消防船

隨著國家經濟建設的不斷發展，大量的港口、碼頭、油庫等作為生產、生活資料主要集散地的建築設施在我國海岸線上不斷建成投入使用，其貨運吞吐量在不斷增長，貨運品種不斷增加，其中包括了大量的可燃、易燃、易爆物資，港區內每天都有大量的船舶靠泊，一旦發生火災，將會造成重大人員傷亡和財產損失。消防船既可承擔對港口碼頭等臨岸設施及海上失火船舶的滅火救助工作，也可對沿江、沿海城市岸邊建築物的失火進行撲滅救助，並可兼有其他一些功能，如潛水支援、對海難事故進行搜救工作等。作為沿海經濟建設發展的必要保障手段，消防船越來越受到各級政府部門的重視，並進行相關的研發工作。近年來，我國港口火災時有發生，而且火情複雜，形勢嚴峻，直接導致了消防任務加重，因此對大型消防船的需求也大大增加。提出了一個大型消防船的設計方案，並就大型消防船的總體設計方面進行了探討。

本船適用於港口及沿海航區，對外消防能力為Fi-Fi2級，為橫骨架式全焊接結構、單甲板、單底、雙機雙槳、雙舵、圓舭型線，主船體為鋼質、甲板室為鋁合金結構、B級冰區加強的消防船。艏部設有艏側推裝置，消防時可協助船舶保持船位，並具有良好的視野和迴轉性能。設計主要依據規範：中華人民共和國海事局（MSA）《船舶及海上設施法定檢驗規則-國內航行海船法定檢驗技術規則（2004）》及2006修改通報；中國船級社（CCS）《鋼質海船入級規範2006》及2007、2008其修改通報。

1.1主要尺度及主要技術參數

船的主要尺度為：總長50.0m；垂線間長47.0m；型寬11.0m；型深4.4m；設計吃水2.7m；設計排水量702t；設計航速16kn；續航力1350nmile（15kn/90h）；船員10人；消防員32人；主機最大功率2525kW×2（1800r/min）；發電機組功率200kW×2；消防泵流量3600m/h×2.對外消防設備包括2台主消防水炮和4台副消防水/泡沫炮.1）主消防水炮：流量3600m/h，噴水射程大於220m，射高大於80m.2）副消防水/泡沫炮：流量1800m/h，噴水射程大於150m，射高大70m；噴泡沫射程大於120m，射高大於50m.本船航速較高，機動性強，具有快速反應能力，承擔對港口、海上設施及各類船舶的滅火和搶險救援任務。主要技術指標型船相比處於領先水平。與近年新建的同類。

船舶的方案設計面臨著眾多因素的相互制約。大型消防船的設計主要面臨以下矛盾：

1）更先進的消防性能需求與經濟預算、總布置、機艙布置的矛盾；

2）主機推進方式與機艙布置的矛盾；

3）消防打水與穩性的矛盾；

4）舒適性與艙室布置的矛盾。在本船的設計中，對以上設計矛盾進行了深入分析。

2.1型線設計

消防船必須保證一定的快速性。要求阻力性能優良，是本船設計中的一個關鍵技術。計算流體力學（CFD）是當前船舶型線設計及優化的新興手段，已經得到廣泛應用。本文以CFD方法為基礎，經過對型線的一系列優化設計，最終的船型比優化前降低阻力6.8%，滿足了航速的指標要求。

2.2總布置設計

總布置設計是整個設計工作中最重要的一環，總布置設計的好壞對船舶的使用性能、經濟性、安全性以及建造工藝都有直接的影響。從消防功能上來考慮，水炮炮位應儘可能高，但又要考慮對穩性的影響，通過穩性計算，最終確定羅經甲板兩舷各設1門主消防水炮，駕駛甲板首部和尾部兩舷各設1門副消防水/泡沫兩用消防炮。從使用上來考慮，本船要兼顧船員和消防員，專門設置了8個2人間供消防員輪班休息。主甲板下設置6道水密隔壁把全船劃分為7個水密艙室：舵機艙、泡沫艙、機艙、集控室艙、船員艙、儲藏艙及艏尖艙。艏部甲板設有1台卧式液壓錨機、帶纜樁、導纜鉗等。艉部甲板配1艘工作艇及1具摺疊式克令吊機等，船尾設內置式斜梯小平台。甲板室分兩層：主甲板室和駕駛室。主甲板室內設會議室、醫務室、廚房、衛浴間、滅火站、配電間、空調機室、乾粉設備間、呼吸器材儲存間及水帶儲存間等。駕駛室內設駕控台、消防系統控制台、海圖桌等。在通道布置方面，應考慮消防作業時可能啟動水霧保護系統，外圍通道則不便通行，此時應利用內部通道在船上各艙室間通行。上層建築內通主甲板以下艙室為便於執行任務時通行便捷，均設置寬度為900mm的非標準斜梯，與內裝斜梯相配。本船的總布置設計的特點是保證良好的消防性能，將水炮布置地盡量高（炮基座高出羅經甲板1800mm），同時兼顧安全性及人性化設計。

2.3機艙布置

設有一個機艙和一個集控室（內設配電板、監視台）.機艙內布置的主要機械設備有：2台主柴油機組2825kW、2台柴油發電機組200kW、2台主柴油機前端帶消防泵組、1台艙底壓載泵、1台消防總用泵、1台海水管道壓力泵、1台淡水管道壓力泵、1台空壓機組、1台電動燃油泵、1台燃油分離機、1台污油水分離機、1台生活污水處理裝置、4台軸流風機及備用滑油箱等。

每台主機通過滑差離合器減速齒輪箱和軸系驅動一個定距漿。每套推進系統由一台主機、彈性聯軸節、滑差離合器齒輪箱、中間軸、艉軸、螺旋槳和相應的組件組成。消防作業時通過主機自由端的離合器帶動對外消防泵，後端通過滑差齒輪箱實現螺旋槳的低速運轉，滑差齒輪箱的Ω機構和操舵裝置、艏側推裝置聯合對船舶進行定位。非消防狀態時，主機自由端則脫開。這種配置方式使推進系統配置簡單，操縱簡便。並且不用再專門設置對外消防泵的驅動裝置，更進一步節省了機艙的空間，使機艙布置較為簡單。

2.4對外消防系統

對外消防系統由消防泵、消防水炮、管路和閥門、水泵驅動裝置、控制系統等組成。本船對外消防系統包括消防泵組2套，由2台主機自由端通過齒輪箱（內置液壓離合器）驅動，消防泵與齒輪箱之間以齒形聯軸器連接。航行時主機與對外消防泵齒輪箱脫排，主機僅用來推進；消防作業時，主機除通過自由端齒輪箱帶動消防泵外，還通過舵槳系統對消防船進行定位。

對外消防泵採用卧式中開單級離心泵，每台消防泵的流量為3600m/h；對外消防泵布置為側面入口、側面出口，泵入口朝向船中心.6台消防炮通過駕駛室控制台及無線遙控器遙控，同時配有手動操作。噴水工作時，可同時使用以下組合方式：

1）2台主消防水炮；

2）4台副消防水/泡沫炮；

3）甲板每舷設5個DN65的消防栓（共計10個）；

4）甲板上設4個DN300的消防接頭（共計4個）.

另外，也可以實現部分炮噴水，部分炮噴泡沫液。本系統設環泵式泡沫比例混合器1台，泡沫混合液流量為1200m/h.本船設水幕系統，由對外消防泵供水，供滅火作業時自保，水幕系統供水總量約為400m/h，水幕系統分區控制，流量不小於10L/min·m。

2.5照明系統

1）正常照明﹑應急照明及可移照明設有AC220V供電的正常照明﹑DC24V供電的應急照明及可移動照明系統。當正常照明220V失電，DC24V應急照明自動接通。各有關艙室均設有AC220V﹑DC24V插座，配手提燈等。內部主照明系統採用20W×2熒光燈﹑白熾艙頂燈，根據不同的安裝地點選擇普通型或水密型。

2）露天照明

（1）在主甲板設若干甲板燈，在駕駛室前﹑主桅前後﹑后甲板共設5盞AC220V鹵素泛光燈，功率為400W，作為本船火災撲救工作照明；

（2）每個救生艇閥旁設100W投光燈1盞，共2盞；

（3）本船設有遙控探照燈2隻（AC220V﹑1000W），布置在駕駛室頂，兼作航行及夜光消防工作用途。探照燈能在晴朗的天氣條件下的250m的範圍內，對不小於11m直徑的區域提供501×的光照度。探照燈能在水平和垂直方向遙控調整；

（4）在消防甲板每舷設AC220V強光燈2隻，兩舷共4隻，功率為500W，用於對外消防照明。

3）夜間照明

在羅經甲板和燈桅上設夜間照明燈，其中，TG28-A型探照燈4盞，TG12型投光燈10盞，電源控制位於駕駛室.TG28-A型探照燈可在駕駛室進行自動控制和在燈旁進行手動控制，TG12型投光燈只能在燈旁進行手動控制。

2.6無線電通訊設備

1）甚高頻無線電話：一套RT5022型VHF無線電話，具有DSC功能，並在CH70上連續值班。無線電話布置在駕控台上；2套RT2048型VHF無線電話，其中一檯布置在船員室。

2）手提雙向甚高頻無線電話：2套JHS-7型雙向VHF無線電話。

3）搜救雷達應答器：兩套S4搜救雷達應答器。

4）航空對講機：一套JortronTR-7525型VHF航空對講機。

5）消防專用電台：一台消防專用電台。

6）視頻傳輸系統：視頻3G傳輸系統一套（類似手機方式，無線傳輸），可將通過攝像頭提取的數據傳到大連消防支隊海上消防指揮中心、瀋陽、北京等地，能夠即時傳輸圖像。在駕駛甲板的艏艉各設一個可升降攝像頭，在指揮室各設一個攝像頭。另在指揮室設1台72英寸的顯示屏也可顯示此圖像。

7）海事電話：手持式銥星電話一套。

8）F-B站（寬頻傳輸設備）一套，用於海上寬頻數據傳輸。

大大提高船舶在橫風時的風帆推力，從而大大提高風帆助航的推進效率。翼型風帆具有對稱性加工方便，風帆安裝后對風帆的控制和船舶的穩性比不對稱風帆有利。

1）通過結合矩形圓弧風帆和機翼特性，改善風帆的空氣動力學特性從而達到較好的利用風能的目的。通過將NACA0006翼型的首尾形狀由尖尾翼改變成適當的圓弧尾緣，改變翼型的拱度及最大拱度的位置，並對下表面的彎度進行適當的修正，提高了傳統的矩形圓弧型風帆的空氣動力性，設計出一種新型的翼型風帆。

2）利用FLUENT軟體對設計的風帆進行建模和數值風洞模擬試驗，通過試驗結果分析證明這種新型的翼型風帆具有較好的空氣動力性，能夠較好的利用風能。

3）為進一步對試驗結果進行驗證，對設計的新型風帆按比例做成模型並進行風洞試驗。通過FLUENT數值風洞模擬試驗結果和風洞試驗結果對比證明設計的翼型風帆是一種新型高效的風帆。

4）本文的研究僅局限於理論上對新型風帆的空氣動力學特性進行了論證，風帆助航是一項綜合而又複雜的工作，需要對各個方面進行論證，如翼型風帆安裝對船舶穩性、船舶操縱性能等方面的影響。

消防部隊實施滅火救援過程中，水是使用頻率最高、使用量最大的滅火劑。如何保證陸地火場持續不間斷的供水，既是確保滅火救援成功的關鍵，也是保證消防部隊參戰人員自身安全的必要條件。火場供水來源主要有市政水源和江河等天然水體。下面筆者結合廣州城市實際情況，就利用珠江等天然水體，通過消防船向陸地火場供水的實際應用進行探討。

1.1必要性分析

(1)撲救火災高風險區域單元火災需要消防船供水。在廣州城市消防規劃(2011－2020年)中，對廣州市中心城區進行了火災風險等級評估。其中3個高風險單元全部位於珠江邊，佔比100%。12個次高風險單元亦有10個位於珠江或河涌沿岸，佔比達83.3%。上述區域消防船均能夠航行到達，為消防船實施陸地火場供水提供便利。

(2)撲救舊城區火災需要消防船供水。廣州舊城區(建成時間超過30年的集中連片的城市片區)基本分佈在沿珠江兩岸，面積達到54km，城中村現象極為普遍，達140餘個，且出於經濟發展、生活保障等需要，該區域內建設了多個大型公共設施和專業市場，火災荷載非常大。經過近幾年的建設，消火栓設施得到較大完善，但舊城區仍存在供水管道殘舊，使用年代久遠，管道爆裂時有發生，消火栓欠賬多，消防管網不完善，無法保證足夠的消防用水量。一旦發生大型火災，使用市政消防水源向火場供水，極有可能無法保障火場滅火需要，利用消防船實施供水將非常必要。

(3)撲救高層建築火災需要消防船供水。該方法輻射單位多。以一般供水可達的範圍進行分類定義，在距離珠江500m範圍內的單位定義為極易利用水源，在500～1000m範圍內的為易用水源，1000～2000m範圍內的為可以使用水源，2000m以上為較難使用水源進行劃分，在廣州123家市級重點單位中，可以極易利用珠江水源作為消防用水的單位有30家，易用的有8家，可以使用的有33家單位，較難使用的為52家，珠江水域基本覆蓋了全市約58%的重點單位，基本涵蓋了越秀、海珠、荔灣等老城區重點單位，輻射了珠江新城、琶洲、大學城、二沙島等多處重點場所，可以作為滅火救援消防用水的有效補充。

廣州擁有24m以上高層建築1萬多棟，其中百米以上超高層建築300多棟，主要分佈在江南大道、廣州大道等主幹道兩側以及沿珠江兩岸，尤以緊鄰珠江岸邊的珠江新城分佈密度最大，如“廣州塔”高達600m，為中國第一高塔，世界第三高塔。儘管高層建築內部消防設施較為完善，但一旦發生火災，火場用水需求量巨大，內部消防設施及市政水源將受到很大考驗，利用消防船實施供水將非常必要。

(4)撲救化工災害事故需要消防船供水。廣州是石化大市，域內從事危險化學品生產、使用、存儲、運輸、經營及廢棄處理企業總數約5000家，其中生產企業170餘家，主要集中分佈在黃埔、番禺、南沙等沿珠江及港口等水域交通便利之處，如華南地區最大石化企業廣州石化距離珠江僅4km，南山石化基地亦位於珠江出海口。化工災害事故具有撲救難度大、危險性高、社會影響大等特點，一旦發生火災很難控制，需要大量用水，其所處地域特徵則方便消防船到達實施火場供水。

1.2可行性分析

(1)執勤消防船供水能力強。廣州現有的水上消防力量主要有水上中隊珠江號、廣消03號，小虎島中隊南沙號，在供水方面主要參數如下:珠江號。於2008年投入執勤，噸位340t，裝載燃油25t，消防泵功率為1640kW，共2台，水泵流量416L/s，最大功率續航時間約27h，65mm出水口有11個，80mm出水口10個。廣消03號。於2000年投入執勤，噸位250t，裝載燃油20t，消防泵功率447kW，共2台，水泵流量167L/s，最大功率續航時間約80h，有65mm出水口12個。南沙號。於2011年投入執勤，噸位680t，裝載燃油最50t，消防泵流量666L/s，共3台，最大功率續航時間約12h，有65mm，80mm出水口各12個。

對比消防車供水，消防船供水的主要優勢為:從江河取水受限制相對較小、續航時間長、水泵功率大、供水壓力高、流量大、出水口多等方面，在相同流量的情況下，能保證更多的幹線順利供水。

(2)域內水系發達。廣州地處南方豐水區，境內河流水系發達，珠江及其眾多支流貫穿整個廣州。全市水域面積7.44萬公頃，佔全市土地面積的10%，主要河流有北江、東江北幹流及增江、流溪河、白坭河、珠江廣州河段、市橋水道、沙灣水道等，集雨面積在100km以上的河流共有22條，主要河涌有231條，覆蓋全市12個縣級區(市)。與周邊佛山、中山、東莞、珠海、清遠、江門等珠三角城市均有航道直接連通。發達的水系不僅為消防滅火救援提供了極佳的天然消防用水，而且為消防船跨區域作戰提供了便利的航行通道。

(3)沿岸基礎設施建設良好。主要體現在：碼頭泊位數量多。依據廣州海事局公開數據顯示，截止至2008年底，廣州共有各類碼頭、泊位848個，錨地、泊區120個，橋樑(通航水道)161座。沿江兩岸路面開闊。廣州市政府從2003年開始啟動珠江綜合整治，全面拆除岸邊窩棚、違章建築及露天垃圾場，並清理沿岸江低淤泥，市內主城區沿岸全部建設景觀工程。消防取水設施建設逐步完善。廣州市消防支隊積極匯同水務部門，爭取發改委立項，在市內7個中心城區臨近珠江、河涌邊規劃建設70個消防天然用水取水口。基礎設施良好，為消防船實施靠岸、離岸供水提供了便利條件。

2.1消防船供水量計算

因現在的消防船對外並無專用供水口的設置，故在供水時需採取65mm或80mm口徑出水口，利用消防水帶進行供水，在對消防船的供水距離進行理論計算時，根據水平供水距離的計算公式進行供水距離的估算，具體見公式(1):Sx=α×L[(γP-P)/(Pd+P)]

(1)式中:Sx———水平供水距離，m;α———水平鋪設水帶係數，一般取0.9;L———每條水帶的長度，m;P———泵出口壓力，10Pa;γ———消防泵揚程使用係數;P———保證傳輸供水出口的壓力，一般取值10×10Pa;Pd———每條水平鋪設的水帶壓力損失，10Pa;P———每條幹線水帶介面壓力損失，一般取值0.5×10Pa。不論採取多少路幹線供水，只要不超過消防泵的供水能力，消防泵供水能力均可以按照一路水帶幹線計算。在計算消防船的供水距離時可以利用公式(1)進行估算。

2.2與消防車輛供水比較分析

以珠江號、南沙號為例，並與廣州市消防中隊常規配備的五十鈴小功率消防車，UD水罐泡沫消防車的供水能力進行對比，分析消防船供水的主要優勢。如蘇州捷達UD水罐泡沫消防車，水泵流量100L/s，80mm出水口4個，額定低壓1.0MPa時額定流量90L/s，額定中壓2.0MPa時額定流量45L/s。

蘇州捷達五十鈴水罐泡沫消防車，水泵流量65L/s，80mm出水口4個，消防泵低壓工況1.0MPa時額定流量40L/s，中壓工況2.0MPa時額定流量20L/s。根據公式(1)，利用80mm膠里水帶單幹線供水，保證供水流量6.5L/s時，可以計算得出工作在2MPa的壓力時，理論供水距離可達到3018m(為理想狀態，利用膠里水帶供水時供水能力，因65mm中壓水帶供水量在11～12L/s，80mm中壓水帶供水量在15L/s，故以該流量為基礎進行計算)。根據計算，經過分析可以得出結論，消防船較消防車供水主要優勢主要有三點:

(1)出水口多，結合功率以及出水口考慮，UD的供水能力約等於2輛五十鈴，珠江號的供水能力約等於5輛UD的供水能力，南沙號的供水能力約等於6輛UD的供水能力。

(2)取水方便。如果考慮到消防車在水箱用完后，需要從其他渠道進行取水，消防管網設計要求消防用水流速不大於2.5m/s，通過計算，可知100mm的管網水流量約20L/s，需要4條獨立的環狀管網或4個枝狀管網上的消火栓才能提供UD用水，而消防船是直接利用江河用水，不受流量、壓力限制，實際供水量比消防車更大。

(3)消防船因水泵功率大，在中壓供水中泵揚程使用係數只需要30%左右即可以達到消防車最大功率的90%，泵的發熱量低，不需要停機，同時續航也更長。

1.3消防船供水距離實際測試結果

利用19mm口徑水槍，有效射程15m，流量6.5L/s時，壓力是27×10Pa。經實際測試，利用水帶進行供水，泵出口壓力表讀數2.0MPa。與實際結果相差較大的主要原因:泵出口壓力表讀數與實際壓力有偏差;水帶質地不一，介面等材質不同，抗阻係數與理論有區別;水帶介面密封性不足，導致漏水，壓力降低。綜合來看，消防船能滿足3km範圍內10條幹線供水的需要。

3.1供水方法

通過上述理論部分的計算以及實際的供水測試，可以看出消防船在供水上較消防車有較明顯的優勢，在實際的供水操作中，消防船在取水中，根據有無停靠碼頭，可以分為離岸供水與靠岸供水兩種方式;根據作用，可以分為直接向主戰車供水以及向供水車供水兩種方法。

(1)離岸供水。在火場範圍超過2km沒有碼頭的情況下，應優先採取離岸供水。但在離岸供水的過程中，需要注意的是周邊的環境，如水流、風向、水域流態和水深等諸多因素都會影響離岸供水，鋪設供水線路時必須考慮到水的流速對消防水帶的衝擊作用和船體衝擊擺動因素，水流速度超過3m/s一般無法完成供水，同時如果在岸邊沒有水帶幹線的支撐物或者固定物，由於在供水過程中，后坐力等影響，船體容易發生擺動，造成水帶的拉扯，導致介面脫落，幹線將難以鋪設。因此消防戰船採取離岸供水的形式供水時，必須因當時條件而定，並做好水帶的固定。採取離岸供水時，比較適宜向岸邊消防車供水，由岸邊消防車再行向主戰車進行接力供水或者運水供水。

(2)靠岸供水。考慮到消防船遠程供水能力較強，且在離岸供水時受限較大，一般在距離火場2km範圍內有碼頭都應該優先考慮靠岸停航，利用船上消火栓鋪設水帶出水，在出水的過程中，船體穩定，水帶穩定，可同時供水線路多。在靠岸供水時，既可以給主戰消防車直接供水，也可以向岸邊供水消防車進行供水或向運水供水消防車供水。

3.2注意事項

(1)消防船供水操法訓練。利用消防船進行供水，主要需要解決水帶的鋪設，與陸上消防力量聯動等問題，除了基礎的水帶連接操、水帶延長操外，主要還要開展長距離，如400～3000m的水帶鋪設操法訓練，以及應對離岸供水水帶幹線鋪設的拋投器使用、小艇輸送水帶等操法的訓練，確保在供水到車前供水幹線的順利鋪設。

(2)消防船供水器材配備。為了充分發揮消防船的技術性能，須科學合理地配置隨船的供水器材，具體注意如下:消防船一般的設計只是作為滅火救援使用，可裝載的水帶不多，要發揮遠距離供水能力，需對水帶固定架等進行加裝。供水器材均應配備相應的中壓器材，如中壓水帶、中壓水帶介面、中壓分水器等，如果採用低壓供水器材，當遠距離供水時，將造成器材破壞(如水帶爆破、介面漏水等)，直接影響火場供水，甚至造成供水失敗。如果簡單地按照常規配備標準進行配備，則不能發揮消防船的供水能力。如果採取離岸供水，在水路的水帶必須用繩綁好水帶介面或裝介面固定裝置，否則極易因水流的衝擊導致介面脫落，車不適宜在河道進行抽水供水時，利用消防船作為供水的主要力量，保證火場用水供給強度。