[科普中国]-消防船

消防船的设计概述随着国家经济建设的不断发展，大量的港口、码头、油库等作为生产、生活资料主要集散地的建筑设施在我国海岸线上不断建成投入使用，其货运吞吐量在不断增长，货运品种不断增加，其中包括了大量的可燃、易燃、易爆物资，港区内每天都有大量的船舶靠泊，一旦发生火灾，将会造成重大人员伤亡和财产损失.消防船既可承担对港口码头等临岸设施及海上失火船舶的灭火救助工作，也可对沿江、沿海城市岸边建筑物的失火进行扑灭救助，并可兼有其他一些功能，如潜水支援、对海难事故进行搜救工作等.作为沿海经济建设发展的必要保障手段，消防船越来越受到各级政府部门的重视，并进行相关的研发工作.近年来，我国港口火灾时有发生，而且火情复杂，形势严峻，直接导致了消防任务加重，因此对大型消防船的需求也大大增加.提出了一个大型消防船的设计方案，并就大型消防船的总体设计方面进行了探讨.

1消防船设计方案本船适用于港口及沿海航区，对外消防能力为 Fi-Fi 2 级，为横骨架式全焊接结构、单甲板、单底、双机双桨、双舵、圆舭型线，主船体为钢质、甲板室为铝合金结构、B 级冰区加强的消防船.艏部设有艏侧推装置，消防时可协助船舶保持船位，并具有良好的视野和回转性能.设计主要依据规范：中华人民共和国海事局（MSA）《船舶及海上设施法定检验规则-国内航行海船法定检验技术规则（2004）》及2006 修改通报；中国船级社（CCS）《钢质海船入级规范2006》及2007、2008 其修改通报.

1.1 主要尺度及主要技术参数

船的主要尺度为：总长50.0m；垂线间长47.0m；型宽11.0m；型深4.4m；设计吃水2.7m；设计排水量702t；设计航速16kn；续航力1350n mile（15kn/90h）；船员10 人；消防员32 人；主机最大功率2525kW×2 （1800r/min ）；发电机组功率200kW×2；消防泵流量3600m/h×2.对外消防设备包括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，喷水射程大于220m，射高大于80m.2）副消防水/泡沫炮：流量1800m/h，喷水射程大于150m，射高大70m；喷泡沫射程大于120m，射高大于50m.本船航速较高，机动性强，具有快速反应能力，承担对港口、海上设施及各类船舶的灭火和抢险救援任务.主要技术指标型船相比处于领先水平.与近年新建的同类

2 大型消防船设计特点船舶的方案设计面临着众多因素的相互制约.大型消防船的设计主要面临以下矛盾：

1）更先进的消防性能需求与经济预算、总布置、机舱布置的矛盾；

2）主机推进方式与机舱布置的矛盾；

3）消防打水与稳性的矛盾；

4）舒适性与舱室布置的矛盾.在本船的设计中，对以上设计矛盾进行了深入分析.

2.1 型线设计

消防船必须保证一定的快速性.要求阻力性能优良，是本船设计中的一个关键技术.计算流体力学（CFD）是当前船舶型线设计及优化的新兴手段，已经得到广泛应用.本文以 CFD 方法为基础，经过对型线的一系列优化设计，最终的船型比优化前降低阻力 6.8%，满足了航速的指标要求.

2.2 总布置设计

总布置设计是整个设计工作中最重要的一环，总布置设计的好坏对船舶的使用性能、经济性、安全性以及建造工艺都有直接的影响.从消防功能上来考虑，水炮炮位应尽可能高，但又要考虑对稳性的影响，通过稳性计算，最终确定罗经甲板两舷各设 1 门主消防水炮，驾驶甲板首部和尾部两舷各设 1 门副消防水/泡沫两用消防炮.从使用上来考虑，本船要兼顾船员和消防员，专门设置了 8 个 2人间供消防员轮班休息.主甲板下设置 6 道水密隔壁把全船划分为 7 个水密舱室：舵机舱、泡沫舱、机舱、集控室舱、船员舱、储藏舱及艏尖舱.艏部甲板设有 1 台卧式液压锚机、带缆桩、导缆钳等.艉部甲板配 1 艘工作艇及1 具折叠式克令吊机等，船尾设内置式斜梯小平台.甲板室分两层：主甲板室和驾驶室.主甲板室内设会议室、医务室、厨房、卫浴间、灭火站、配电间、空调机室、干粉设备间、呼吸器材储存间及水带储存间等.驾驶室内设驾控台、消防系统控制台、海图桌等.在通道布置方面，应考虑消防作业时可能启动水雾保护系统，外围通道则不便通行，此时应利用内部通道在船上各舱室间通行.上层建筑内通主甲板以下舱室为便于执行任务时通行便捷，均设置宽度为 900mm 的非标准斜梯，与内装斜梯相配.本船的总布置设计的特点是保证良好的消防性能，将水炮布置地尽量高（炮基座高出罗经甲板1800mm），同时兼顾安全性及人性化设计.

2.3 机舱布置

设有一个机舱和一个集控室（内设配电板、监视台）.机舱内布置的主要机械设备有：2 台主柴油机组2825kW、2 台柴油发电机组200kW、2 台主柴油机前端带消防泵组、1 台舱底压载泵、1 台消防总用泵、1 台海水管道压力泵、1 台淡水管道压力泵、1台空压机组、1 台电动燃油泵、1 台燃油分离机、1台污油水分离机、1 台生活污水处理装置、4 台轴流风机及备用滑油箱等.

每台主机通过滑差离合器减速齿轮箱和轴系驱动一个定距浆.每套推进系统由一台主机、弹性联轴节、滑差离合器齿轮箱、中间轴、艉轴、螺旋桨和相应的组件组成.消防作业时通过主机自由端的离合器带动对外消防泵，后端通过滑差齿轮箱实现螺旋桨的低速运转，滑差齿轮箱的Ω 机构和操舵装置、艏侧推装置联合对船舶进行定位.非消防状态时，主机自由端则脱开.这种配置方式使推进系统配置简单，操纵简便.并且不用再专门设置对外消防泵的驱动装置，更进一步节省了机舱的空间，使机舱布置较为简单.

2.4 对外消防系统

对外消防系统由消防泵、消防水炮、管路和阀门、水泵驱动装置、控制系统等组成.本船对外消防系统包括消防泵组2 套，由2 台主机自由端通过齿轮箱（内置液压离合器）驱动，消防泵与齿轮箱之间以齿形联轴器连接.航行时主机与对外消防泵齿轮箱脱排，主机仅用来推进；消防作业时，主机除通过自由端齿轮箱带动消防泵外，还通过舵桨系统对消防船进行定位.

对外消防泵采用卧式中开单级离心泵，每台消防泵的流量为3600m/h；对外消防泵布置为侧面入口、侧面出口，泵入口朝向船中心.6 台消防炮通过驾驶室控制台及无线遥控器遥控，同时配有手动操作.喷水工作时，可同时使用以下组合方式：

1）2台主消防水炮；

2）4 台副消防水/泡沫炮；

3）甲板每舷设5 个DN65 的消防栓（共计10 个）；

4）甲板上设4 个DN300 的消防接头（共计4 个）.

另外，也可以实现部分炮喷水，部分炮喷泡沫液.本系统设环泵式泡沫比例混合器1 台，泡沫混合液流量为1200m/h.本船设水幕系统，由对外消防泵供水，供灭火作业时自保，水幕系统供水总量约为400m/h，水幕系统分区控制，流量不小于10L/min·m.

2.5 照明系统

1）正常照明﹑应急照明及可移照明设有AC220V 供电的正常照明﹑DC24V 供电的应急照明及可移动照明系统.当正常照明220V 失电，DC24V 应急照明自动接通.各有关舱室均设有AC220V﹑DC24V 插座，配手提灯等.内部主照明系统采用20W×2 荧光灯﹑白炽舱顶灯，根据不同的安装地点选择普通型或水密型.

2）露天照明

（1）在主甲板设若干甲板灯，在驾驶室前﹑主桅前后﹑后甲板共设5 盏AC220V 卤素泛光灯，功率为400W，作为本船火灾扑救工作照明；

（2）每个救生艇阀旁设100W 投光灯1 盏，共2 盏；

（3）本船设有遥控探照灯2 只（AC220V﹑1000W），布置在驾驶室顶，兼作航行及夜光消防工作用途.探照灯能在晴朗的天气条件下的250m 的范围内，对不小于11m 直径的区域提供501×的光照度.探照灯能在水平和垂直方向遥控调整；

（4）在消防甲板每舷设AC220V 强光灯2 只，两舷共4 只，功率为500W，用于对外消防照明.

3）夜间照明

在罗经甲板和灯桅上设夜间照明灯，其中，TG28-A 型探照灯4 盏，TG12 型投光灯10 盏，电源控制位于驾驶室.TG28-A 型探照灯可在驾驶室进行自动控制和在灯旁进行手动控制，TG12 型投光灯只能在灯旁进行手动控制.

2.6 无线电通讯设备

1）甚高频无线电话：一套RT5022 型VHF 无线电话，具有DSC 功能，并在CH70 上连续值班.无线电话布置在驾控台上；2 套RT2048 型VHF 无线电话，其中一台布置在船员室.

2）手提双向甚高频无线电话：2 套JHS-7 型双向VHF 无线电话.

3）搜救雷达应答器：两套S4 搜救雷达应答器.

4）航空对讲机：一套Jortron TR-7525 型VHF航空对讲机.

5）消防专用电台：一台消防专用电台.

6）视频传输系统：视频3G 传输系统一套（类似手机方式，无线传输），可将通过摄像头提取的数据传到大连消防支队海上消防指挥中心、沈阳、北京等地，能够即时传输图像.在驾驶甲板的艏艉各设一个可升降摄像头，在指挥室各设一个摄像头.另在指挥室设1 台72 英寸的显示屏也可显示此图像.

7）海事电话：手持式铱星电话一套.

8）F-B 站（宽带传输设备）一套，用于海上宽带数据传输.

大大提高船舶在横风时的风帆推力，从而大大提高风帆助航的推进效率.翼型风帆具有对称性加工方便，风帆安装后对风帆的控制和船舶的稳性比不对称风帆有利.

3 结论1）通过结合矩形圆弧风帆和机翼特性，改善风帆的空气动力学特性从而达到较好的利用风能的目的.通过将 NACA0006 翼型的首尾形状由尖尾翼改变成适当的圆弧尾缘，改变翼型的拱度及最大拱度的位置，并对下表面的弯度进行适当的修正，提高了传统的矩形圆弧型风帆的空气动力性，设计出一种新型的翼型风帆.

2）利用 FLUENT 软件对设计的风帆进行建模和数值风洞模拟试验，通过试验结果分析证明这种新型的翼型风帆具有较好的空气动力性，能够较好的利用风能.

3）为进一步对试验结果进行验证，对设计的新型风帆按比例做成模型并进行风洞试验 . 通过FLUENT数值风洞模拟试验结果和风洞试验结果对比证明设计的翼型风帆是一种新型高效的风帆.

4）本文的研究仅局限于理论上对新型风帆的空气动力学特性进行了论证，风帆助航是一项综合而又复杂的工作，需要对各个方面进行论证，如翼型风帆安装对船舶稳性、船舶操纵性能等方面的影响.1

消防船向陆地火场供水的应用概述消防部队实施灭火救援过程中，水是使用频率最高、使用量最大的灭火剂。如何保证陆地火场持续不间断的供水，既是确保灭火救援成功的关键，也是保证消防部队参战人员自身安全的必要条件。火场供水来源主要有市政水源和江河等天然水体。下面笔者结合广州城市实际情况，就利用珠江等天然水体，通过消防船向陆地火场供水的实际应用进行探讨。

1 消防船向陆地火场供水的必要性和可行性1.1 必要性分析

(1)扑救火灾高风险区域单元火灾需要消防船供水。在广州城市消防规划(2011 －2020 年)中，对广州市中心城区进行了火灾风险等级评估。其中3 个高风险单元全部位于珠江边，占比100% 。12 个次高风险单元亦有10 个位于珠江或河涌沿岸，占比达83. 3% 。上述区域消防船均能够航行到达，为消防船实施陆地火场供水提供便利。

(2)扑救旧城区火灾需要消防船供水。广州旧城区(建成时间超过30 年的集中连片的城市片区)基本分布在沿珠江两岸，面积达到54 km，城中村现象极为普遍，达140 余个，且出于经济发展、生活保障等需要，该区域内建设了多个大型公共设施和专业市场，火灾荷载非常大。经过近几年的建设，消火栓设施得到较大完善，但旧城区仍存在供水管道残旧，使用年代久远，管道爆裂时有发生，消火栓欠账多，消防管网不完善，无法保证足够的消防用水量。一旦发生大型火灾，使用市政消防水源向火场供水，极有可能无法保障火场灭火需要，利用消防船实施供水将非常必要。

(3)扑救高层建筑火灾需要消防船供水。该方法辐射单位多。以一般供水可达的范围进行分类定义，在距离珠江500 m 范围内的单位定义为极易利用水源，在500 ～1 000 m 范围内的为易用水源，1 000 ～2 000 m 范围内的为可以使用水源，2 000 m 以上为较难使用水源进行划分，在广州123 家市级重点单位中，可以极易利用珠江水源作为消防用水的单位有30 家，易用的有8 家，可以使用的有33 家单位，较难使用的为52 家，珠江水域基本覆盖了全市约58% 的重点单位，基本涵盖了越秀、海珠、荔湾等老城区重点单位，辐射了珠江新城、琶洲、大学城、二沙岛等多处重点场所，可以作为灭火救援消防用水的有效补充。

广州拥有24 m 以上高层建筑1 万多栋，其中百米以上超高层建筑300 多栋，主要分布在江南大道、广州大道等主干道两侧以及沿珠江两岸，尤以紧邻珠江岸边的珠江新城分布密度最大，如“广州塔”高达600 m，为中国第一高塔，世界第三高塔。尽管高层建筑内部消防设施较为完善，但一旦发生火灾，火场用水需求量巨大，内部消防设施及市政水源将受到很大考验，利用消防船实施供水将非常必要。

(4)扑救化工灾害事故需要消防船供水。广州是石化大市，域内从事危险化学品生产、使用、存储、运输、经营及废弃处理企业总数约5 000 家，其中生产企业170 余家，主要集中分布在黄埔、番禺、南沙等沿珠江及港口等水域交通便利之处，如华南地区最大石化企业广州石化距离珠江仅4 km，南山石化基地亦位于珠江出海口。化工灾害事故具有扑救难度大、危险性高、社会影响大等特点，一旦发生火灾很难控制，需要大量用水，其所处地域特征则方便消防船到达实施火场供水。

1.2 可行性分析

(1)执勤消防船供水能力强。广州现有的水上消防力量主要有水上中队珠江号、广消03 号，小虎岛中队南沙号，在供水方面主要参数如下: 珠江号。于2008 年投入执勤，吨位340 t，装载燃油25 t，消防泵功率为1 640 kW，共2 台，水泵流量416 L / s，最大功率续航时间约27 h，65 mm 出水口有11 个，80 mm 出水口10 个。广消03 号。于2000 年投入执勤，吨位250t，装载燃油20 t，消防泵功率447 kW，共2 台，水泵流量167 L / s，最大功率续航时间约80 h，有65 mm出水口12 个。 南沙号。于 2011年投入执勤，吨位680t，装载燃油最50 t，消防泵流量666 L / s，共3 台，最大功率续航时间约12 h，有65 mm，80 mm 出水口各12 个。

对比消防车供水，消防船供水的主要优势为: 从江河取水受限制相对较小、续航时间长、水泵功率大、供水压力高、流量大、出水口多等方面，在相同流量的情况下，能保证更多的干线顺利供水。

(2)域内水系发达。广州地处南方丰水区，境内河流水系发达，珠江及其众多支流贯穿整个广州。全市水域面积7. 44 万公顷，占全市土地面积的10% ，主要河流有北江、东江北干流及增江、流溪河、白坭河、珠江广州河段、市桥水道、沙湾水道等，集雨面积在100km以上的河流共有22 条，主要河涌有231 条，覆盖全市12 个县级区(市)。与周边佛山、中山、东莞、珠海、清远、江门等珠三角城市均有航道直接连通。发达的水系不仅为消防灭火救援提供了极佳的天然消防用水，而且为消防船跨区域作战提供了便利的航行通道。

(3)沿岸基础设施建设良好。主要体现在:码头泊位数量多。依据广州海事局公开数据显示，截止至2008 年底，广州共有各类码头、泊位848 个，锚地、泊区120 个，桥梁(通航水道)161 座。沿江两岸路面开阔。广州市政府从2003 年开始启动珠江综合整治，全面拆除岸边窝棚、违章建筑及露天垃圾场，并清理沿岸江低淤泥，市内主城区沿岸全部建设景观工程。消防取水设施建设逐步完善。广州市消防支队积极汇同水务部门，争取发改委立项，在市内7 个中心城区临近珠江、河涌边规划建设70 个消防天然用水取水口。基础设施良好，为消防船实施靠岸、离岸供水提供了便利条件。

2 消防船供水量计算及消防车的对比2.1 消防船供水量计算

因现在的消防船对外并无专用供水口的设置，故在供水时需采取65 mm 或80 mm 口径出水口，利用消防水带进行供水，在对消防船的供水距离进行理论计算时，根据水平供水距离的计算公式进行供水距离的估算，具体见公式(1):Sx = α × L[(γPb-Pz)/ (Pdx+ Px)]

( 1)式中:Sx———水平供水距离，m;α———水平铺设水带系数，一般取0. 9;L———每条水带的长度，m;Pb———泵出口压力，10Pa;γ———消防泵扬程使用系数;Pz———保证传输供水出口的压力，一般取值10 × 10Pa;Pdx———每条水平铺设的水带压力损失，10Pa;Px———每条干线水带接口压力损失，一般取值0.5 × 10Pa。不论采取多少路干线供水，只要不超过消防泵的供水能力，消防泵供水能力均可以按照一路水带干线计算 。在计算消防船的供水距离时 可以利用公式 (1)进行估算。

2.2 与消防车辆供水比较分析

以珠江号、南沙号为例，并与广州市消防中队常规配备的五十铃小功率消防车，UD 水罐泡沫消防车的供水能力进行对比，分析消防船供水的主要优势。如苏州捷达UD 水罐泡沫消防车，水泵流量100L / s，80 mm 出水口4 个，额定低压1. 0 MPa 时额定流量90 L / s，额定中压2. 0 MPa 时额定流量45 L / s。

苏州捷达五十铃水罐泡沫消防车，水泵流量65 L / s，80 mm 出水口4 个，消防泵低压工况1. 0 MPa 时额定流量40 L / s，中压工况2. 0 MPa 时额定流量20 L / s。根据公式(1)，利用80 mm 胶里水带单干线供水，保证供水流量6. 5 L / s 时，可以计算得出工作在2MPa的压力时，理论供水距离可达到3 018 m(为理想状态，利用胶里水带供水时供水能力，因65 mm 中压水带供水量在11 ～12 L / s，80 mm 中压水带供水量在15 L / s，故以该流量为基础进行计算)。根据计算，经过分析可以得出结论，消防船较消防车供水主要优势主要有三点:

(1)出水口多，结合功率以及出水口考虑，UD 的供水能力约等于2 辆五十铃，珠江号的供水能力约等于5 辆UD 的供水能力，南沙号的供水能力约等于6辆UD 的供水能力。

(2)取水方便。如果考虑到消防车在水箱用完后，需要从其他渠道进行取水，消防管网设计要求消防用水流速不大于2. 5 m / s，通过计算，可知100 mm 的管网水流量约20 L / s，需要4 条独立的环状管网或4个枝状管网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、压力限制，实际供水量比消防车更大。

(3)消防船因水泵功率大，在中压供水中泵扬程使用系数只需要30% 左右即可以达到消防车最大功率的90% ，泵的发热量低，不需要停机，同时续航也更长。

1.3 消防船供水距离实际测试结果

利用 19 mm 口径水枪，有效射程15 m，流量6.5 L / s时，压力是27 × 10Pa。经实际测试，利用水带进行供水，泵出口压力表读数2. 0 MPa。与实际结果相差较大的主要原因: 泵出口压力表读数与实际压力有偏差; 水带质地不一，接口等材质不同，抗阻系数与理论有区别; 水带接口密封性不足，导致漏水，压力降低。综合来看，消防船能满足3km范围内10 条干线供水的需要。

3消防船供水方法及注意事项3.1 供水方法

通过上述理论部分的计算以及实际的供水测试，可以看出消防船在供水上较消防车有较明显的优势，在实际的供水操作中，消防船在取水中，根据有无停靠码头，可以分为离岸供水与靠岸供水两种方式; 根据作用，可以分为直接向主战车供水以及向供水车供水两种方法。

(1)离岸供水。在火场范围超过2 km 没有码头的情况下，应优先采取离岸供水。但在离岸供水的过程中，需要注意的是周边的环境，如水流、风向、水域流态和水深等诸多因素都会影响离岸供水，铺设供水线路时必须考虑到水的流速对消防水带的冲击作用和船体冲击摆动因素，水流速度超过3 m / s 一般无法完成供水，同时如果在岸边没有水带干线的支撑物或者固定物，由于在供水过程中，后坐力等影响，船体容易发生摆动，造成水带的拉扯，导致接口脱落，干线将难以铺设。因此消防战船采取离岸供水的形式供水时，必须因当时条件而定，并做好水带的固定。采取离岸供水时，比较适宜向岸边消防车供水，由岸边消防车再行向主战车进行接力供水或者运水供水。

(2)靠岸供水。考虑到消防船远程供水能力较强，且在离岸供水时受限较大，一般在距离火场2 km范围内有码头都应该优先考虑靠岸停航，利用船上消火栓铺设水带出水，在出水的过程中，船体稳定，水带稳定，可同时供水线路多。在靠岸供水时，既可以给主战消防车直接供水，也可以向岸边供水消防车进行供水或向运水供水消防车供水。

3.2 注意事项

(1)消防船供水操法训练。利用消防船进行供水，主要需要解决水带的铺设，与陆上消防力量联动等问题，除了基础的水带连接操、水带延长操外，主要还要开展长距离，如400 ～3 000 m 的水带铺设操法训练，以及应对离岸供水水带干线铺设的抛投器使用、小艇输送水带等操法的训练，确保在供水到车前供水干线的顺利铺设。

(2)消防船供水器材配备。为了充分发挥消防船的技术性能，须科学合理地配置随船的供水器材，具体注意如下: 消防船一般的设计只是作为灭火救援使用，可装载的水带不多，要发挥远距离供水能力，需对水带固定架等进行加装。供水器材均应配备相应的中压器材，如中压水带、中压水带接口、中压分水器等，如果采用低压供水器材，当远距离供水时，将造成器材破坏( 如水带爆破、接口漏水等) ，直接影响火场供水，甚至造成供水失败。如果简单地按照常规配备标准进行配备，则不能发挥消防船的供水能力。如果采取离岸供水，在水路的水带必须用绳绑好水带接口或装接口固定装置，否则极易因水流的冲击导致接口脱落，车不适宜在河道进行抽水供水时，利用消防船作为供水的主要力量，保证火场用水供给强度。2