0 引 言

船舶在航行中因碰撞、触礁、搁浅、风暴或船壳腐蚀等原因，导致船体破损进水，致使船体自身的工作性能受到破坏，影响船道航行。为保证船舶的浮力和稳性，最大限度地减少船货损失，同时减轻由于船体破损导致的漏油、货物漂散等造成的环境污染，保障旅客和船员的生命安全而施用各种封堵装置进行应急堵漏。所以，船舶破损封堵装置一直以来都是海上突发事件现场救助应急装备研究的一项重要内容。本文分析船舶封堵技术研究领域存在的问题，并预测未来的发展趋势^[1-2]。

1 船舶破损封堵技术

早期的封堵技术是在船体破损后，通过在破损位置塞棉麻布团及钉木板等方法对破损位置进行封堵，没有专门的针对船舶破损封堵技术的研究，当船体发生较大面积的破损状况时，更没有有效的封堵措施。工业革命后，由于新技术的产生，船壳的材质开始向铁质型转变，很大程度上改变了航海事业的局面，船体强度和其他性能都有突飞猛进的提高。但铁质船壳同样要面对突发事故导致的船舶破损，需要进行破损位置的封堵，这些早期的破损封堵措施多以小孔进行填塞、大孔洞和裂缝进行封堵毯封堵为主。20 世纪末期到 21 世纪初期以来，船舶破损封堵技术的研究有了很大程度的改进，加之新技术的不断创新发展，已经有一套较完整的封堵技术体系，满足了大部分船舶破损状况的需求。随着技术的发展，对封堵装置工作性能的要求会不断上升。在铁质船壳船舶领域，由于磁性材料优越的吸附性能，电永磁式吸附方式将是主流研究方向；而非磁性船壳船舶领域，真空吸附与伞撑式封堵技术将是主流研究方向^[3-4]。

2 封堵装置的类型

封堵过程中较重要的是封堵面积及布放方式。封堵面积是指封堵装置整体在工作状态下可以进行有效封堵的船体破损面积；封堵装置布放方式是指封堵装置处于工作状态进行布放时，分为完全人工操作和人工机械配合操作的形式。

2.1 封堵面积

封堵装置的封堵面积，大面积的有几十平方米的封堵毯，如专利 CN201745730U 是一种船用强磁固定框，专利 US5038701 是一种大型封堵毯；小面积的有几平方厘米的封堵塞，如专利 CN2920846 是一种小型封堵塞。各有针对性用途，目前国内外针对船舶破损封堵装置进行专项研制的公司很少，现有典型产品及结构介绍如下^[5-7]。

2.1.1 现有产品

1）挪威Miko marine 奥斯陆公司

①产品参数（工作温度≤120 ℃）

面积：小型：450 m × 500 m；中型：750 m × 1 050 m；大型：2 250 m × 2 500 m。

自重：小型：40 kg；中型：56 kg，大型：180 kg。

磁压块自重及对应吸附力：A: 1 kg 900 N，B: 3 kg 1 500 N；C: 5 kg 4 500 N，D: 8 kg 10 000 N。

②结构特征

封堵毯用含聚酯纤维织物增强PVC高强度织料制成。封堵毯形状如带帽檐的浅袋（见图 1）。封堵装置能供受损或因碰撞、搁浅、阀门和轴封故障造成船身完整性问题的船只应急维修使用。帽状设计使封堵毯能进行多单元拼接组合封堵，能覆盖船体任何不规则裂缝，帽檐则起高强度防水封条作用。另外封堵毯四周设计有绳索套环，可用绳索拉紧固定。

磁压块结构为高强磁体。封堵时，用高强磁体将弹性铝条固定在船身来严实支撑此“帽檐”（见图 2）。

2）加拿大Flexy Patch 公司

①产品参数

面积：800 m × 650 m，自重：A: 50；B: 70（硫化）

②结构特

强磁封堵毯由橡胶、高分子聚合物和钕铁硼永磁体组成（见图 3）。毯四周设计有套环，封堵面积较大时，可用绳索捆绑对毯进行二次拉紧固定。

3）中国天津神封科技公司

①产品参数（按外形结构分类，统一工作温度为≤80 ℃）

八角形软体的封堵外径≥2 000 mm；面积及厚度 520 m × 520 m，h = 50；系统压力为 2 MPa；

长方形软体的封堵外径≥2 000 mm；面积及厚度 540 m × 300 m，h = 35；系统压力为 1.5 MPa；

组合式强磁框有效封堵范围 1 500 m × 1 500 m。

②结构特征

封堵装置主要由橡胶和磁块组成。八角形、长方形软体封堵工具和组合式强磁固定框，如图 4～图 6 所示，其中八角和长方形软体封堵工具可对船舶较小孔洞、裂缝、渗水、 锈蚀等状况快速封堵，集现有堵漏器材功能于一体。强磁固定框可对船体大面积孔洞、碰撞破损等紧急情况快速封堵。

2.1.2 现有专利结构

专利 CN101654146A 是一种舰船封堵毯，封堵毯由封堵主体贴毯和磁性块粒等组合而成。中间部位为主封堵区，贴毯周围布置磁粒进而形成强磁吸附区，封堵区域为双层结构，层之间可充气，周边封闭^[8]。专利 CN1743227 是一种磁力封堵垫，封堵工具由主体封堵垫、强磁铁、金属丝网及金属加强筋档条组合而成，强磁铁被规律性地封装到封堵垫中。

专利 CN103935484A 是一种柔性永磁真空吸附联合封堵装置（见图 7），封堵装置主体结构由柔性永磁体与真空吸盘组合而成，中部柔性永磁体的外周边设置真空吸盘，真空吸盘外周边设置外围柔性永磁体。柔性永磁体下部封堵面设计有 2 道加强密封槽，吸盘上设置有吸气口，吸气口连接气动接头，气动接头连接气动软管，气动软管通过接头与真空设备连接^[9]。

专利 US5165356 是一种吊放式电磁性封堵工具，主要由边角吸附电磁结构、主体封堵毯、外框支撑板及辅助布放结构组成。辅助布放机构设有导线卷筒，外接导线与电磁结构相连，便于封堵工具远距离布放^[10]。

专利 US5058519 是一种船体裂缝应急封堵工具，主要由非软体封堵毯、带止脱压杆的卡链式拉绳组成。

专利 US5782196 是一种电磁式封堵装置运载体及其封堵毯（见图 8），运载体由放置在船体上的电控箱控制运动行程，运载体上安装有电磁吸附块，通过电磁块的吸附力作用与船体保持吸附固定。运载体上设计有卷筒装置和铆钉枪结构，封堵毯呈卷状卷于其上，封堵时直接将封堵毯通过铆钉固定到船体上^[11]。

2.2 封堵装置布放

依据封堵装置的结构特点，通过在布放时实现不同的布放效率，同时在一定程度上减轻潜水员的任务，将封堵装置分为完全人工操作和人工机械配合操作。主要针对在同等工况条件下，封堵装置处理船舶破损事故的技术优越性，体现在封堵装置的结构性能和装置自动化水平方面。

专利 CN2668501Y 是一种船舶溢油封堵毯，主体结构呈矩形，由带有橡胶海绵密封层的特制橡胶气囊、帆布支持体和钢丝绳框架组成的^[12]。

专利 CN101244757A 是一种磁性封堵垫的布放装置，该装置是专利 CN1743227A 的布放装置，如图 9 所示，结构类似小型浮动平台，装有气囊结构，通过自身结构与海水产生浮力效应，对封堵垫进行水下定位与工作位置固定^[13]。

专利 US5009180 是一种油轮破损封堵装置，由气囊式封堵毯和气泵组成。封堵毯形状根据船体破损状况而定，可以封堵船舷破损、船首破损。进行封堵作业时，毯包围船体破损处，后用毯四周绳索将其固定到船甲板上，同时将气囊通过气管与气泵联通，毯固定后，气泵开始供气，毯被充气而膨胀，因毯自身体积变化，在压力和形变共同作用下，实现封堵。

专利 CN202163597U 是一种曲线型履带式封堵板（见图 10），主体结构由若干矩形薄板单元铰接而成，薄板端面镶嵌磁块，铰接后的薄板组成履带式整体封堵板，每侧设计橡胶水密层。封堵板配有磁轮式布放器，可吸附于船体表面，沿指定轨迹对封堵板进行布放^[14]。

专利 US1221496 是一种连杆和气囊组合式封堵工具，主体结构由顺次相连的连杆链节单元、周向气囊圈、主体封堵布、供气装置及工具边缘固定装置构成。封堵工具对船体破损处进行封堵时，将工具一端固定，后将其主体结构展开布放，当船体破损处被全部封堵后，固定封堵工具另一端，后对气囊圈充气，实现封堵与水下密封作用。

专利号 US6591470B2 是一种支撑架式磁块吸附封堵装置，主体结构由带拧紧螺杆的支撑架、磁块吸附底座及封堵压块组成，封堵压块外端设有与拧紧螺杆配合的连接结构。装置对船体破损处进行封堵时，在磁块吸附力作用下，将支撑架定位到需要封堵的位置，后将封堵压块放置到破损处，再通过拧紧螺杆将压块压紧固定到船体表面，实现封堵。

3 船舶封堵技术的发展趋势

通过上述对船舶破损应急封堵装置的现有产品及专利的分析，封堵装置的研究主要体现在增大封堵面积、采用组合式模块化结构、提高布放方式的自动化水平、为提高布放的应急性与快速性而采用磁性吸附方式。另外，封堵装置趋于完成封堵与控制后续环境污染系统化，封堵装置趋于标准化、规范化。

1）封堵范围大面积化、结构组合式模块化

随着海运事业不断发展，对大型运输类船舶的需求与日俱增，为应对大型船舶发生意外碰撞和破损之类的海损事故，尽可能减少损失，各国对大型封堵装置的需求不断增加。国内外很多封堵装置研发产品和相关专利都是向大面积型发展。

船舶海损事故的不确定性，船体出现大面积破损状况或者破损区域呈不规则形状时，单用大型封堵装备进行封堵不能满足某些工况条件，而采用相互间可组合拼接的封堵装置，可很好地实现封堵。组合拼接式封堵装置可适应不规则散状孔洞封堵、横纵向较长距离破损裂缝的封堵情况等，操作灵活性强，封堵装置整体性能利用性强。

2）自动化水平不断提高、封堵过程的应急快速性

船体破损事故很多发生在水线以下，海水会流入船体内，尤其是运载石油化学液体的船舶，破损通常会导致液体物质泄漏，造成严重损失和污染，所以对封堵装置的技术要求不断提高，要充分体现快速性应急性，尽可能缩短封堵时间和提高封堵效率，要求封堵装置的自动化水平不断提高，且逐渐向少人工或无人工操作的方向发展，采用辅助工具实现对封堵装置进行布放、定位、安装和固定等主要工作流程。

现有大中型常用船舶均为铁质型船体，之前技术大都以焊接式框架固定封堵、长距离绳索捆绑固定封堵等方式为主，封堵固定时间长，封堵效果不佳，为应对上述情况，出现了磁性吸附方式封堵，利用铁质材料的亲磁性，将磁性材料设计到封堵装置结构中，通过磁性材料与船体产生的相互吸引力，实现封堵吸附，封堵时间大大缩短，且布放操作方便。现有封堵装备的吸附固定研究技术很多是建立在磁性材料优良的物理特性上，尤以现今普遍认同的钕铁硼永磁材料为主，性能优越，工业中广泛使用。随着今后海运事业对应急封堵装备技术方面要求的不断提升，永磁、电磁以及电永磁联合配置的吸附固定方式，将是未来的研究主流。

3）封堵装备趋于实现封堵密封与防污染扩散一体化

封堵装置在进行封堵的同时，通过辅助装置对船体破损导致的污染进行防治。以油轮为例，当油轮发生碰撞、触礁等事故，油液会泄漏到海水中，此时用封堵装置对破损处进行封堵，阻止油液继续泄漏；同时与封堵装置配套的特定围油栏在泄油区域外围对油液进行围堵，防止油液扩散，减轻环境污染；最后，封堵装置对船体实现密封封堵，泄油破损处被封堵，泄油区域被围堵限制，此时通过船上配备的泄油回收装置将泄油区的油液回收至船上；至此整个应急封堵过程全部完成。总体而言，类似于封堵装置、特定围油栏和泄油回收装置系统化组成的应急封堵整套装备将是未来应急装备领域的研究重点。

4）装备的标准化、规范化

海洋事业的日益发展，海损事故逐渐成为人们关注的重点，迫切需要一套船舶破损应急封堵装备来应对突发的碰撞、触礁等海损事故，此装备类似船舶标配的救生艇、救生衣、救生圈及油轮标配的围油栏等标准应急救生装备。因船体发生破损的区域面积不定，形状大小不一，所以要求封堵装置的种类能满足船体各种可挽救破损状况，进而对封堵装置的类型有标准化要求。即在某种破损状况下，需要某类型号的封堵装置对其进行有效封堵。所以，未来封堵装置的研究制备将逐渐趋于标准化，形成行业标准^[15]。

4 结 语

随着世界经济发展，海运事业不断进步，各国会越来越重视海洋运输突发事件的应急解决办法，对海损应急补救装备的技术研究会越加重视。本文对国内外船舶破损应急封堵装备的发展历史、技术分类以及今后的发展趋势进行综述，介绍了若干类型封堵装备的优缺点，指出已有技术存在的问题和需要做的改进研究，能够对今后在封堵装置总体性能和技术方面的研究工作起到参考和借鉴作用。