.3 救生艇及吊艇架的布置分析

根据以上对于设备选型配置分析结果,对救生甲板的布置规划、功能区域分布特征,以及集合站、登乘站的位置等进行综合考量分析。

1)目标邮轮的救生甲板分为两层即3、4甲板,L型液压重力式吊艇架安装在3甲板上,相较于4甲板都是客房,3甲板主要设置功能区域,从艉至艏部,分布有主餐厅、会议中心、中庭、大卖场、休闲区和大剧场,便于集合和登乘,因而救生艇采用舷侧登乘。

2)目标邮轮船舯中庭区域仅内缩3.6 m,无法提供足够横向空间,因而中庭向艏靠近大剧院、休闲区、购物区的舷侧平直区域布置3艘救生艇,其中2艘兼用交通艇。而中庭向艉靠近餐厅、会议中心布置2艘救生艇,这些功能区通常作为集合站使用,因而救生艇及吊艇架就近布置,不仅可确保集合站尽可能靠近登乘站布置,从而有助于缩短撤离时间,还能确保足够宽敞的空间满足规范对于集合站0.35 m2/人的要求。

3)L型液压重力式吊艇架靠舷侧安装,吊臂倾斜与甲板成夹角,既确保救生艇存放在舷内有遮蔽,尽可能降低艇架高度,又能在邮轮横纵倾时确保臂长足够导出救生艇。并且,甲板需要局部加宽约1.5 m,每艘救生艇艉部需要配置1.2 m左右宽的平台用于检修或操作台堆放。而救生艇堆放高度超过15 m,需要进行风险评估。

综上所述,根据以上设备选型配置和布置分析结果,目标邮轮每舷配置5套救生艇和吊艇架,314人和240人的救生艇及吊艇架分别占用舷长约15 m、16 m,那么,加上维修平台将占用84 m左右的舷长空间,而原船配置9艘150人救生艇,不仅占用近100 m的舷长空间,采用的重力滑轨式吊艇架艇架过高,大面积遮挡了5甲板客舱的观赏空间。因此,两者相比较,前者足足节约了16 m的舷长空间,且还不会额外牺牲5甲板客舱视线范围。

3 结论

与超大型救生艇配套的几种国产吊艇架,无论从外形尺寸、稳定性、美观度还是经济性来说,纯靠重力释放救生艇的重力倒臂式、重力滑轨式和重力连杆式吊艇架是不适用于邮轮配置的,因为艇架高度过高是限制其在邮轮上应用的致命缺点。而液压重力式吊艇架适用于不同的邮轮结构形式或救生甲板空间,其中,镰刀型液压重力式和L型液压重力式吊艇架不限于邮轮结构形式,前者适用于救生甲板横向(船宽)空间较为充裕,船长空间较为紧张的邮轮,而后者由于不占用横向空间,但会占用船长空间。吊臂伸缩式吊艇架是最为简洁美观、最节省空间的类型,只要船体结构不是内缩结构,安装甲板舷边与邮轮最大船宽外板轮廓线尽可能齐平,都是适用的,当然价格较为昂贵。