一种新型海上救助装置的设计与应用

赵树培,张超

（武警海警学院，浙江 宁波 315211）

1 引言

随着长三角海上经济大走廊等国家重大项目的稳步推进以及交通强国、海洋强国战略的实施，海洋开发利用活动日益频繁，经济社会发展对海上救援的需求更加迫切，当前复杂的海上交通运输形势为海上救援工作带来了新的挑战，海上救援在服务经济社会发展方面的重要性日渐突显。海上救援是专业机构或社会救助力量应用海上救援装备对海上遇险人员实施救助的系统性行为，是政府应急管理工作的重要组成部分。据有关数据统计，我国2020 年海上遇险人员11000 多名，其中获救人员数量10000 余名；2021 年海上遇险人员约12000多名，其中获救人员数量约11000 余名；预计2022年海上遇险人员约13000 多名，其中获救人员数量约12000 余名[1]。总的来说，我国海上救援工作还存在着责任落实不到位、法规标准不健全、救助装备不先进等突出问题，还不能完全满足海上救援的需求。

海上的环境情况不同于陆地，由于海上无风也有三尺浪，实施救援的环境相对恶劣，使救助人员开展救援工作更加困难，而且往往越是大风浪的天气，航行的船舶越容易出现险情事故。船舶一旦发生人员落水事故，就需要救援人员争分夺秒地对落水人员实施救助，由于海水温度较低，人体长时间泡在低温水中，会出现低体温症，人体在15 至20℃的海水中最多能存活12h，海水温度越低，生存情况越糟糕。另外，落水时间越长，海上搜救的难度就越大，一般超过4 至5 个小时，成功获救的概率就很低。所以，为更好地开展海上救援工作，这就要求海上救援力量要科学制定救助方案，积极设计开发优化应用救助装备器材，提高海上救援工作效率和成功率。

本文主要研究海上对落水人员进行救助时，落水人员若发生体力不支的状况下很难攀爬上救生艇的危险情况，并基于多年的海上救援工作经验，应用Solidworks软件探索设计了一种新型海上救助装置，可以将落水人员快速地拉上救生艇，供相关专业人士参考。

2 海上救助落水人员的一般方法

海上落水人员的救生，包括寻找、捞救和对伤病员救护治疗。目前一般采用飞机和船舶及其救生艇对落水人员实施救助。飞机是救援落水人员首当其冲的一种快速、有效的工具，尤其是运用直升机执行海上救援任务。

而当发生大批量的人员落水时，一般使用船舶进行救助，当发现有人落水时，发现者要迅速报告，驾驶人员操纵船舶接近落水人员后，立即停船，注意防止螺旋桨伤及落水人员，并按照应急部署表立即行动，抛投救生圈、待落水人员将救生圈系好后，迅速将其拉回甲板，并采取正确的救护溺水人员的方法对落水人员进行急救。如海况允许，可以释放救生艇进行救助，救生艇随时与船舶保持联络，救生艇工作人员分别做好操艇、瞭望、搜救准备等工作。

当落水人员体力较好，落水人员先拉住救生艇舷边下面的救生索，用一只手攀住艇缘，一只脚先登在艇侧水下的扶手栏（防摇材）；然后将另一只手也去攀着艇缘，用一只脚登住救生索，四肢就能登上救生艇。如果艇内有人协助，在不影响安全条件下，可向有落水人一侧压低干舷，艇上人员拉住落水人的手臂或衣服，协助落水人员攀登上救生艇。二是当落水人员负伤或体力不支，主要采用下列步骤将其拉上救生艇内，救生艇内的2 名救助人员将外舷腿的膝部压在工作艇的边缘，必要时可以调整艇上人员分布以降低干舷高度。转动水中落水者使其背对着工作艇，用里舷手抓住落水者的救生衣，用外舷手握住落水者的上臂，两人先将落水者向上提起，然后向下压入水中，借助浮力同时用力将落水者提拉到救生内，注意使其背部首先接触艇底。注意救助人员与被救人必须紧密配合，救助者动作应准确、快速、协调一致，在提拉落水者时一定要在其臀部到达或超过艇舷时，在向艇内带入，不能生拉硬拽，避免造成腰背部受伤，如图1 所示。

图1 落水人员体力不支时的救助

图2 新型海上救生装置滑动组件三视图

3 新型海上救助装置的构思

海上救援人员根据海域、水文、气象和船舶遇难的情况，灵活运用下列原则进行救助，可以提高效率。一是先发现先救，后发现后救[2]，由于在浩瀚的海洋上不易发现落水人员，所以一旦发现应立即救援，不要错过时机，特别对少数或个别漂流零散人员，更应及时救援。二是先救单人，后救集体，因单个漂流的落水人员，多系伤病较重，或受风、浪、涌的影响，精神紧张，体力不支，且不易被发现，危险性大；而集体漂流人员，能互相帮助，支持力较久，容易发现。因此在两者被同时发现时，应先救单人，后救集体。三是先救无救生器材者，后救有救生器材者，无救生器材者支持力小，危险性大，应先救[3]。四是先救浸泡在水中者，后救乘救生艇、筏者，先救伤病员，后救健康者，最后捞死亡者。

在对海上对落水人员进行救助时，需要将落水人员转移到救生艇上，然而救生艇的外缘处表面光滑，同时围挡较高，落水人员不便于攀爬上救生艇，若落水人员的发生体力不支的状况，面对光滑的外缘和较高的围挡，救助人员不便于将落水人员拉上救生艇时，需要研制一种新型救助装置解决此类问题。海上救援设备是船舶在水上救援落水人员或船舶遇难时进入自救或救护他船的专门设备及其附属器件的统称。一般船舶配备的救援设备主要有救生艇、救生筏、救生浮具、救生衣、救生圈等装备器材[4]，鉴于救生小艇及其配套的吊放机械等附属设备，并结合抽拉式登乘梯的工作原理，融入现代化救生装置的设计理念，朝着便于取用、登乘、操作的自动化方向进行深入探索，构思设计了一款新型海上救助装置，主要用于尽快地将落水人员转移至救生艇上。

4 新型海上救生装置的组成和工作原理

新型海上救助的装置主要由两部分组成，包括：救助艇平台、滑动组件及其附属设备。救助艇平台主要是指船舶配备的用于救助遇险人员及集结救生艇，且有良好操纵性和机动性，可以更安全地、更快捷地救助遇险人员和集结海上救生艇。新型海上救生装置使用的救助艇平台主要是指有一定支撑性和结构强度的刚性救助艇和刚性充气混合式救助艇，一般长度应不小于3.8 米，且不大于8.5 米，应至少能乘载5 个坐下的人员和1 个躺下的人员，救助艇应能以航速达到6 海里进行操纵，并保持此航速至少4 小时，其他应符合其适用的要求，并通过主管机关认可[5]。

滑动组件其附属设备主要包括滑轨部件和滑动部件及附属设备，其中，滑轨部件可拆卸安装在救助艇上，滑轨部件包括两个平行设置的滑轨本体，两个滑轨本体之间转动连接有转动轴，转动轴上固定连接有拉绳，滑轨本体上开设有滑槽，滑轨本体的一端固定安装有套环，滑轨本体的另一端固定安装有立柱。滑动部件滑动安装在滑轨部件上，滑动部件包括滑动杆，滑动杆的两端均转动连接有活动轴，活动轴上固定连接有滑块，滑块滑动连接在滑槽内，滑动杆上固定连接有两个平行设置的固定柱，两个所述固定柱之间固定连接有固定杆。

通过上述救助艇平台和滑动组件及其附属设备的相互配合，可以帮助落水人员通过脚踩固定杆，手握滑动杆上的拉环向上攀爬，能够方便保有体力的落水人员攀爬至救助艇上，在落水人员体力不支时，需要救生人员下水将落水人员使用绑带或安全带将落水人员捆绑在滑动部件上，而救助艇上的救生人员通过转动转动轴，转动轴在转动时使拉绳缠绕在转动轴上，进而使拉绳缩短，拉绳带动滑动杆在滑轨本体上滑动，从而将滑动部件上的落水人员拖动至救助艇上达到了方便将落水人员营救到救助艇上的目的，大大提高了救援速度和救援效率。

5 新型海上救生装置的三维建模及技术特点

本文采用SolidWorks 软件进行设计，该软件是一款常用的三维机械设计软件，广泛应用到了机械设计领域，并为实际的设计与装配工作提供了强大的支持。此软件是由SolidWorks 公司独立研发的，功能强大，性能较高，其功能主要包括草图绘制、零件与模具设计、产品装配模拟等功能，除了本身提供的各种功能外，用户还可以通过各种插件来对其功能进行开扩展，对各个设备的装拆过程进行模拟，非常直观、生动、形象，使装配工艺设计人员和装配操作工人可以从不同角度去观察机械设备，清楚地了解它的结构、组成和装配过程。在设计三维虚拟实体模型时，一般需要先设计一个二维模型草图。草图主要包括简单的点、线等元素，用于描述模型的大体构造，二维草图绘制完成后，可以继续进行三维模型的设计过程，此过程中可以直接利用软件中的特征造型功能，依次添加各个实体特征，添加完成后即形成了一个完整的三维的虚拟模型，新型海上救生装置滑动组件三维模型，如图3 所示。

图3 新型海上救生装置滑动组件三维模型

在产品的设计过程中，需要重点分析其特征。各种产品具有不同的特征，特征所指的含义主要是实体的颜色、形状等外观属性，或者是内在的结构以及功能等。课题组采用自底向上三维建模设计方法，自底向上是一种基于装配体的设计方法，此方法应用起来较实用，设计者只要思路明确，设想周到，就可以像在零件图中一样对零件进行编辑，相当于使用一个零件的几何特征来定义另一个零件特征[6]。当在零件之间建立参考关系时，模型将完全关联，对参考零件所做的修改会使其他零件跟着改变，通过零件与装配体草图的关联自底向上地设计整个装配体[7]，这种自底向上边设计边改进的方法，能极大地提高设计效率。

新型海上救生装置的主要技术特点：一是滑动组件的拉绳远离转动轴的一端与滑动杆固定连接，能够通过拉绳带动滑动杆进行移动，转动轴的一端贯穿滑轨本体并固定连接有转动盘，转动盘上固定连接有握把，转动盘能够增大转动转动轴时的力矩，达到了省力的目的，握把能够为转动转动盘提供一个施力点。二是立柱的底端固定连接有防滑块，防滑块的直径大于立柱的直径，通过防滑块的设置，可以避免立柱直接与救生艇接触造成救生艇磨损的状况，同时提高立柱与救生艇接触时的摩擦力，避免立柱发生滑动的状况。三是两个所述滑轨本体之间固定连接有支杆，能够对拉绳的中部进行支撑，方便拉绳滑动。滑动杆上固定连接有两个拉环，拉环可以方便落水人员握住滑动杆，方便落水人员在滑动部件上攀登。四是固定柱的底端插接有伸缩杆，伸缩杆的底端固定连接有脚踏，通过伸缩杆和脚踏的设置，能够方便对滑动部件进行收纳折叠，同时脚踏可以对落水人员的脚部进行支撑。

6 结论与展望

船舶在航行中，人员落水极其危险，即使未被吸入高速旋转的螺旋桨，但由于船舶航行速度快，人员落水后距离船舶越来越远，很容易因海浪掩埋、遮挡落水人员，而消失在救援人员的视野中。而且，在低温的风浪天气里，落水者维持生命的时间也是很短的。在船舶航行中救助落水人员是一项十分紧迫的行动，任何迟疑不决、操纵不当、援救不力，都可能造成严重后果。为此，当发现有人落水时，全体救援人员应行动迅速、密切配合，采取正确的措施实施营救。本文针对海上对落水人员进行救助时，落水人员若发生体力不支的状况下很难攀爬上救生艇的危险情况，探索设计了一种新型海上救助装置，该装置主要由救助艇平台、滑动组件及其附属设备组成，相对于传统的海上攀爬救援设备，该装置结构简单、操纵方便、使用范围广泛，可以将落水人员快速地拉上救生艇，随着我国的海上救助力量日益增大，新型救生救助设备的出现能高效救助落水人员，且它能提高救助船员的工作效率，保障救援工作的成功率，为未来救生装置的设计和开发提供了有益借鉴。