船用下水氣囊在航海領域中的新應用

江福才　王晨　汪德峰　王中強　張帆　馬全黨

摘 要：氣囊裝置是我國首創的船舶下水載具，但其在海事領域的應用幾乎處于空白狀態。通過分析和探討氣囊裝置在輔助船舶航行和海難事故救助方面的應用和挑戰，以期為船舶航行和海事救助中有關問題的解決提供思路和建議，節省所需人力物力，減少財產損失和人命傷亡。

關鍵詞：氣囊裝置；船舶航行；海難救助

中圖分類號：U665 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）04-0033-02

氣囊是一種在柔性的橡膠膠囊中充入壓縮空氣或水介質，利用空氣的可壓縮性和水的流動性來實現彈性作用的一種裝置。氣囊裝置在航海領域的應用主要為輔助船舶下水，是我國首創的一種船舶下水載具。

我國的專家學者及企業在氣囊上下水工藝方面進行了多年的研究，豐富并完善了相關技術和理論，提出并制定了船用下水氣囊的行業標準。如朱珉虎介紹了氣囊作為船舶下水載具的構造標準和力學性能，包括氣囊的尺度、囊壁的構造和受壓性能的計算公式等；孫菊香對船舶氣囊下水技術的發展歷程和安全問題進行了介紹和探討；劉志毅利用有限元數值方法，分析了船舶下水過程中氣囊裝置各有關因素對其力學性能的影響，并通過建模得出了氣囊各組成部分應力分布及氣囊剛度和內壓與工作高度的關系；聶曉玲對船舶下水時氣囊裝置的布置方案進行了設計和優化等。

目前氣囊裝置在船舶下水工藝方面的理論與技術應用已日趨成熟，但對其在船舶航行和海事救助等方面的研究幾乎處于空白狀態。本文主要對氣囊裝置在海事領域的應用進行分析和探討，為輔助船舶航行和海難事故救助提供新的思路與建議。

1 氣囊裝置簡介

船用下水氣囊由以橡膠為主體的復合材料構成，囊壁主要承受外界壓力，分為橡膠密封層、簾線加強線和外層橡膠三部分。橡膠密封層用于密封內部的壓縮空氣，維持氣囊壓力；簾線加強線主要用于承擔氣囊的內部壓力，所需的簾線材料和增強層數量視氣囊受壓強度而定；外層橡膠由抗老化和抗磨損的材料組成，以保護內部結構不受外界環境損傷。

氣囊一般中間為圓筒狀，兩邊為圓錐狀，端部由錐形鐵件將囊壁的三層結構聯結在一起，以保證氣囊的氣密性和結構強度。兩端的錐形鐵件具有不同的構件，一端為鐵環，用于固定和拖曳氣囊；一端為壓力表和閥門等，用于指示氣囊充氣。

2 氣囊裝置在船舶航行中的應用

船舶在大風浪中航行，尤其是大型郵輪和滾裝船，一旦失事，造成的經濟損失和社會影響不可估量。大型郵輪和滾裝船具有高大的上層建筑，船體受風面積較大，會增加風壓傾側力矩；且由于船舶攜帶有大量人員或車輛，很難控制船舶的穩性高度，使其穩性相對于一般貨船較差，在航行過程中有很大局限性。

而當船舶在大風浪中航行，劇烈的縱搖和垂蕩會產生波浪拍底現象，損害船體結構；橫搖會減小船舶穩性，使船上的人員無法正常工作。大風浪會導致船舶操縱困難，保向性和回轉性均會變差。

為了減少大風浪中的劇烈搖晃，一些船舶通過加裝可收放減搖鰭來輔助航行，但是加裝減搖鰭不僅費用高昂，而且會對船體結構造成不可逆的改變，影響船舶航行性能。氣囊裝置攜帶方便，成本低廉，不僅能起到減搖鰭的作用，還能為船舶提供浮力，從而增加船舶穩性，輔助船舶航行。

船舶在淺水中航行會產生淺水效應，阻力增加，造成船體下沉，興波加劇，小型船舶甚至會因此側翻傾覆。有些深吃水船舶在滿載狀態下吃水受限且無法乘潮時，可以考慮用氣囊裝置使船舶上浮，通過水深不夠的航道。

在長江下游江蘇段，有許多上下水的沙船和駁船干舷很低，若江面上稍有風浪，船舶就會有沉沒的危險。氣囊裝置可為駁船提供儲備浮力，在航行環境較為惡劣時釋放下水，增加船舶浮力和穩性，降低事故風險。

3 氣囊裝置在海事救助中的應用

3.1 船舶擱淺或破艙

船舶擱淺是指船舶擱置在礙航物上無法航行，是船舶航行、錨泊、靠港之外的一種狀態，礙航物包括礁石、淺灘、沉船等有礙船舶航行的水下物體。

船舶擱淺后無法自力離淺，可在其周圍安放氣囊，給氣囊充氣提供浮力，減少船舶吃水，使其在氣囊裝置的協助下脫離擱置部位；當船舶擱置在淺灘或礁石上時，船用氣囊裝置可以為船舶提供浮力和支撐，防止船舶傾斜對船體造成二次損傷，協助船舶離淺。

同時，在海上或港口水域，若兩船相撞或因其他原因造成船舶破損進水，無法保持穩性和正浮時，氣囊裝置可有效彌補船舶破艙所損失的浮力，使船舶在外力援助較少的情況下，盡可能快速地自救離開事故水域，避免造成水域交通擁堵。

3.2 沉船打撈及拖航

浮筒打撈法是打撈大型沉船的常用做法，一般浮筒為鋼制浮筒，鋼制浮筒雖然起浮力大，但體積和自重也比較大，攜帶不便。在沉船打撈過程中，受水下特殊環境影響，船舶與浮筒的系綁連接會耗費大量的人力和時間。如果沉船傾覆嚴重，在扶正前，鋼制浮筒很難系綁于沉船傾斜一側。

除鋼制浮筒外，還有軟式浮筒，軟式浮筒可卷成圓筒狀儲運或下潛，自重較小，運輸方便，但軟式浮筒起浮力較小，無法滿足大型沉船打撈的要求。我國在大型氣囊制造和應用方面的理論技術都已日趨成熟，可用氣囊裝置代替軟式浮筒，發揮其在沉船打撈方面的作用。

在沉船打撈過程中，氣囊可系放于沉船兩側，外罩棕繩或尼龍繩網罩，罩下連接鋼纜圈，纜圈再連接船底千斤，然后充氣上浮；此外，氣囊還可在充氣前放置于內部艙室，根據需要給氣囊充氣，矯正船舶浮態，將沉船扶正，再通過鋼制浮筒或其他方式進行沉船打撈。

大型沉船打撈在浮力和穩性控制方面具有更高的要求，控制沉船上浮速度和姿態尤為重要。有的氣囊裝置在端部鐵件處裝有壓力遙測儀表，可檢測氣囊內部壓力和外部水壓，為保證沉船安全上浮提供了思路。

當沉船被打撈出水面，由拖輪拖帶駛離事故水域時，可在事故船舶兩側系放氣囊裝置增加船舶浮力，并根據穩性損失情況調整船舶浮態，減輕事故處理所需的人力物力。

4 氣囊裝置在海事領域的優勢及挑戰

氣囊裝置應用于輔助船舶航行和海難事故救助方面，具有很多獨特優勢。

（1）氣囊裝置是我國首創的船舶下水載具，我國的學者和專家對于氣囊裝置的制造和應用進行了多年的研究，在新建船舶下水工藝的理論技術，可成功移植到輔助船舶航行和沉船打撈等方面。

（2）氣囊裝置安裝在商船或工程船上，可增加其在大風浪中航行的穩性，減小航行風險，為乘客和船員提供更舒適的航行環境。

（3）氣囊裝置可增加深吃水船舶的浮力，減小其吃水，使其安全通過吃水受限的航道。對于擱淺和破艙進水的船舶，氣囊裝置可提供儲備浮力，維持船舶穩定，使船舶自力脫險，節省所需的人力物力。

（4）在沉船打撈方面，氣囊裝置可有效彌補鋼制浮筒和軟式浮筒的缺陷，作為鋼制浮筒的替代品或輔助用于沉船浮態的矯正；同時，氣囊裝置為控制沉船上浮速度，保證船舶上浮安全提供了解決思路。

氣囊裝置在海事領域的應用同樣面臨著諸多問題。其中之一便是加裝氣囊裝置會對船舶的航行性能和操縱性能產生影響，氣囊裝置產生的阻力會導致興波加劇并會影響船舶正常航行，需要對氣囊的形狀和安裝方式進行思考；氣囊裝置下水后船舶寬度增加，會阻礙其他船舶正常航行，會對船舶間的會遇和追越帶來新的挑戰；另外，在沉船打撈過程中，如何控制氣囊裝置的充放氣速度以保持沉船上浮姿態，使其安全上浮也是一個需要深入研究和探討的問題。

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