董軍榮， 秦炳軍

(天海融合防務(wù)裝備技術(shù)股份有限公司，上海 201612)

0 引 言

潛水作業(yè)是指潛水員進(jìn)入水下進(jìn)行探摸、安裝、檢修、清理等工作的統(tǒng)稱，廣泛應(yīng)用于海難救援、油氣工程、資源勘探、海洋科考等領(lǐng)域。相比于水下遙控機(jī)械作業(yè)，潛水作業(yè)具有靈活、高效、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。潛水作業(yè)分為空氣潛水作業(yè)和飽和潛水作業(yè)?？諝鉂撍侵笣撍畣T在常壓環(huán)境下直接進(jìn)入水下作業(yè)，潛水員呼吸的氣體為空氣或氮氧混合氣體；飽和潛水是指潛水員在人工建立的高壓環(huán)境下進(jìn)入水下作業(yè)，潛水員呼吸的氣體為氦氧混合氣體，在這種高壓環(huán)境下，人體體液所溶解的氣體處于飽和程度?？諝鉂撍鳂I(yè)適合50 m內(nèi)海水深度，在配備濕式潛水鐘和氦氧呼吸氣體的條件下，可在50～75 m海水深度短時(shí)間作業(yè)；飽和潛水可在更大深度作業(yè)，目前國際允許的商業(yè)潛水最大深度為300 m海水深度[1]。

潛水作業(yè)需要在水面平臺的支持下進(jìn)行，支持平臺可為水面船舶、固定平臺或浮式結(jié)構(gòu)物。船舶是海上潛水作業(yè)較常用的支持平臺，以潛水作業(yè)支持為主要功能的船舶稱為潛水支持船。專用潛水支持船通常配置飽和潛水支持系統(tǒng)和空氣潛水支持系統(tǒng)。飽和潛水作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大，作為支持平臺的船舶需要具備較高安全保障能力，搭載飽和潛水支持系統(tǒng)的船舶造價(jià)不菲，是海洋工程船舶中的高端船型。專用飽和潛水支持船在國際上保有量不多，在國內(nèi)也鮮有設(shè)計(jì)和建造。2019年12月，海龍?zhí)栵柡蜐撍С执旯そ桓?，該船采用挪威Skipsteknisk AS公司(簡稱ST公司)開發(fā)的新一代飽和潛水支持船ST-246型為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，同時(shí)入級中國船級社(CCS)和挪威船級社(DNV)。以該船為例，分析飽和潛水支持船的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 船舶配置

海龍?zhí)柨傞L為124.0 m，型寬為24.0 m，型深為10.2 m，滿載吃水為7.3 m，設(shè)計(jì)航速為14.5 kn，定員為120人，自持力為45 d，工作甲板面積約900 m2，甲板載貨量為1 600 t。

該船配置4臺主發(fā)電機(jī)組用于航行和作業(yè)，每臺發(fā)電機(jī)組功率為3 500 kW，另外配置1臺停泊發(fā)電機(jī)組及1臺應(yīng)急發(fā)電機(jī)組，分別用于停泊工況供電及應(yīng)急工況供電。艏部安裝2臺管道式側(cè)向推進(jìn)器和2臺升降式回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，每臺管道式側(cè)向推進(jìn)器功率為1 400 kW，每臺升降式回轉(zhuǎn)推進(jìn)器功率為1 600 kW；艉部安裝2臺全回轉(zhuǎn)主推進(jìn)器，每臺功率為3 200 kW。該船采用3級動力定位(Dynamic Positioning，DP)設(shè)計(jì)。

該船配置1套雙鐘24人飽和潛水支持系統(tǒng)和2套空氣潛水支持系統(tǒng)，包括潛水鐘、潛水鐘收放系統(tǒng)、減壓艙系統(tǒng)、高壓救生艇、氣體回收系統(tǒng)、生命支持系統(tǒng)、高壓呼吸氣瓶組等，并設(shè)置2個(gè)潛水專用月池。

該船設(shè)置遙控?zé)o人潛水器(Remote Operated Vehicle，ROV)專用機(jī)庫，安裝1套舷側(cè)ROV收放系統(tǒng)和1套月池ROV收放系統(tǒng)，可同時(shí)搭載2臺110 kW的工作級ROV作業(yè)。ROV收放系統(tǒng)具備主動波浪深沉補(bǔ)償功能，工作水深達(dá)3 000 m。ROV舷側(cè)收放機(jī)構(gòu)采用創(chuàng)新的A架和機(jī)庫門整合設(shè)計(jì)，在作業(yè)時(shí)機(jī)庫門可完全關(guān)閉，不僅保證安全，而且節(jié)約空間。在惡劣海況下，ROV可通過月池收放，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的作業(yè)。

該船配置1臺250 t折臂式主起重機(jī)，1臺30 t輔起重機(jī)，另配置1臺5 t物料起重機(jī)。主起重機(jī)的水面最大起重量為250 t，在最大工作水深3 000 m處具有150 t的起重量。輔起重機(jī)具備人員輸送功能。主起重機(jī)和輔起重機(jī)均具有主動波浪補(bǔ)償功能。該船設(shè)有抗橫傾水艙系統(tǒng)，用以配合起重機(jī)作業(yè)。

該船采用典型的海洋工程船舶船型布置方式(見圖1)：機(jī)器處所、居住處所、駕駛室等位于船舶前半部，駕駛室前方設(shè)置直升機(jī)起降平臺；工作甲板位于船舶后半部，主起重機(jī)和輔起重機(jī)分別布置在工作甲板兩舷；ROV機(jī)庫、飽和潛水作業(yè)區(qū)和系統(tǒng)設(shè)備位于居住艙室與工作甲板之間的封閉空間，其間設(shè)置1個(gè)ROV工作月池和2個(gè)飽和潛水工作月池。

圖1 海龍?zhí)栵柡蜐撍С执筒贾檬纠?/p>

2 飽和潛水支持系統(tǒng)

2.1 飽和潛水支持系統(tǒng)組成

大型海洋工程水下作業(yè)或海難救助船水下打撈作業(yè)，通常需要24 h連續(xù)飽和潛水作業(yè)。近年來專用飽和潛水支持船的主流配置大都為雙鐘18人或雙鐘24人的飽和潛水支持系統(tǒng)。根據(jù)潛水行業(yè)的通行作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]，飽和潛水員每次下潛作業(yè)時(shí)間應(yīng)不超過8 h，且應(yīng)保證在回艙后有12 h的連續(xù)休息時(shí)間。以此推算，每個(gè)潛水鐘1次可攜帶3名潛水員下潛作業(yè)，雙鐘18人的配置可實(shí)現(xiàn)24 h連續(xù)作業(yè)。然而，出于對潛水作業(yè)安全的考慮，部分國家和公司往往要求飽和潛水下潛作業(yè)時(shí)間不得超過6 h，則實(shí)現(xiàn)24 h連續(xù)作業(yè)就需要雙鐘24人的配置。出于提高船舶作業(yè)適應(yīng)性的考慮，海龍?zhí)栠x擇雙鐘24人的飽和潛水支持系統(tǒng)配置方案。雙鐘24人飽和潛水支持系統(tǒng)和空氣潛水支持系統(tǒng)由意大利DRASS公司提供。

飽和潛水支持系統(tǒng)主要由如下部分組成：

(1)減壓艙系統(tǒng)，包括4個(gè)6人潛水減壓艙(Diving Decompression Chamber，DDC)、2個(gè)水平過渡艙(Transfer Under Pressure，TUP)，是潛水員的生活起居處所。

(2)潛水鐘系統(tǒng)，包括2個(gè)3人標(biāo)準(zhǔn)潛水鐘，是將潛水員運(yùn)送至水下作業(yè)位置的運(yùn)輸工具。

(3)潛水鐘收放系統(tǒng)，包括潛水鐘絞車、配重框絞車、臍帶纜絞車、潛水鐘行車、升沉補(bǔ)償裝置等。

(4)高壓逃生系統(tǒng)，包括2艘24人高壓救生艇和收放艇架、連接水平TUP和高壓救生艇的高壓撤離通道等，分別布置在該船的兩舷。

(5)氣體儲存和壓縮系統(tǒng)，包括64只高壓呼吸氣儲氣瓶、空氣壓縮機(jī)、呼吸氣壓縮機(jī)等，氣瓶的總量可滿足24人24 h連續(xù)作業(yè)21 d的使用量，呼吸氣體為氦氧混合氣體。

(6)氣體回收再生系統(tǒng)，包括潛水員呼吸氣體回收系統(tǒng)和減壓艙氣體回收系統(tǒng)，用于將呼吸氣體和艙室氣體進(jìn)行回收、凈化、處理、再利用，降低呼吸氣體消耗，節(jié)約作業(yè)成本。

(7)生命支持系統(tǒng)，包括環(huán)境控制單元、衛(wèi)生水系統(tǒng)、潛水員熱水單元、污水系統(tǒng)等，為潛水員提供必要的生活和生存條件。

(8)自動控制系統(tǒng)、監(jiān)視監(jiān)測系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、多媒體系統(tǒng)、氣體控制和分配系統(tǒng)等。

空氣潛水支持系統(tǒng)包括2個(gè)空氣潛水收放裝置和1個(gè)空氣潛水專用減壓艙。

2.2 飽和潛水支持系統(tǒng)布置

海龍?zhí)柕娘柡蜐撍鳂I(yè)區(qū)集中設(shè)置在該船的中部區(qū)域，此區(qū)域受到船舶橫搖和縱搖運(yùn)動的影響最小，且遠(yuǎn)離艏部和艉部的推進(jìn)器，較有利于提高潛水作業(yè)的可靠性和安全性。

飽和潛水支持系統(tǒng)布置如圖2所示。64只高壓呼吸氣儲氣瓶布置在雙層底；生命支持系統(tǒng)和氣體回收再生系統(tǒng)的主要設(shè)備布置在主甲板與中間甲板之間的空間；4個(gè)DDC和2個(gè)水平TUP及與潛水作業(yè)相關(guān)的控制站和服務(wù)處所布置在主甲板區(qū)域；潛水鐘存放空間和收放系統(tǒng)的主要設(shè)備、高壓救生艇、潛水配電板等布置在第一甲板、第二甲板和第三甲板區(qū)域；潛水應(yīng)急發(fā)電機(jī)布置在第四甲板；2個(gè)空氣潛水收放裝置布置在主甲板右舷舷側(cè)的露天部位，空氣潛水專用減壓艙布置在鄰近的內(nèi)部處所。

圖2 飽和潛水支持系統(tǒng)布置示例

4個(gè)DDC為縱向布置，可降低船舶橫搖對潛水員生活的影響；2個(gè)水平TUP在DDC的后方橫向布置，是潛水員由生活區(qū)前往工作位置的過渡通道，每個(gè)TUP分別與2個(gè)生活艙連接，2個(gè)TUP之間也設(shè)置連接通道，形成相對獨(dú)立的潛水員生活空間和工作通道，有利于提高生活舒適性和作業(yè)安全性；2個(gè)飽和潛水工作月池分別設(shè)置在水平TUP的正后方，盡可能遠(yuǎn)離ROV工作月池，降低潛水作業(yè)與ROV作業(yè)的相互干擾。

每個(gè)DDC直徑為2 300 mm，長度為9 500 mm；每個(gè)水平TUP直徑為2 300 mm，長度為9 200 mm；設(shè)計(jì)壓力滿足300 m海水深度潛水作業(yè)。這些減壓艙的布置占據(jù)大約20 m×20 m的甲板面積。減壓艙為潛水員提供一個(gè)等同于目標(biāo)下潛深度的氣體壓力環(huán)境，減壓艙之間用法蘭進(jìn)行連接，這些連接點(diǎn)是減壓艙系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，易發(fā)生泄漏。DRASS公司要求減壓艙安裝區(qū)域的甲板在中拱和中垂?fàn)顟B(tài)下的變形量不大于±1.5 mm，所有減壓艙基座平面的整體平整度為±1.0 mm。設(shè)計(jì)師通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高該區(qū)域船體結(jié)構(gòu)剛度，滿足甲板變形量要求；通過采用環(huán)氧墊片的方式滿足基座整體平整度要求。

3 飽和潛水作業(yè)流程

海龍?zhí)枬撍畣T進(jìn)入減壓艙，系統(tǒng)封閉，開始啟動加壓程序，為水下作業(yè)做準(zhǔn)備。艙內(nèi)狀態(tài)和系統(tǒng)指標(biāo)可在潛水控制室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控。在作業(yè)開始前，潛水鐘底部與水平TUP頂部對接，潛水員經(jīng)由TUP進(jìn)入潛水鐘，關(guān)閉鐘蓋、松開夾緊裝置。絞車將潛水鐘運(yùn)至月池中心，然后釋放配重框下水，再下放潛水鐘和臍帶纜。在月池內(nèi)布置曝氣系統(tǒng)，用以減緩潛水鐘在入水時(shí)的浪涌沖擊。2臺潛水鐘分別通過左右潛水月池獨(dú)立下放，可在不同水深同時(shí)作業(yè)。每臺潛水鐘可容納3名潛水員，2人出鐘作業(yè)，1人在潛水鐘內(nèi)值守。臍帶纜為出鐘人員供應(yīng)呼吸氣體、保溫?zé)崴?，并?shí)現(xiàn)視頻及語音通信等，母船控制室實(shí)時(shí)監(jiān)控指導(dǎo)水下人員作業(yè)。每個(gè)潛水鐘可下潛作業(yè)6～8 h，在完成作業(yè)后，潛水員經(jīng)由潛水鐘返回減壓艙。系統(tǒng)布置連接至舷側(cè)高壓救生艇的高壓逃生通道，在緊急情況下，潛水員可經(jīng)由該逃生通道進(jìn)入高壓救生艇實(shí)現(xiàn)撤離。

潛水鐘收放系統(tǒng)具備被動式波浪升沉補(bǔ)償功能，可有效降低浪涌對潛水作業(yè)的影響。根據(jù)潛水作業(yè)安全的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，潛水鐘應(yīng)在其自身回收系統(tǒng)失效的情況下，可借用支持平臺的設(shè)備實(shí)現(xiàn)應(yīng)急回收。海龍?zhí)柼峁?種潛水鐘回收方式，分別為2臺潛水鐘絞車回收、配重框絞車回收、輔起重機(jī)回收。需要注意的是，若用船舶起重機(jī)回收潛水鐘，則起重機(jī)應(yīng)具備人員運(yùn)送許可證書，證書許可重量應(yīng)包括人員重量和潛水鐘重量。

4 船舶DP能力

DP能力是指在一定風(fēng)浪流的環(huán)境條件下船舶依靠自身動力輸出自動保持艏向和船位的能力。DP是現(xiàn)代海洋工程船舶的通常配置，也是船舶作業(yè)能力的體現(xiàn)。DP按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的冗余度，分為3個(gè)等級，等級越高代表系統(tǒng)冗余度越高，也意味著船舶動力配置和船舶造價(jià)越高。船舶應(yīng)根據(jù)實(shí)際作業(yè)需求配置相應(yīng)的DP能力。

4.1 DP能力需求

海龍?zhí)栍捎跐撍鳂I(yè)需要較高的安全保障，因此潛水支持船需要在最嚴(yán)重單一故障發(fā)生的情況下仍具有保持船位的能力，為作業(yè)中的潛水員留出足夠的撤離時(shí)間。船級社授予潛水支持附加標(biāo)志的條件之一就是船舶具備2級或以上的DP能力[2]。船舶所有人可依據(jù)船舶目標(biāo)作業(yè)海域及作業(yè)性質(zhì)選擇2級或3級的DP能力，新建的專用飽和潛水支持船大都按照3級DP能力進(jìn)行配置。3級DP系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)考慮船體進(jìn)水和火災(zāi)引發(fā)定位失效的故障模式，可為潛水作業(yè)提供更高的安全保障。

4.2 動力系統(tǒng)冗余分組

海龍?zhí)柊凑?級DP能力要求進(jìn)行設(shè)備配置和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分別取得CCS的附加標(biāo)志DP-3和DNV的附加標(biāo)志DYNPOS-AUTRO。該船的推進(jìn)器、電站、動力輔助系統(tǒng)、電站管理系統(tǒng)、DP控制系統(tǒng)等按照2個(gè)冗余組進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)和布置，冗余組之間按照水密分隔和A-60防火分隔的要求進(jìn)行隔離，服務(wù)于各冗余組的輔助系統(tǒng)和控制系統(tǒng)均獨(dú)立設(shè)計(jì)。該船以1道滿足水密和A-60防火分隔要求的橫艙壁將機(jī)器處所分隔為前后2個(gè)機(jī)艙，每個(gè)機(jī)艙分別布置2臺3 500 kW的主柴油發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備和控制系統(tǒng)；配電板處所以同樣方式分隔為左右2個(gè)獨(dú)立的配電板室；艏部同樣分隔出前后布置的2個(gè)推進(jìn)器艙，每個(gè)推進(jìn)器艙安裝1臺1 400 kW管道式側(cè)向推進(jìn)器和1臺1 600 kW升縮式推進(jìn)器；艉部以水密和防火艙壁分隔為左右2個(gè)主推進(jìn)器艙，分別安裝1臺3 200 kW全回轉(zhuǎn)主推進(jìn)器及其輔助系統(tǒng)和設(shè)備；各冗余組的電纜和管路分別布置在獨(dú)立的水密和防火通道中。該船形成2個(gè)動力冗余組，分別可提供50%的動力輸出，從而實(shí)現(xiàn)3級DP要求的冗余水平。

4.3 故障穿越風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對

在相互獨(dú)立的分區(qū)配電系統(tǒng)中，各分區(qū)設(shè)備由分區(qū)內(nèi)的配電板供電，結(jié)構(gòu)型式清晰，可保證供電的獨(dú)立性及安全性，如圖3所示。

圖3 電力系統(tǒng)單線圖

由于海工船舶的設(shè)備和系統(tǒng)眾多、空間有限、電站容量有限等，不可避免地會出現(xiàn)不同分區(qū)供電設(shè)備共處于同一艙室的情形，或同一設(shè)備需要2個(gè)動力分區(qū)同時(shí)供電的情形。2個(gè)動力分區(qū)之間在空間上和物理上存在關(guān)聯(lián)點(diǎn)，帶來潛在的故障穿越風(fēng)險(xiǎn)，也就是說，一個(gè)動力分區(qū)的故障可能通過這些關(guān)聯(lián)點(diǎn)延伸至另一個(gè)分區(qū)，導(dǎo)致動力冗余被破壞。在設(shè)計(jì)上需要重點(diǎn)關(guān)注，避免故障穿越風(fēng)險(xiǎn)。以海龍?zhí)柕?50 t主起重機(jī)為例，其驅(qū)動電機(jī)功率約1 000 kW，需要2個(gè)動力分區(qū)共同供電才可滿足DP和起重機(jī)全功率使用的電力需求，這就相應(yīng)地帶來故障穿越風(fēng)險(xiǎn)：若起重機(jī)驅(qū)動電機(jī)處發(fā)生火災(zāi)，易導(dǎo)致2路供電電纜同時(shí)短路，短路故障會影響2個(gè)分區(qū)的配電板，進(jìn)而導(dǎo)致2個(gè)分區(qū)全部失電。因此，在設(shè)計(jì)上應(yīng)采取如下措施：取消傳統(tǒng)的起重機(jī)滑環(huán)供電形式，采用拖鏈形式的進(jìn)線方式；2路供電電纜采用A-60絕緣通道分開敷設(shè)，直至各自的電機(jī)接線盒；在電機(jī)接線盒處所安裝火警探頭，若火警發(fā)生，可即刻切斷配電板上的所有起重機(jī)供電開關(guān)。

4.4 DP能力可比性

在國際海事組織(IMO)關(guān)于DP的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及各船級社關(guān)于DP的相關(guān)規(guī)范條文中，關(guān)注重點(diǎn)均為如何通過冗余設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)船舶在單一故障模式下保有DP能力。然而，由于動力配置、推進(jìn)方式、設(shè)計(jì)選取的環(huán)境條件等各有不同，船舶的實(shí)際DP能力缺乏可比性。DNV提出環(huán)境規(guī)則數(shù)(Environmental Regularity Numbers，ERN)方法[3]，用統(tǒng)一的環(huán)境條件標(biāo)定船舶DP能力，使不同船舶的DP能力具有可比性。

ERN的表示方法為ERN(a,b,c,d)，其中：a為所有推進(jìn)器在線工作情形；b為作用最小推進(jìn)器失效情形；c為作用最大推進(jìn)器失效情形；d為導(dǎo)致最大動力損失單一故障發(fā)生情形，對于不作冗余考慮的設(shè)計(jì)，d為0。ERN指數(shù)的計(jì)算采用北海海浪統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲取風(fēng)速和浪高，海流速度恒定取為0.75 m/s。a、b、c、d的最大取值為99，表示在累計(jì)概率為99%的海況下，船舶有足夠的動力保持船位，其對應(yīng)的海況為6.10 m的有義波高和21.51 m/s的風(fēng)速。經(jīng)計(jì)算，海龍?zhí)柅@得的ERN指數(shù)為ERN(99,99,99,94)，可保證在較極端的海況下持續(xù)作業(yè)，并在50%動力喪失情況下實(shí)現(xiàn)安全撤離。

5 船舶穩(wěn)性改進(jìn)措施

對于海洋工程船舶來說，通常需要兼顧運(yùn)輸和作業(yè)，穩(wěn)性指標(biāo)直接決定船舶運(yùn)輸能力和作業(yè)能力，因此在船舶設(shè)計(jì)全過程中需要密切關(guān)注船舶的穩(wěn)性指標(biāo)。對于專用飽和潛水支持船來說，由于甲板以下空間有限，內(nèi)置式飽和潛水支持系統(tǒng)的設(shè)備大都布置在主甲板以上，需要比其他類型海洋工程船舶具備更大的上層建筑。船舶受風(fēng)面積較大、重心較高，在船舶設(shè)計(jì)過程中應(yīng)高度關(guān)注船舶重心控制，確保船舶穩(wěn)性滿足目標(biāo)作業(yè)能力需要。海龍?zhí)柕臐撍鳂I(yè)功能艙室區(qū)在主甲板上構(gòu)成一個(gè)封閉的上層建筑，長度為28 m，寬度為24 m，高度為12 m，空船重心偏高。為保證船舶的經(jīng)濟(jì)性，船舶的主尺度需要嚴(yán)格控制，因此該船的穩(wěn)性裕量不大。

5.1 船舶布置方案優(yōu)化

海龍?zhí)柕脑O(shè)計(jì)基礎(chǔ)是ST-246船型，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在工作伊始即對船舶穩(wěn)性進(jìn)行重新評估，依托積累的大量實(shí)船統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及收集的相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)，作出較細(xì)致和完整的船舶重量和重心預(yù)報(bào)，結(jié)果顯示該船的空船重量和重心高度均大于ST公司提供的預(yù)估數(shù)據(jù)，意味著該船的裝載能力和作業(yè)能力可能達(dá)不到船舶所有人的預(yù)期，需要對原船型的設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的優(yōu)化，進(jìn)一步提升船舶穩(wěn)性。具體措施包括：優(yōu)化直升機(jī)平臺支撐腿設(shè)計(jì)；將主起重機(jī)的安裝高度適當(dāng)降低1.5 m；優(yōu)化生活艙室區(qū)域布置；優(yōu)化減搖水艙設(shè)置；取消木質(zhì)工作甲板等。另外，還可將主起重機(jī)頂部的工作絞車安裝在主甲板以下空間，可進(jìn)一步降低船舶重心，由于當(dāng)時(shí)起重機(jī)已訂貨，因此沒有實(shí)施，但可為今后的船舶設(shè)計(jì)提供借鑒。

在ST公司的設(shè)計(jì)方案中，將廚房、餐廳和食品倉庫等布置在上層建筑的第五甲板，這種布置不符合常規(guī)的用船習(xí)慣，且增加上層建筑的重心高度，不利于船舶穩(wěn)性。據(jù)此，在設(shè)計(jì)中將上述艙室調(diào)整至第三甲板布置，將第五甲板布置為高級船員艙室。

在海洋工程船舶的工作甲板區(qū)域設(shè)置木質(zhì)甲板是一種通常工藝，目的是減少其鋼質(zhì)下甲板的損耗，但是木質(zhì)工作甲板的設(shè)置也帶來額外的維護(hù)保養(yǎng)工作量，且增加船舶的空船重量?？紤]該船的作業(yè)特點(diǎn)，設(shè)置木質(zhì)甲板的必要性不大，因此在設(shè)計(jì)上取消木質(zhì)甲板，節(jié)省的空船重量可分配給壓載水，從而提高壓載調(diào)撥的靈活性，有利于改善穩(wěn)性。

5.2 減搖水艙設(shè)置優(yōu)化

減搖水艙是海洋工程船舶和海洋科考調(diào)查船等作業(yè)性船舶的通常配置。為保證潛水鐘收放和ROV收放時(shí)的船舶穩(wěn)性，也為改善船員生活和工作的舒適性，在海龍?zhí)柕某醪皆O(shè)計(jì)方案中設(shè)置3個(gè)被動式不可控型減搖水艙，其中：1號減搖水艙位于上層建筑第四甲板的后部；2號減搖水艙位于主甲板下方的12～17號肋骨處；3號減搖水艙位于主甲板下方的6～11號肋骨處。3個(gè)減搖水艙的寬度與船寬一致，如圖4所示。

圖4 減搖水艙布置和主豎區(qū)劃分示例

初步的耐波性評估和穩(wěn)性評估結(jié)果顯示：艉部專用壓載水艙的容量偏小，在壓載工況和輕載工況下需要借助3號減搖水艙調(diào)平縱傾；減搖水艙的自由液面對船舶穩(wěn)性影響較大，甲板載貨能力明顯不足；典型工況下的橫搖固有周期分布在14～17 s范圍，減搖水艙的減搖效果不明顯。據(jù)此，在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行如下調(diào)整：取消1號減搖水艙及其結(jié)構(gòu)，使上層建筑區(qū)域的通道得以改善；將3號減搖水艙分隔為左右2個(gè)專用壓載水艙；保留2號減搖水艙，使該船仍具有一定的減搖能力。

6 潛水裝置外部處所消防設(shè)置

海龍?zhí)枬撍b置處所可分為內(nèi)部處所和外部處所，內(nèi)部處所為減壓艙內(nèi)部空間，是潛水員的生活空間；外部處所為減壓艙外部空間，包括潛水設(shè)備和系統(tǒng)、潛水服務(wù)、潛水監(jiān)督和控制等占據(jù)的空間。

內(nèi)部處所配置適合高壓環(huán)境的火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)、水霧滅火裝置及手提式水滅火器等。內(nèi)部處所的火警系統(tǒng)和滅火裝置完全獨(dú)立于外部處所，是減壓艙的組成部分，屬于產(chǎn)品檢驗(yàn)范疇；外部處所的消防設(shè)置則屬于船舶檢驗(yàn)范疇。

CCS與DNV對潛水裝置外部處所消防設(shè)置的規(guī)定大體相當(dāng)。CCS規(guī)范的基本要求[4]為：安裝在母船或海上平臺的封閉的潛水裝置處所，應(yīng)以A-60級艙壁和甲板與相鄰處所分隔，并應(yīng)設(shè)有至少換氣8次/h的機(jī)械通風(fēng)；封閉的潛水裝置處所應(yīng)設(shè)置對水平投影面積供水率為10 L/(min·m2)的水霧滅火系統(tǒng)，以便在失火時(shí)冷卻和保護(hù)潛水系統(tǒng)和潛水器，在潛水裝置位于露天甲板上時(shí)，母船或海上平臺上的消防水帶可取代上述水霧系統(tǒng)。此外，DNV規(guī)范對露天甲板上的潛水裝置相鄰甲板和艙壁的防火絕緣、潛水裝置處所的內(nèi)部分隔、撤離通道、電纜和管路保護(hù)、高壓救生艇部位保護(hù)、等效的固定滅火系統(tǒng)等也提出具體要求[2]。

DNV同樣接受采用固定式氣體滅火系統(tǒng)保護(hù)潛水裝置外部處所，氣體介質(zhì)應(yīng)為在設(shè)計(jì)體積分?jǐn)?shù)下無毒害。固定式氣體滅火系統(tǒng)的使用成本較高，且僅有滅火功能，沒有在火災(zāi)環(huán)境下冷卻潛水系統(tǒng)和潛水器的效果。該船設(shè)置1套水霧滅火系統(tǒng)用于潛水裝置外部處所、機(jī)器處所及燃油設(shè)備局部的保護(hù)，該系統(tǒng)以船舶攜帶的淡水為滅火介質(zhì)，不僅可冷卻和保護(hù)潛水系統(tǒng)和潛水器，而且使用成本較低。另外，在潛水鐘控制站、飽和潛水控制站和空氣潛水工作站等3處艙室，由于需要有人長時(shí)間值守，且艙室中的監(jiān)控設(shè)備電氣防護(hù)等級較低，不適合采用水霧系統(tǒng)保護(hù)，因此，在設(shè)計(jì)上選用七氟乙烷氣體滅火系統(tǒng)。

7 主豎區(qū)劃分

海龍?zhí)柍藛T為120人，適用《特種用途船舶安全規(guī)則》[5]，應(yīng)參照載客不超過36人的客船相關(guān)要求劃分主豎區(qū)：在起居處所和服務(wù)處所的船體、上層建筑及甲板室以“A”級分隔為若干主豎區(qū)，任何主豎區(qū)的長度和寬度應(yīng)不大于40 m，為使主豎區(qū)端壁與水密分艙艙壁一致或?yàn)樘峁┮粋€(gè)完整的大型公共處所，該長度或?qū)挾瓤裳由熘?8 m[6]。該船的起居處所和服務(wù)處所的船體、上層建筑及甲板室的總長度在48 m范圍內(nèi)，按常規(guī)考慮可只劃分1個(gè)主豎區(qū)。經(jīng)與船級社討論，各方達(dá)成共識，認(rèn)為DDC在實(shí)質(zhì)上是潛水員的生活艙室，劃分DDC的封閉處所應(yīng)計(jì)入起居處所和服務(wù)處所的總長度。因此，該船劃分2個(gè)主豎區(qū)(見圖4)：船員的起居處所和服務(wù)處所涉及的船體長度范圍劃分1個(gè)主豎區(qū)；潛水裝置處所部分，包括DDC區(qū)域、潛水設(shè)備艙室、相關(guān)的服務(wù)艙室和控制站等涉及的船體長度范圍劃分1個(gè)主豎區(qū)。

8 救生艇配備

在ST公司提供的方案設(shè)計(jì)規(guī)格書中，要求海龍?zhí)柮肯习惭b的全封閉式救生艇可供全部在船人員撤離，即以可容納120人、按95 kg/人計(jì)算乘員重量。這樣的配備遠(yuǎn)超過IMO相關(guān)公約的要求：《國際海上人命安全公約》(《SOLAS公約》)要求客船每舷配備的救生艇可容納不少于50%的在船人員，貨船每舷配備的救生艇應(yīng)容納100%的在船人員[6]；國際救生設(shè)備規(guī)則(LSA Code)要求客船的救生艇按照75 kg/人計(jì)算乘員重量，貨船按照82.5 kg/人計(jì)算乘員重量[7]。

經(jīng)調(diào)查了解，這樣的配備來源于澳大利亞國家海洋石油安全和環(huán)境管理局(NOPSEMA)的相關(guān)安全建議。在一份國際海事承包商協(xié)會(IMCA)和NOPSEMA的會議紀(jì)要(2012年9月4日)中，NOPSEMA認(rèn)為，基于蒙特拉(MONTARA)井噴事故處置過程獲得的認(rèn)識，對于可能曝露于油氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)下的船舶，在其每舷設(shè)置可容納100%在船人員的全封閉式救生艇是適當(dāng)?shù)?；澳大利亞國家海上石油安全?NOPSA)(2012年1月更名為NOPSEMA)在其發(fā)布的一則監(jiān)管簡訊中指出，澳大利亞海上油田工人的體重大多為90～95 kg，甚至有超過100 kg的記錄，船舶運(yùn)營者應(yīng)根據(jù)在船人員實(shí)際平均重量升級救生艇筏及釋放裝置的能力，或限制在船人數(shù)使救生艇筏不超載。

上述內(nèi)容可解釋該船每舷按照100%在船人數(shù)配備救生艇并按照95 kg/人計(jì)算重量的技術(shù)背景。在設(shè)備訂貨時(shí)發(fā)現(xiàn)：若按照95 kg/人的重量訂制救生艇，艇體和釋放裝置的尺寸會顯著超出預(yù)留安裝空間尺寸，上層建筑布置需要較大的調(diào)整。經(jīng)溝通，船舶所有人接受按照82.5 kg/人的重量訂制救生艇及釋放裝置，在今后作業(yè)時(shí)按照救生艇的承載能力核定在船人員數(shù)量。

對在海上油田區(qū)域長期施工的船舶或在井噴、溢油現(xiàn)場搶險(xiǎn)作業(yè)的船舶，超標(biāo)配備救生艇有其合理性。一些近年建造的大型海洋工程施工船舶也是以超標(biāo)方式配備全封閉式救生艇。此案例提醒船舶設(shè)計(jì)師：在設(shè)計(jì)特種作業(yè)船舶時(shí)，不僅需要理解船舶作業(yè)特點(diǎn)，而且需要了解目標(biāo)作業(yè)水域主管機(jī)關(guān)的特殊作業(yè)安全管理要求。

9 結(jié) 語

通過參與海龍?zhí)柕脑O(shè)計(jì)工作，對飽和潛水支持船的關(guān)鍵技術(shù)有進(jìn)一步的認(rèn)知，后續(xù)承接交通運(yùn)輸部上海打撈局新型深潛水工作母船的相關(guān)設(shè)計(jì)任務(wù)。總結(jié)如下經(jīng)驗(yàn)，可為同類船舶設(shè)計(jì)提供參考：(1)飽和潛水支持船是一種專業(yè)性很強(qiáng)的特種作業(yè)船舶，船舶設(shè)計(jì)應(yīng)以實(shí)現(xiàn)預(yù)期安全潛水作業(yè)能力為核心展開，要求船舶設(shè)計(jì)師對潛水系統(tǒng)構(gòu)成、功能及潛水作業(yè)流程建立較全面的認(rèn)知；(2)飽和潛水作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)較高，潛水支持船應(yīng)盡可能具備3級DP能力，在系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)中應(yīng)重視消除潛在的故障穿越風(fēng)險(xiǎn)，特別是大功率設(shè)備需要2區(qū)同時(shí)供電的工況會有較高的故障穿越風(fēng)險(xiǎn)；(3)潛水系統(tǒng)應(yīng)集中布置，潛水裝置外部處所應(yīng)計(jì)入主豎區(qū)的劃分長度，并采用固定式水霧滅火系統(tǒng)保護(hù)；(4)飽和潛水支持船會有較大的上層建筑，在船舶總體布置上及在船舶設(shè)計(jì)過程中應(yīng)合理控制船舶重心；(5)應(yīng)結(jié)合作業(yè)需求和船舶橫搖特性，合理選擇減搖水艙容積和減搖水艙型式，在減搖效果、船舶穩(wěn)性、空間占用等方面達(dá)成平衡；(6)對在海上油田區(qū)域長期施工的船舶或在井噴、溢油現(xiàn)場搶險(xiǎn)作業(yè)的船舶，超標(biāo)配備救生艇有其合理性。