黃 維 于 洋

（中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011）

引 言

當(dāng)今國(guó)際社會(huì)，人口增加和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成全球資源嚴(yán)重短缺，南極作為人類最后一片凈土，其特殊的地理位置和環(huán)境資源價(jià)值吸引了世界各國(guó)普遍關(guān)注，圍繞極地領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，權(quán)益爭(zhēng)端不斷加劇。世界主要的國(guó)家（如美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)等）都把極地區(qū)域視為影響未來(lái)地緣政治和世界經(jīng)貿(mào)的重要因素，擴(kuò)大在南極大陸和極地海域的實(shí)質(zhì)性存在，建造新一代的極地科考破冰船，加強(qiáng)南極大陸架勘測(cè)、海洋資源調(diào)查和環(huán)境調(diào)查研究的能力，是其爭(zhēng)奪未來(lái)各項(xiàng)重大權(quán)益的不二選擇，我國(guó)作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體沒(méi)有理由在新一輪的極地勢(shì)力范圍劃分中無(wú)所動(dòng)作。

面對(duì)國(guó)際南北極潛在利益爭(zhēng)奪升溫的態(tài)勢(shì)，我國(guó)除在政策、條法、科研等領(lǐng)域加強(qiáng)對(duì)極地的深度研究之外，非常有必要進(jìn)一步加強(qiáng)我國(guó)的極地考察平臺(tái)建設(shè)，全面提升目前主要依賴于站基的南北極考察能力，努力建設(shè)一支周年性活動(dòng)于極地區(qū)域的極地破冰船隊(duì)，有效拓展極地考察的空間地理范圍和考察時(shí)間尺度。

2019年之前，我國(guó)僅有“雪龍”號(hào)一艘從事極地考察任務(wù)的破冰船。該船由烏克蘭赫爾松船廠于1993年3月建造完成，我國(guó)在同年購(gòu)入后，對(duì)其進(jìn)行多次改裝，并且更新通信導(dǎo)航設(shè)備，提高船舶自動(dòng)化程度，改造生活設(shè)施，增加實(shí)驗(yàn)室和科學(xué)調(diào)查設(shè)備?！把垺碧?hào)自1994年開(kāi)始，一直執(zhí)行極地科學(xué)考察與補(bǔ)給運(yùn)輸任務(wù)。隨著南北極考察任務(wù)的增加，“雪龍”號(hào)長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷使用，同時(shí)由于破冰能力不足（破冰厚度為1 m）以及部分設(shè)施、設(shè)備老舊落后，已無(wú)力兼顧考察站的支持以及海洋考察工作，無(wú)法滿足自身獨(dú)立運(yùn)行承擔(dān)任務(wù)的要求。因此，急需建造一艘新的極地考察破冰船，“雪龍2”號(hào)正是在這一形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生。

1 “雪龍2”號(hào)簡(jiǎn)介

“雪龍2”號(hào)是我國(guó)第一艘自主建造的極地科考破冰船，本船采用“與國(guó)外聯(lián)合設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)建造”的原則，從2008年12月上報(bào)項(xiàng)目建議書，至2019年7月順利交付，項(xiàng)目建設(shè)歷時(shí)11年。

“雪龍2”號(hào)船長(zhǎng)122.5 m、型寬22.32 m、設(shè)計(jì)吃水7.85 m、設(shè)計(jì)排水量13 000噸級(jí)、航速12～15 kn、續(xù)航力 20 000 n mile（37 040 km），自持力60天，采用2 臺(tái)7.5 MW破冰型吊艙推進(jìn)器，是全球第一艘采用船首與船尾雙向破冰技術(shù)的極地科考破冰船，并可實(shí)現(xiàn)極區(qū)原地360°自由轉(zhuǎn)動(dòng)，填補(bǔ)了我國(guó)在極地科考重大裝備領(lǐng)域的空白。借助更強(qiáng)的破冰能力，“雪龍2”號(hào)能夠比“雪龍”號(hào)更早進(jìn)入、更晚離開(kāi)極地區(qū)域，對(duì)于科研人員而言，能夠延長(zhǎng)科考作業(yè)的時(shí)間窗口，擴(kuò)大科考作業(yè)的范圍，實(shí)乃彌足珍貴?！把?”號(hào)與“雪龍”號(hào)在功能上實(shí)現(xiàn)了互補(bǔ)，在兼顧站區(qū)物資運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)，更側(cè)重于科學(xué)考察任務(wù)，船上裝備了大量先進(jìn)的科考調(diào)查設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)大氣、水體、海冰和海底等多目標(biāo)對(duì)象的調(diào)查分析，為極地科學(xué)考察提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。圖1為試航中的“雪龍2”號(hào)。

圖 1 試航中的“雪龍2”號(hào)

2 “雪龍2”號(hào)舾裝設(shè)計(jì)概述

2.1 設(shè)計(jì)范圍

“雪龍2”號(hào)兼具運(yùn)輸船、破冰船和科考船的特點(diǎn)，其舾裝設(shè)計(jì)（這里所說(shuō)的舾裝指的是外舾裝）的范圍除常規(guī)舾裝設(shè)備外，還涵蓋了科考作業(yè)支撐系統(tǒng)和部分船載探測(cè)設(shè)備；此外，室外設(shè)備需兼顧防寒設(shè)計(jì)的要求，因此在設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)工作量上都較單一船型大大增加。

2.2 設(shè)計(jì)原則

“雪龍2”號(hào)的舾裝設(shè)計(jì)以滿足科考作業(yè)需求和極地運(yùn)輸任務(wù)為基礎(chǔ)，遵循以下設(shè)計(jì)原則：

（1）考慮到本船承載著國(guó)家極地考察事業(yè)的重任，同時(shí)肩負(fù)國(guó)家對(duì)外展示的窗口和形象，因此設(shè)計(jì)應(yīng)注重外形美觀大方、布局合理緊湊、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔輕巧的要求；

（2）考慮到南北極的氣候條件，室外設(shè)備應(yīng)具有低溫環(huán)境適用性；

（3）考慮到極區(qū)航行缺少靠岸保障條件，設(shè)備應(yīng)具有使用可靠性和易于維護(hù)性；

（4）考慮到考察任務(wù)周期較長(zhǎng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中應(yīng)充分體現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)，在保證功能使用的同時(shí)，兼顧操作習(xí)慣、環(huán)境舒適、健康安全等因素；

（5）考慮到船上設(shè)備數(shù)量眾多，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到相關(guān)設(shè)備間使用的協(xié)調(diào)性。

2.3 配置特點(diǎn)

“雪龍2”號(hào)的舾裝設(shè)備包括常規(guī)舾裝設(shè)備、科考作業(yè)支撐系統(tǒng)和部分船載探測(cè)設(shè)備，其中常規(guī)舾裝設(shè)備主要包含組合式錨機(jī)、系泊絞盤、艏側(cè)推、甲板吊機(jī)、電梯及升降機(jī)、救生/救助艇及艇架、救生筏及筏吊、外加電流陰極保護(hù)裝置等?！把?”號(hào)的配置要求基本與普通科考船相同，主要差別是增加了對(duì)室外設(shè)備的防寒設(shè)計(jì)要求，同時(shí)考慮到該船需承擔(dān)考察站物資運(yùn)輸任務(wù)，因此在艏部增加了貨艙系統(tǒng)，在上層建筑后部設(shè)置了直升機(jī)起降平臺(tái)和機(jī)庫(kù)?？瓶甲鳂I(yè)支撐系統(tǒng)除配置各種科考絞車、A型架、π型架、柱狀取樣收放裝置外，新增具有極地科考船特點(diǎn)的月池系統(tǒng)，使該船在極地冰區(qū)海域仍能安全進(jìn)行水下科考作業(yè)。此外，該船溫監(jiān)深剖面探測(cè)系統(tǒng)（Conductivity-Temperature-Depth，簡(jiǎn)稱CTD）/行車綜合吊在常用CTD吊型式的基礎(chǔ)上，組合了月池車間行車吊的需求，兼具平移、旋轉(zhuǎn)和俯仰等功能。上述月池系統(tǒng)和CTD/行車綜合吊都屬首次在國(guó)內(nèi)科考船上應(yīng)用。船載探測(cè)設(shè)備的配置延續(xù)綜合科考船的特點(diǎn)（包括各種大氣、水體、海底和深海探測(cè)設(shè)備），同時(shí)為滿足極區(qū)科考的要求，增加海冰探測(cè)、積雪探測(cè)以及海/冰/氣界面湍流通量觀測(cè)等設(shè)備?？傊把?”號(hào)的舾裝設(shè)備配置在普通科考船的基礎(chǔ)上，充分體現(xiàn)了極地科考的特殊要求。

3 “雪龍2”號(hào)舾裝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

“雪龍2”號(hào)是我國(guó)新建的第一艘極地科考破冰船，對(duì)于舾裝專業(yè)來(lái)說(shuō)，科考船是所有船型中設(shè)計(jì)難度較高、聯(lián)系協(xié)調(diào)工作量較大的船型，而極地科考破冰船則在科考船船型特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，又增加了極地航行船舶的特殊性，因此在設(shè)計(jì)中存在不少難點(diǎn)和特點(diǎn)，現(xiàn)選擇其中典型的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析介紹。

3.1 防寒設(shè)計(jì)

對(duì)航行于極地水域的船舶而言，防寒設(shè)計(jì)是需首先考慮的一個(gè)問(wèn)題?！胺篮惫拭家?，就是保證船舶在低溫環(huán)境下能夠正常操作所采取的措施；而防寒設(shè)計(jì)是依據(jù)船級(jí)社防寒規(guī)范的要求進(jìn)行的相關(guān)設(shè)計(jì)，其中最關(guān)鍵的前提條件是確定設(shè)計(jì)服務(wù)溫度。

所謂設(shè)計(jì)服務(wù)溫度，是指為船舶設(shè)定的用于衡量材料、設(shè)備和系統(tǒng)在低氣溫環(huán)境下服務(wù)性能的一個(gè)溫度指標(biāo)。要確定設(shè)計(jì)服務(wù)溫度（DST），首先需獲取預(yù)定海域近十年的環(huán)境溫度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，由此得出該海域基于10年周期的每日最低氣溫平均值，即日均低溫（MDLT），參見(jiàn)圖2中曲線。由該曲線可得到一年中溫度最低的日均低溫，即最低日均低溫（LMDLT）。設(shè)計(jì)服務(wù)溫度則是以最低日均低溫減去 10℃，即 DST= LMDLT - 10℃。［1］

圖 2 通用溫度定義

“雪龍2”號(hào)的船舶設(shè)備和系統(tǒng)雖然無(wú)需取得相關(guān)的防寒標(biāo)志，但在設(shè)計(jì)和布置時(shí)需盡可能參考防寒規(guī)范的要求。考慮到本船去極地執(zhí)行考察任務(wù)的時(shí)間分別是南北極的夏天，基于這個(gè)時(shí)間段的環(huán)境溫度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，最低日均低溫不低于-20℃，因此就將設(shè)計(jì)服務(wù)溫度確定為-30℃。

防寒設(shè)計(jì)屬于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，涉及總體、結(jié)構(gòu)、舾裝、輪機(jī)、電氣等多個(gè)專業(yè)，對(duì)于舾裝專業(yè)來(lái)說(shuō)，相關(guān)內(nèi)容主要包括以下幾方面：

（1）設(shè)備材料的選擇

設(shè)備材料包括金屬和非金屬材料。對(duì)于金屬材料（主要是指可能在露天環(huán)境下工作的設(shè)備上所選用的鋼材），需根據(jù)材料級(jí)別、設(shè)計(jì)服務(wù)溫度、板厚等參數(shù)來(lái)確定所適用的鋼材鋼級(jí)，參見(jiàn)表1和下頁(yè)表2；而對(duì)于非金屬材料（例如橡塑制品、液壓油等），在選擇時(shí)需充分考慮到材料在低溫環(huán)境下的適用性。

表 1 設(shè)備和構(gòu)件/組件材料級(jí)別

表 2 低氣溫環(huán)境下與材料級(jí)別II相對(duì)應(yīng)的鋼級(jí)要求

（2）設(shè)備設(shè)計(jì)中的防寒考慮

對(duì)于在露天環(huán)境下工作的甲板機(jī)械設(shè)備，除上述材料選擇外，在設(shè)備的設(shè)計(jì)中也充分考慮到防寒的要求，例如甲板吊機(jī)、尾部A型架、舷側(cè)π型架、救生艇架、貨艙蓋、系泊絞盤、舷門、艙壁門等設(shè)備。以甲板吊機(jī)為例，采取的防寒措施主要包括：吊機(jī)操作室采用電加熱玻璃；吊機(jī)基座、液壓泵站和油箱等處設(shè)置加熱器；起升絞車配有電伴熱和保護(hù)罩；吊機(jī)液壓油缸、活塞桿設(shè)有除冰措施；室外控制箱配有防冰鋼質(zhì)保護(hù)罩等。

（3）通道設(shè)計(jì)中的防寒考慮

因本船無(wú)需取得極地防寒標(biāo)志，所以并非所有的室外通道都考慮防寒要求，而是選擇室外脫險(xiǎn)通道和主要室外工作區(qū)域作為防寒設(shè)計(jì)對(duì)象，主要措施包括：室外逃生路線上的斜梯（踏步和扶手），露天逃生小艙蓋（蓋板與艙口圍板接口處），尾部主甲板A型架和π型架工作區(qū)域及部分通道區(qū)域（木鋪板頂部）設(shè)置電伴熱電纜（參見(jiàn)圖3）；主要的室外通道和直升機(jī)甲板區(qū)域設(shè)置防滑涂層；艏樓甲板貨艙左舷通道區(qū)域下方設(shè)置不凍液加熱系統(tǒng)等。

圖 3 室外通道處所設(shè)置電伴熱防寒措施

（4）其他除冰防冰措施

包括在艏部和艉部露天甲板設(shè)置固定的、可快速連接的蒸氣接頭；在直升機(jī)甲板設(shè)置熱水除冰措施；室外甲板設(shè)備根據(jù)需要設(shè)置帆布罩；在船上配備手動(dòng)除冰工具，如除雪鏟、木錘、冰鎬、刮板等。

（5）人員防護(hù)

除了對(duì)設(shè)備采取的防護(hù)措施，還為船員和科考隊(duì)員配備足夠數(shù)量且適合極區(qū)環(huán)境的個(gè)人防護(hù)套裝；此外，還根據(jù)SOLAS規(guī)范和極地規(guī)則的要求，配置保溫救生服、個(gè)人求生設(shè)備和集體求生設(shè)備等。

3.2 通道布置

“雪龍2”號(hào)作為科考船，相比運(yùn)輸船來(lái)說(shuō)，脫險(xiǎn)通道布置（因規(guī)范要求的重點(diǎn)是針對(duì)脫險(xiǎn)通道，故此處僅討論脫險(xiǎn)通道）相對(duì)復(fù)雜得多，主要基于以下兩方面原因：

（1）由于船型的特點(diǎn)，科考船的艙室數(shù)量相對(duì)較多，其中包括各類實(shí)驗(yàn)室、作業(yè)區(qū)域、設(shè)備間、儲(chǔ)藏室、操控室等，因此相應(yīng)的通道數(shù)量也較多；

（2）科考船屬于特種用途船，根據(jù)《特種用途船安全規(guī)則》（即“SPS規(guī)則”）的規(guī)定，當(dāng)船上人員總數(shù)大于60人且不超過(guò)240人時(shí)，其脫險(xiǎn)通道需按照載運(yùn)不超過(guò)36人客船的要求來(lái)設(shè)計(jì)［2］，而SOLAS規(guī)范中有關(guān)客船脫險(xiǎn)通道的要求比貨船更嚴(yán)格、更詳細(xì)。

由于通道布置是涉及全船性的問(wèn)題，因此為避免設(shè)計(jì)階段后期出現(xiàn)較大的改動(dòng)，必須在設(shè)計(jì)初期仔細(xì)核查全船通道布置，在充分考慮通道布置的實(shí)用性和合理性的同時(shí)，認(rèn)真研究針對(duì)規(guī)范要求的符合性。相關(guān)的規(guī)范要求主要涉及SOLAS第II-2章第13條和《國(guó)際消防安全規(guī)則》（即FSS規(guī)則）第13章。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，脫險(xiǎn)通道按照處所的不同主要分為兩大類：一類是控制站、起居處所和服務(wù)處所，另一類是機(jī)器處所。對(duì)于機(jī)器處所，客船和貨船的要求差異不大，但對(duì)于控制站、起居處所和服務(wù)處所，客船的要求比貨船更復(fù)雜且更詳細(xì)，以下幾點(diǎn)需重點(diǎn)關(guān)注：

（1）客船需考慮由主豎區(qū)或水密艙壁分隔成的每個(gè)限界處所或處所群的脫險(xiǎn)通道。一般情況下，艙壁甲板上的限界處所主要以主豎區(qū)來(lái)分隔，艙壁甲板下的限界處所主要以水密艙壁來(lái)分隔。

（2）對(duì)于艙壁甲板以下的每個(gè)限界處所或處所群，應(yīng)設(shè)有2條脫險(xiǎn)通道，其中1條必須獨(dú)立于水密門（即在處所內(nèi)）、滿足FSS規(guī)則的斜梯通道，即梯寬至少為900 mm、斜梯角度為45°。如果該限界處所為偶爾進(jìn)入的船員處所，則可免除1條通道，只需設(shè)置1條斜梯通道，該斜梯通道除梯寬要求可降低到800 mm，其他參數(shù)需滿足FSS規(guī)則的要求，另外該斜梯通道必須在處所內(nèi)。

（3）對(duì)于艙壁甲板以上的每個(gè)主豎區(qū)或類似的限界處所或處所群，應(yīng)至少設(shè)有2條脫險(xiǎn)通道，其中應(yīng)至少有1條通往形成垂直脫險(xiǎn)通道的梯道。

（4）無(wú)論艙壁甲板以下或艙壁甲板以上的限界處所或處所群，其脫險(xiǎn)通道應(yīng)至少有1條圍蔽梯道。

（5）如沒(méi)有另外規(guī)定，控制站、起居處所和服務(wù)處所內(nèi)的脫險(xiǎn)通道都需滿足FSS規(guī)則的要求，即通道寬度不小于900 mm，斜梯角度不大于 45°。［3］

（6）規(guī)范中提到的水密門，一般應(yīng)為液壓動(dòng)力水密門，以保證在限界處所發(fā)生失火時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，阻斷火情蔓延，滿足防火分隔要求。［4］

“雪龍2”號(hào)的通道布置主要分為主甲板以下和主甲板以上2個(gè)艙室區(qū)域。

主甲板以下的艙室區(qū)域以水密橫艙壁作為分隔，形成若干限界處所。對(duì)于屬于機(jī)器處所的每個(gè)限界處所，基本都設(shè)有至少1部直梯（其中機(jī)艙和泵艙區(qū)域?yàn)橹碧莪h(huán)圍），并且還可通過(guò)設(shè)置在水密橫艙壁上的、可兩面開(kāi)啟的水密滑門通往另一個(gè)限界處所。位于船首、人員偶爾進(jìn)入的艏側(cè)推艙和航煤油泵艙，則只設(shè)置1條直梯和斜梯的組合通道通往露天甲板。對(duì)于屬于控制站和服務(wù)處所的限界處所（例如機(jī)艙集控室和更衣間所在區(qū)域），設(shè)置2條斜梯通道。

主甲板以上的艙室區(qū)域主要為船舶上層建筑，其限界處所是根據(jù)主豎區(qū)劃分的，其中靠艏主豎區(qū)的每層甲板都設(shè)有至少2條斜梯通道，其中1條為斜梯環(huán)圍；而靠艉主豎區(qū)的每層甲板都設(shè)有1條斜梯環(huán)圍以及通往靠艏主豎區(qū)的水平通道。

3.3 艉部主甲板綜合布置

艉部主甲板是位于船尾的露天開(kāi)敞甲板，面積約600 m2，是“雪龍2”號(hào)最重要的室外作業(yè)區(qū)域，參見(jiàn)圖4。該處甲板涉及的設(shè)備較多，因此在布置設(shè)計(jì)時(shí)的最大難點(diǎn)就是需綜合考慮各種作業(yè)流程的需求以及各種設(shè)備自身對(duì)甲板空間的要求。

圖 4 艉部主甲板

尾部A架、舷側(cè)π架是艉部甲板非常重要的設(shè)備，根據(jù)所承擔(dān)科考作業(yè)的要求，位置相對(duì)固化，分別布置在主甲板尾部和右舷處，可配合甲板下絞車艙內(nèi)的科考絞車進(jìn)行船尾和舷外調(diào)查設(shè)備的收放。柱狀取樣收放裝置需舷側(cè)π架協(xié)助作業(yè)，同時(shí)舷側(cè)沿縱向要有較長(zhǎng)的預(yù)留空間，因此布置在主甲板右舷舷側(cè)。收放裝置的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)位于舷側(cè)π架2個(gè)支腿范圍內(nèi)，可在舷側(cè)π架、絞車艙內(nèi)地質(zhì)絞車的配合下進(jìn)行重力取樣作業(yè)。

尾部甲板設(shè)有2臺(tái)吊機(jī)，其中24 t折臂吊布置于左舷，吊機(jī)筒體中心位置與甲板下橫艙壁對(duì)齊；6 t伸縮折臂吊布置在右舷，吊機(jī)筒體中心位置與甲板下縱艙壁對(duì)齊。2臺(tái)吊機(jī)的起吊能力分別為24 t / 12 m 和 6 t / 17 m，其工作半徑可覆蓋大部分艉部甲板區(qū)域。24 t折臂吊可對(duì)艉部甲板上布置的集裝箱及大型設(shè)備進(jìn)行吊放轉(zhuǎn)運(yùn)，6 t伸縮折臂吊可輔助尾部A架與舷側(cè)π架作業(yè)，同時(shí)兼顧小型設(shè)備的吊放轉(zhuǎn)運(yùn)。在船尾A架兩側(cè)，分別設(shè)置有2條斜滑道，與斜滑道對(duì)應(yīng)的甲板左右兩舷沿船縱向分別預(yù)留1個(gè)無(wú)障礙作業(yè)區(qū)域，可用于移動(dòng)地震系統(tǒng)和AUV收放系統(tǒng)等科考作業(yè)，這兩個(gè)區(qū)域在確定過(guò)程中需協(xié)調(diào)考慮吊機(jī)和系泊拖帶設(shè)備的布置，同時(shí)區(qū)域的橫向?qū)挾刃铦M足移動(dòng)地震系統(tǒng)的作業(yè)要求。

為避免貴重的調(diào)查設(shè)備在收放過(guò)程中與甲板撞擊受損，整個(gè)艉部主甲板都設(shè)置防滑、防腐、耐磨的木鋪板，同時(shí)考慮到實(shí)際使用時(shí)可能需要靈活搭載集裝箱實(shí)驗(yàn)室或其他移動(dòng)作業(yè)設(shè)備，甲板上還設(shè)有一定數(shù)量的甲板固定件（主要包括集裝箱底座、地腳螺栓、設(shè)備安裝底座或墊板等），其中集裝箱底座以10個(gè)20 ft集裝箱實(shí)驗(yàn)室箱位為基礎(chǔ)，其他集裝箱底座位置在滿足相關(guān)科考作業(yè)需求的基礎(chǔ)上，盡量考慮與之共用，同時(shí)還要考慮不影響相關(guān)甲板設(shè)備的操作和維護(hù)。艉部主甲板靠艏一端毗鄰月池車間，在月池車間尾端橫艙壁上設(shè)置1扇無(wú)門檻的大型滑移式艙壁門，通過(guò)該艙壁門可實(shí)現(xiàn)設(shè)備和貨物在主甲板和月池車間之間的便利轉(zhuǎn)運(yùn)。

在艉部主甲板的布置設(shè)計(jì)中，本船創(chuàng)新采用木鋪板及甲板固定件一體化設(shè)計(jì)思路，即在綜合考慮重量、安裝、操作和美觀等因素的基礎(chǔ)上，將木鋪板和甲板固定件的高度進(jìn)行統(tǒng)一，并對(duì)部分甲板固定件采用特殊化設(shè)計(jì)，使整個(gè)艉部甲板面的布置更為簡(jiǎn)潔美觀，大大降低船廠的施工工作量，同時(shí)也更便于今后的使用維護(hù)。

3.4 月池車間布置

設(shè)置月池車間是極地科考船有別于普通科考船的一個(gè)重要標(biāo)志。當(dāng)船舶處于極地冰區(qū)海域時(shí)，通過(guò)車間內(nèi)的月池，可以有效保證水下調(diào)查作業(yè)的安全可靠。

“雪龍2”號(hào)月池車間位于船舯后部，緊鄰艉部主甲板。車間面積約160 m2，其中約有115 m2的空間為兩層甲板高度，凈高約5.5 m；另設(shè)有中間隔層甲板，面積約60 m2。月池車間內(nèi)靠船舯處設(shè)有1個(gè)月池，月池圍井水密艙壁的尺寸為4.8 m×4.8 m，內(nèi)側(cè)消波艙壁的尺寸為3.2 m×3.2 m，該區(qū)域設(shè)有1套月池系統(tǒng)。車間右舷舷側(cè)設(shè)有1扇鉸鏈外開(kāi)式水密舷門，尾端橫艙壁上設(shè)有1扇滑移式水密艙壁門，車間頂部設(shè)有1臺(tái)CTD/行車綜合吊和若干導(dǎo)向滑輪。通過(guò)導(dǎo)向滑輪的“穿針引線”，月池系統(tǒng)、CTD/行車綜合吊和舷門被有機(jī)組合在一起，既可進(jìn)行月池內(nèi)的CTD收放作業(yè)，也可實(shí)現(xiàn)舷側(cè)的CTD和水文作業(yè)。月池車間內(nèi)景參見(jiàn)圖5。

圖5 月池車間內(nèi)景

月池車間布置中最關(guān)鍵的問(wèn)題是月池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)主要是為月池作業(yè)服務(wù)，類似系統(tǒng)在海工項(xiàng)目以及救生船上有過(guò)應(yīng)用，但卻是首次應(yīng)用于國(guó)內(nèi)科考船上。為確保設(shè)計(jì)方案安全可靠，月池系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和采購(gòu)時(shí)采用有別于其他舾裝設(shè)備的方法（即專家評(píng)審會(huì)的形式），使設(shè)計(jì)方案在集思廣益中得到不斷完善。

月池系統(tǒng)主要包括月池頂蓋、月池底蓋和月池收放提升機(jī)構(gòu)等。月池頂蓋位于月池圍井頂部，采用2塊埋入式蓋板向下開(kāi)啟的方式，艙蓋上表面與主甲板齊平。當(dāng)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，艙蓋上可以堆放一定負(fù)荷的重物，同時(shí)艙蓋向下開(kāi)啟，減少了對(duì)月池收放提升機(jī)構(gòu)的影響。月池底蓋位于月池底部，采用單塊蓋板向上開(kāi)啟的方式。艙蓋關(guān)閉時(shí)，艙蓋下表面與船底外板齊平，同時(shí)艙蓋滿足水密要求，蓋板強(qiáng)度考慮了冰區(qū)加強(qiáng)的要求，艙蓋四周設(shè)有防凍措施，保證艙蓋在冰區(qū)的安全啟閉。月池收放提升機(jī)構(gòu)是月池系統(tǒng)的核心，主要由CTD收放提升裝置、提升絞車、導(dǎo)軌等部件組成。導(dǎo)軌沿月池圍井首部井壁布置，CTD收放提升裝置用于夾持CTD采水器，可沿導(dǎo)軌在圍井中上升和下降；提升絞車安裝在月池圍井正上方的車間頂部，負(fù)責(zé)提升和下放CTD收放提升裝置。

月池系統(tǒng)設(shè)計(jì)中遇到的最大困難就是導(dǎo)軌如何在頂蓋開(kāi)口處進(jìn)行銜接，同時(shí)又能保證頂蓋關(guān)閉時(shí)四邊滿足風(fēng)雨密的要求。為解決這個(gè)問(wèn)題，該船采用固定導(dǎo)軌結(jié)合活動(dòng)導(dǎo)軌的方式，即在頂蓋下方設(shè)置固定導(dǎo)軌，頂蓋上方設(shè)置活動(dòng)導(dǎo)軌。非工作狀態(tài)時(shí)，頂蓋關(guān)閉，活動(dòng)導(dǎo)軌處于最上端位置，CTD收放提升裝置通過(guò)止擋塊固定在活動(dòng)導(dǎo)軌上；工作狀態(tài)時(shí)，頂蓋開(kāi)啟，活動(dòng)導(dǎo)軌在液壓油缸作用下，垂直向下移動(dòng)，直至與月池圍井中的固定導(dǎo)軌完成對(duì)接。此時(shí)，CTD收放提升裝置就可順利從活動(dòng)導(dǎo)軌滑入固定導(dǎo)軌中，實(shí)現(xiàn)在圍井內(nèi)上升與下降的功能。

月池車間除了為科考人員提供一個(gè)安全、寬敞的遮蔽作業(yè)環(huán)境，同時(shí)還為部分移動(dòng)設(shè)備預(yù)留了臨時(shí)放置區(qū)域，并在甲板上設(shè)置地腳螺栓、在艙壁上設(shè)置綁扎眼環(huán)，使月池車間的功能性得到充分體現(xiàn)。

3.5 救生艇筏布置

“雪龍2”號(hào)的救生艇筏位于船舯上層建筑舷側(cè)，每舷分別配有一艘容量為53人的全封閉救生艇和兩個(gè)容量為16人的可吊式救生筏，吊艇架和吊筏架都采用伸縮推桿形式，參見(jiàn)圖6。

圖 6 舷側(cè)救生艇筏布置

救生艇筏布置的主要難點(diǎn)是空間受限的問(wèn)題，這與該船的船型特點(diǎn)密切相關(guān)。由于科考船對(duì)實(shí)驗(yàn)室和作業(yè)區(qū)域的面積要求較高，因此船的上層建筑兩舷縱艙壁基本覆蓋了整個(gè)船寬范圍，同時(shí)在總體布置時(shí)也盡量考慮增加能夠利用的艙室面積。根據(jù)此消彼長(zhǎng)的道理，艙室區(qū)域面積的增加勢(shì)必會(huì)壓縮救生設(shè)備等區(qū)域的面積，所以造成本船救生艇筏區(qū)域的空間相對(duì)狹小。救生艇區(qū)域的空間限制為：沿船長(zhǎng)方向，船體舷外開(kāi)口長(zhǎng)度尺寸約為7.6 m；沿船寬方向，舷側(cè)向內(nèi)凈寬尺寸約為3.1 m；沿高度方向，跨兩層甲板，最上層和最下層甲板間凈高約為5.55 m。救生筏區(qū)域的空間限制主要在高度方向，甲板凈高約2.8 m。

基于上述空間限制，常用的重力倒臂式/滑軌式/連桿式救生艇架和回轉(zhuǎn)式救生筏吊都難以滿足要求。經(jīng)過(guò)綜合考慮，船的救生艇架和救生筏吊選用了推桿形式，其中救生艇架采用伸縮油缸推桿形式，救生筏吊采用的是行走梁推桿形式。對(duì)于推桿形式的艇筏架，當(dāng)救生艇筏釋放時(shí)，需先通過(guò)推桿將艇筏吊至舷外后再下放，不能完全依靠艇筏重力實(shí)現(xiàn)由存放位置到舷外的下放。因此為確保艇筏在緊急情況下能夠正常下放，該船推桿的動(dòng)力源方面進(jìn)行多重冗余設(shè)計(jì)：首先，提供動(dòng)力的液壓泵站設(shè)有兩臺(tái)泵，同時(shí)工作時(shí)可保證推桿正常伸縮，若其中一臺(tái)泵發(fā)生故障，另一臺(tái)泵可保證推桿半速伸縮；其次，在船舶失電、液壓泵站無(wú)法工作的情況下，配置的蓄能器可以給推桿提供足夠的動(dòng)力；最后，當(dāng)液壓泵站和蓄能器都發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)手搖泵實(shí)現(xiàn)救生艇架或救生筏吊的應(yīng)急收放操作。

除了空間限制外，防寒要求也是本船救生艇筏布置需要關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)滿足防寒要求的救生艇筏及收放設(shè)備的應(yīng)用實(shí)例較少，而像“雪龍2”號(hào)采用推桿形式且滿足防寒要求的救生艇筏吊，國(guó)內(nèi)應(yīng)屬首例。有關(guān)防寒方面采取的措施主要包括：艇架和筏吊采用具有較好的耐低溫（-30℃）和耐腐蝕性能的材料；推桿和轉(zhuǎn)軸處設(shè)置伴熱電纜、滑輪等轉(zhuǎn)動(dòng)部位，包覆黃油布；液壓泵站設(shè)有空間加熱器，液壓系統(tǒng)采用耐低溫液壓油，電動(dòng)機(jī)提供帆布罩，室外電控箱提供防冷凝保護(hù)措施等。

3.6 直升機(jī)保障系統(tǒng)

為配合執(zhí)行航道搜尋、應(yīng)急救援、人員運(yùn)送、物資吊運(yùn)以及遠(yuǎn)距離科考作業(yè)等任務(wù)，“雪龍2”號(hào)隨船搭載兩架直升機(jī)，分別是卡32和AW169直升機(jī)，并配置較普通科考船更完備的直升機(jī)保障系統(tǒng)，不僅能保證直升機(jī)的降落和系留，還能滿足直升機(jī)降落導(dǎo)航、遠(yuǎn)距搭載、燃油加注以及夜間起降等需求。

本船直升機(jī)保障系統(tǒng)主要包括直升機(jī)航行指揮系統(tǒng)、直升機(jī)機(jī)庫(kù)、牽引系統(tǒng)、系留裝置、安全網(wǎng)裝置、助降燈光系統(tǒng)、直升機(jī)燃油系統(tǒng)、甲板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，直升機(jī)起降平臺(tái)位于上層建筑后部第7甲板，參見(jiàn)圖7。

圖 7 直升機(jī)起降平臺(tái)及機(jī)庫(kù)

允許搭載的直升機(jī)最大直徑可達(dá)15 m，最大起飛重量達(dá)12.7 t。機(jī)庫(kù)位于直升機(jī)甲板首部，機(jī)庫(kù)內(nèi)部?jī)舫叽鐬?6 m×11.2 m×6 m，可同時(shí)停放卡32和AW169直升機(jī)。直升機(jī)航行指揮系統(tǒng)設(shè)置在駕駛臺(tái)內(nèi)，牽引系統(tǒng)、系留裝置、安全網(wǎng)裝置、助降燈光系統(tǒng)與甲板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則設(shè)置在直升機(jī)起降平臺(tái)和機(jī)庫(kù)內(nèi)，可滿足直升機(jī)安全降落和系留的要求。直升機(jī)燃油系統(tǒng)由航空燃油艙、加油泵組、加油單元組成，其中航空燃油艙、加油泵組位于艏樓甲板下方，加油單元位于第7甲板機(jī)庫(kù)旁的航煤油站內(nèi)，燃油艙總?cè)萘考s100 m3，可滿足極區(qū)直升機(jī)多任務(wù)航次的需求。

在直升機(jī)保障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要解決的主要困難是如何選擇適用的規(guī)范要求，因?yàn)槟壳皣?guó)內(nèi)外均無(wú)完全適用于船上同時(shí)配有直升機(jī)起降平臺(tái)和機(jī)庫(kù)的設(shè)計(jì)規(guī)范。目前常用的相關(guān)規(guī)范文件包括英國(guó)民用航空局CAP437規(guī)范、國(guó)際航運(yùn)公會(huì)（ICS）“Guide to Helicopter Ship Operation”（直升機(jī)船舶操作指南）、國(guó)際海事組織MSC.Circ.895通函、中國(guó)民航總局《中國(guó)民航總局小型航空器商業(yè)運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)人運(yùn)行合格審定規(guī)則》（即CCAR135FS規(guī)則）、國(guó)軍標(biāo)GJB534B-2009《艦船直升機(jī)艦面系統(tǒng)通用要求》等。

CAP437是英國(guó)民用航空局針對(duì)海洋平臺(tái)和船舶的直升機(jī)起降平臺(tái)及其設(shè)施出臺(tái)的規(guī)范，是目前國(guó)際上有關(guān)直升機(jī)起降平臺(tái)設(shè)計(jì)比較權(quán)威的一個(gè)規(guī)范；ICS規(guī)范對(duì)于船舶直升機(jī)起降平臺(tái)的要求與CAP437基本一致；CCAR135FS規(guī)則有關(guān)平臺(tái)及平臺(tái)支持船等方面的要求與CAP437基本相同；MSC.Circ.895通函是針對(duì)客滾船直升機(jī)降落區(qū)域的要求，相比CAP437、ICS規(guī)范和CCAR135FS規(guī)則，其要求較低，相對(duì)容易滿足。

不過(guò)，上述規(guī)范規(guī)則無(wú)一例外都缺少有關(guān)機(jī)庫(kù)設(shè)計(jì)的要求。GJB534B-2009屬于中國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了軍用艦船在配置直升機(jī)艦面系統(tǒng)時(shí)應(yīng)滿足的基本技術(shù)要求，其中包含有關(guān)機(jī)庫(kù)設(shè)計(jì)的具體要求，該標(biāo)準(zhǔn)不僅在軍用艦船上，在公務(wù)船上也有廣泛應(yīng)用。經(jīng)過(guò)綜合分析，考慮“雪龍2”號(hào)國(guó)際化結(jié)合本土化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，最終確定直升機(jī)起降平臺(tái)參考國(guó)際通行的CAP437規(guī)范設(shè)計(jì)，機(jī)庫(kù)參照國(guó)內(nèi)的GJB534B-2009標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。［5］

4 結(jié) 語(yǔ)

“雪龍2”號(hào)從立項(xiàng)到交船歷經(jīng)10年有余，整個(gè)過(guò)程漫長(zhǎng)且曲折，可謂“十年磨一劍”。在此過(guò)程中，我們收獲了很多經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，但限于篇幅，文中僅選取其中具有代表性的問(wèn)題予以簡(jiǎn)要分析，希望這些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)能為今后新的極地科考船或類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作提供一些參考借鑒。