本文選自中國工程院院刊《中國工程科學》2024年第2期
作者：弓永軍，孫玉清，李華軍，董傳明，張增猛
來源：海上搜救打撈裝備發展研究[J].中國工程科學,2024,26(2):50-62.
編者按
近年來，全球氣候變化異常，極端自然災害頻發，導緻重大事件頻發，海上人員的安全、财産安全以及環境保護等面臨巨大挑戰。經過多年的持續發展，大陸搜救打撈裝備力量不斷加強和完善，應對海上突發事件的能力得到顯著提升，但大陸的搜救打撈能力與歐美強國相比，仍存在一定差距，需進一步完善搜救打撈裝備,提高救助打撈綜合能力。
中國工程院院士李華軍研究團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》2024年第2期發表《海上搜救打撈裝備發展研究》一文。文章介紹了搜救打撈是海上安全的最後一道防線，為國家綜合運輸體系建設、海洋經濟可持續發展提供可靠保障；搜救打撈裝備是履行海上人員安全、環境安全、财産救助、應急搶險打撈等公益性職責，保障國家海上物流供應鍊安全的重要支撐。文章從目标搜尋定位與探測裝備、海上人命救助裝備、海上環境救助裝備、打撈工程專用裝備四方面着手，全面梳理了國外海上搜救打撈裝備的發展現狀，以及大陸海上搜救打撈裝備的研制與應用進展。與國外發達國家相比，大陸海上搜救打撈裝備發展存在搜尋定位裝備落後、海上人命救助能力不強、危化品處置能力較低、大噸位沉船打撈能力薄弱等問題。在進一步辨識海上搜救打撈裝備發展前沿的基礎上，提出了加大關鍵裝備的研發投入、推動搜救打撈裝備的更新疊代、強化科技創新能力以提升裝備智能化水準、部署搜救打撈技術裝備攻關工程、提供相應産業政策支援等建議，以期促進大陸海上搜救打撈裝備高品質發展。
一、前言
海洋運輸是大陸經濟命脈的戰略基礎産業，在外貿運輸中占有絕對支配地位。2022年，大陸超過90%的對外貨物貿易由海運完成，其中，95% 以上的進口原油依靠海運，礦石進口量99%的運輸管道依靠海運。随着海洋強國戰略的實施，大陸的海上油氣資源開發、海産捕撈、海洋工程、海水養殖等涉海活動也日益頻繁。随着船舶、人員等在海上活動的數量、密度不斷加大，發生事故、險情的機率也随之增加。海上危險貨物的運輸量不斷增加，船舶通航環境越來越複雜，航行于大陸海域的各類危險品運輸船舶日均達1000多艘次，海上交通事故引發的重大溢油及化學品污染的風險也呈上升趨勢。近年來，全球氣候變化異常，極端自然災害頻發，惡劣的氣象和海況導緻重特大事件時常發生。海洋運輸和海洋工程作為海洋強國戰略的重要組成部分，在海上人員安全、财産安全和環境保護等方面面臨着巨大挑戰。
搜救打撈作為海上安全保障的最後一道防線，為海上活動人員的生命和财産安全保駕護航，為大陸海洋經濟可持續發展提供可靠保障。“十四五”時期，交通運輸部救助打撈局共出動救撈力量4411次；執行特殊應急救助搶險任務1760起；成功救助遇險人員26230名，較“十三五”時期（救助遇險人員10827名）增加142.3%；救助遇險船舶2849艘，較“十三五”時期（救助遇險船舶623艘）激增357.3%；成功打撈沉船85艘；獲救财産價值達179.9億元。搜救打撈力量作為保障海上安全的主力軍，起到了保駕護航的重要作用。
搜救打撈裝備是履行海上人員安全、環境、财産救助和應急搶險打撈等公益性職責，保障國家海上物流供應鍊安全的重要支撐。海上搜救打撈裝備按照功能可以分為目标搜尋定位與探測、海上人員救助、海上環境救助、打撈工程專用裝備四大類。目标搜尋定位與探測裝備包含衛星、工程專用雷達、紅外線、可見光、聲呐等，裝配的載體包括船舶、飛機、自主水下航行器（AUV）、無人遙控潛水器（ROV）等。海上人員救助主要包括落水人員搜救、翻扣船救助、大規模遇險人員救助等。海上環境救助裝備主要包括海面溢油的回收清理以及海底沉船或油氣設施應急處置裝備。打撈工程專用裝備涉及大量專用機電液壓裝備，包括攻千斤、水下除泥卸貨、水下抽油、水下焊接、作業工具、沉船起浮等裝備。
經過多年的持續發展，大陸搜救打撈裝備力量不斷加強和完善，應對海上突發事件的能力得到顯著提升。但是，大陸的搜救打撈能力如船舶、飛機、救撈裝備等與歐美強國相比，仍存在較大差距。搜救打撈裝備是完成海上應急救助和搶險打撈的重要支撐，也是推動海上搜救打撈能力建設的核心工作之一。切實推動搜救打撈技術裝備高品質發展，是提高救助打撈綜合能力的根本途徑，也是貫徹落實國家交通強國和海洋強國戰略的重要内容。是以，本文對國内外海上搜救打撈裝備進行分析，針對大陸搜救打撈裝備發展中存在的問題提出相應的發展建議，以期為大陸海上搜救打撈能力的提升提供借鑒。
二、國外海上搜救打撈裝備的發展現狀
(一）目标搜尋定位與探測裝備發展現狀1. 水上搜尋定位技術與裝備
天基海洋目标監視作為衛星技術的重要發展方向，已成為海洋目标監視的重要手段。天基海洋監視衛星主要包括船舶自動識别系統（AIS）衛星、商業合成孔徑雷達（SAR）衛星和商業光學遙感衛星。天基海洋目标監視系統是提升全球海洋感覺能力的重要裝備，具有代表性的系統包括歐洲空間局Sentinel、意大利COSMO-SkyMed、加拿大RadarSat等高分辨率SAR衛星星座以及德國Rubin、加拿大exact-View、美國VesselSat和Aprize-Sat等AIS小衛星星座，天基衛星技術的發展顯著提升了海洋目标監視的廣域覆寫能力和快速響應能力。為了滿足海洋目标實時精細化探測與識别的需求，世界海洋大國愈發重視天基海洋目标監視資訊融合處理技術的研究，相繼建立了基于多源衛星資訊融合的海洋目标監視系統，具體如表1所示。
表1 國外多源衛星資訊融合海洋監視系統
注：LRIT為船舶遠端識别與跟蹤系統；MTI為動目标顯示系統；ISAR為逆合成孔徑雷達
美國的全球定位系統（GPS）是世界上第一個建立并用于導航定位的全球系統，也是最先進、應用最廣泛的船載定位終端裝置。目前，GPS地面控制系統增加了新導航信号的監測和新增特性的管理與控制等。此外，俄羅斯的格洛納斯（GLONASS）和歐洲的伽利略（Galileo）作為逐漸發展完善的全球衛星導航系統，其船載裝置也占有一定的份額。
2. 空中搜尋技術與裝備
空中搜尋救助主要依靠固定翼飛機、直升機和無人機等。美國、日本、英國和澳洲等國家擁有較為強大的空中搜尋力量。
美國海岸警備隊作為海上搜救工作的主要力量，擁有最先進的空中救助技術和裝備。2019年，美國已擁有26處航空基地、146架螺旋翼直升機和55架固定翼飛機，可完成短程、中程、遠端海上救助任務。目前，日本也擁有了14處航空飛行基地，33架固定翼飛機和52架螺旋翼直升機。
英國空中搜救直升機多為大型機，其搜救半徑為150~200 n mile（1 n miles=1.852 km），英國全部沿海水域可由12架大型直升機完全覆寫。目前，澳洲擁有25個固定翼基地，70餘個直升機基地，在南半球具備最強的海上搜救能力，可覆寫南太平洋、印度洋與南極洲。
由于無人機具有飛行速度快、機動靈活性強等特點，可以靠近或抵達人類不宜進入的險情事故發生區域開展搜尋救助，并可以快速準确定位遇險目标和實時傳輸視訊影像，降低搜救人員工作的危險性。美國海岸警衛隊已将“鷹眼”“MQ-9B岸基”“全球鷹”“火力偵察兵”“掃描鷹”等無人機用于海上搜救工作。歐洲海事安全局使用無人機開展漁業海上監視、船隻監視和偵察以及邊境巡邏等活動。2022年，日本引進的RQ-4B“全球鷹”高空長航時無人機，配備了光電、雷達和電子監聽等偵察裝置，可大幅增強遠端持續監視能力。
飛機在海面搜尋過程中需要使用光電成像或者合成孔徑雷達裝備進行海面搜尋。在機載光電搜尋系統方面，國外的研究技術已較為成熟，如美國、以色列等國家研制的紅外搜尋系統已成功應用于海上搜救任務，并表現出了良好的搜尋能力。
3. 水下搜尋技術與裝備
水下搜尋平台是搜尋裝置的載體，承擔着失事目标搜尋、殘骸打撈和人員搜救任務，常見的平台有艦艇、船舶、無人船及水下機器人等。國外可用于大深度深海探測作業的AUV産品主要包括美國海洋系統（Hydroid）公司的REMUS 6000、挪威的HUGINAUV、美國藍鳍鮪魚AUV（Bluefin AUV）和加拿大國際海底工程有限公司（ISE）的探索者級AUV。REMUS 6000自主無人水下航行器作為工作深度最大的AUV，曾參與法國航空公司AF 447大西洋失事飛機的深海搜尋和探測工作。Bluefin AUV包括Bluefin-9、Bluefin-12、Bluefin-21、Bluefin-21 BPAUV等幾個系列産品，其中Bluefin-21曾參與馬來西亞航空公司MH370飛機的水下搜尋。
水下搜尋裝備包括前視聲呐探測裝備、測深側掃聲呐探測裝備、水下聲信标搜尋定位裝備、水下高清晰光學觀測裝備以及磁探測裝備。美國、英國、加拿大、法國、挪威、丹麥等國家都已配置了許多成熟的水下搜尋裝備，其中丹麥Blue View公司和Teledyne Reson公司、英國Tritech公司、挪威Kongsberg Maritime和Norbit Subsea公司、美國Far Sounder公司等都有較全系列的水下搜救裝備。丹麥Reson公司的SeaBat 7125多波束系統測深儀的最大工作深度為6000 m，曾參與水下搜尋馬來西亞航空公司MH 370飛機的黑匣子。
随着水下潛水深度的加深和作業時間的延長，潛水員的作業效率會不斷降低。為了适應水下複雜的救援任務，飽和潛水技術的發展大大提高了潛水作業的效率。早在1962年，為提升深海的潛水作業能力，美國等潛水技術發達國家開展了一系列試驗，進行了增加潛水深度和延伸有效潛水時間方面的研究。1981年，美國完成了一次“ATLANTIS Ⅲ”的模拟實驗，其下潛最大深度為686 m，潛水作業人員在大于650 m的深度下工作了7個晝夜。1992年，法國科麥思國際控股有限公司（COMEX）進行了一次名為“HYDRA‒10”的人體氫氦氧混合氣模拟飽和潛水實驗，下潛深度達到了701 m。2008年，日本海上自衛隊也完成了440 m飽和與450 m巡回潛水實潛試驗，潛水員巡潛深度達450 m。目前，美國、法國、英國、瑞士、挪威、德國、日本和俄羅斯等國家都已先後突破400 m潛水深度。
（二）海上人員救助裝備發展現狀1. 翻扣船救助裝備
翻扣船救助是一項十分複雜且困難的工作，通常有兩種救助方式：一種是派遣專業潛水員穿戴裝置進行水下救助，另一種是利用裝備在翻扣船船底開孔進行救助。歐美發達國家擁有先進的翻扣船救助技術，包括使用大型起重裝置（見圖1）、專業的救援船舶、攜帶專業潛水器材的潛水員和新型翻扣船救助裝置等。針對翻扣船的穩定問題，挪威石油管理局研發了袖珍穩定系統，該系統能夠在船舶傾覆的情況下提供穩定支援，以便救援人員和裝置進入傾覆的船舶。在翻扣船船底開孔救助方面，美國AMT International Inc.公司生産的船舶切割和拆解裝置，可用于翻扣船船底開孔操作。
圖1 大型起重裝置對翻扣船進行固定
2. 落水人員救助裝備
在落水人員救助方面，國外水面救生裝備經過多年的技術發展、完善和更新，可以在各種海況下開展個體落水人員的搜救任務，確定溺水人員的生命安全。美國Marine Advanced Robotics公司結合雙體船的優點與懸架，研發了波浪适應子產品化船舶，增加了船舶的穩定性，減少了連接配接處的附加載荷。葡萄牙Noras Performance公司設計的具有航行能力的U-Safe救生圈，将傳統救生圈外形改為“U”形，尾部設有一對電動螺旋槳推進器，在救援過程中可以遠端遙控至待救人員身邊，但與救助船艇相比，其抗風浪能力較差，且動力和速度有限。
3. 海上大規模人員救助裝備
近年來，海上大規模人員救助裝置的發展一直在不斷進步和創新，以提高救援效率和減少潛在風險。挪威Norsafe救生艇制造公司生産的自動救生艇采用高科技系統，可以通過遙控和自動化裝置實作快速的部署和投放。英國RFD救生裝置制造公司開發的Surviva自動救生艇系統，可以精确地計算寬波、高波和船舶姿态，進而保證救生艇在最惡劣的條件下仍能安全部署。
救生無人機也是大規模海上救助的一項重要技術，可在緊急情況下提供快速、準确的救援支援。澳洲SwellPro航空器制造公司開發的救生無人機Splash Drone 3，具備防水設計和浮力子產品，可以在水面上漂浮并進行救援任務。美國研發了水下和航空技術相結合的救生無人機Hydrone RCV，除了具備飛行功能外，該無人機還可在水面上浮，也能潛入水中執行任務。
4. 大噸位難船脫淺
由于裝置龐大、工作條件複雜，大噸位難船脫淺屬于船舶救援處置難題。荷蘭代爾夫特理工大學研究出一種多目标協同控制方法，使用多艘拖船分别連接配接難船的船首與船尾，用于在擁擠的水上交通環境中對拖船系統進行控制。該方法能夠有效地協調多艘拖船，實作船舶的安全、平穩和快速運輸。克羅地亞薩格勒布大學水下系統與技術實驗室研究出一種合作自主機器人拖曳系統（CART），并提出了海上遇險船舶打撈作業的新概念。CART系統能夠自動執行将遇險船舶的緊急拖曳系統與拖曳船舶連接配接的高風險作業。
（三）海上環境救助裝備發展現狀
世界各國都普遍重視海洋事故環境救助裝備的發展。在油船“威望号”的沉船打撈過程中，西班牙雷普索爾公司通過與美國Sonsub公司合作，采用大深度ROV 150馬力作業級“創新者号”等新技術裝備，在近4000 m水深成功地完成1.37×104 t燃油的回收作業。深水洩漏應急處置的首要任務是第一時間進行定位，并找到洩漏點。英國Sonardyne公司、挪威Kongsberg公司和法國iXblue公司是國際上的洩漏點定位主導企業，主要采用長基線聲學定位技術。
水下洩漏的挑戰是微洩漏定位。英國CTG公司PLK水下管線洩漏監測系統采用熒光劑法，在墨西哥灣實作了油井微洩漏監測。深水洩漏狀态檢測通常采用基于二維光學的相機檢測技術，水下雷射掃描技術已在加拿大2G Robotic和Voyis的相關産品中得到了應用。深水水下洩漏事故的應急處置主要是要實作帶壓封堵，美國潮水公司（TDW）和英國STATS Group公司開發了典型的封堵器Smart Plug和Tecno Plug，解決了管道水下密封與承壓問題。表2是從事水下洩漏應急處置技術與裝備研究的主要機構及裝備情況。
當船舶發生擱淺或沉沒等事故時，船舶溢油的風險将顯著增加，及時高效地抽吸出事故船舶的燃料油或貨油，并将其過駁至安全船舶内，是減輕溢油事故危害的一種有效措施。受限于潛水員作業深度、作業強度等問題，挪威FRAMO公司和芬蘭LAMOR公司開發了自動化程度較高的沉船存油回收作業系統。美國SLICKBAR公司研發的水下沉船抽油作業裝置，其作業深度淺于60 m、抽油能力大于500 m3/h。許多發達國家也将ROV技術應用于沉船溢油處置，研制了基于ROV深水沉船溢油處置系統及裝備。2015年，挪威Miko Marine公司研發了一種利用ROV進行水下抽油的裝置，該抽油裝置具有體積小、品質輕、易布放等特點，其作業水深可以達到300 m。
表2 從事水下洩漏應急處置技術與裝備研究的主要機構及裝備
（四）打撈工程專用裝備
1. 大噸位起浮提升技術及裝備
面對大噸位沉船的打撈需求，歐美等發達國家進行了較早的工程嘗試。1974年，美國首次使用大型液壓機械抱爪式沉船整體打撈裝備、被動升沉補償和深海探測技術等，對沉沒在太平洋5000 m水深的前蘇聯G級Ⅱ型核潛艇K-129進行了打撈嘗試，由于機械結構強度或海況環境等因素影響，導緻整體打撈失敗。在大噸位沉船起浮過程中，利用升沉補償裝置來減少工程船的随波浪運動影響。2001年10月，俄羅斯聯合荷蘭的Mammoet救助打撈公司進行“庫爾斯克号”潛艇的整體打撈工作，潛艇的沉沒深度為108 m，整體品質高達9500 t。開展打撈的大型駁船安裝有26套被動升沉補償器和液壓同步提升裝置，提升裝置牽引26條纜繩連接配接至潛艇外殼，如圖2所示。
圖2 “庫爾斯克号”潛艇起浮過程示意圖
2. 沉船除泥卸貨裝備
沉船及特殊目标物打撈工程一般需要除泥作業。除泥的主要目标是清理沉船周圍和内部的泥沙，以便對船體進行進一步的檢查和分析。近年來，許多新型的水下機器人技術用于提高除泥效率。除泥作業一般采用吸泥機，荷蘭斯密特打撈公司（Smit Salvage）開發的專用吸泥裝置可以快速地将泥沙從沉船中吸出，大大提高了打撈效率。裝載大量貨物的沉船在打撈前需要提前進行卸貨以減輕打撈載荷，同時提高打撈過程的安全系數。英國南安普頓大學的研究團隊開展了在惡劣海洋環境中對文物進行保護的方法研究，不僅考慮了沉船貨物的高精度提取，還研究了在水下環境中對物品的有效儲存和保護。
3. 救助打撈專用船艇
在海上救助活動中，救助船可以完成水域通信、運輸、巡邏、偵察、救生等救援任務，是不可缺少的重要角色。美國海岸警衛隊裝備有巡邏船、破冰船、巡邏艇、訓練帆船等各種搜救船艇共2035艘，且其搜救船艇基本上是标準化的船隻，有利于操作、教育訓練、檢查、維護和管理。日本專業救助船艇擁有包括巡視船、消防船、特殊警備救難船、訓練船等700餘艘救助船艇。加拿大海岸警衛隊共有專業救助船艇約200艘，主要包括破冰船、救生船、環境調查船、氣墊船、巡邏艦等。英國皇家海岸警備隊擁有4艘應急拖船，英國皇家救生艇協會擁有130艘全天候工作救生艇和170艘近岸救生艇。
飽和潛水支援船是開展大深度潛水作業的重要技術裝備。美國、法國和挪威等歐美國家十分重視推進深潛水作業支援船的研究，研制出了一批設計先進、功能強大的深潛水作業支援船，其具備400~500 m深度的水下作業能力。其中，挪威Subsea 7系列深潛水作業支援船“Seven Atlantic”是世界上較為先進的潛水支援船，其采用潛水系統與船體一體化設計，總長145 m，型寬26 m，并配備有350 m飽和潛水系統。
三、 大陸海上搜救打撈裝備研制與應用進展
（一）目标搜尋定位與探測裝備1. 水上搜尋定位技術與裝備
在軍用方面，大陸第一代海洋目标監視衛星系統已建成，初步具有了對全球大範圍海洋移動目标的監視能力。在民用方面，大陸已布局了“海洋”“高分”“環境”“資源”等民用遙感衛星以及“天拓一号”AIS小衛星，“珠海一号”“吉林一号”“天拓二号”等商業遙感小衛星。大陸天基衛星系統的發展顯著提高了對海洋目标監視的快速響應能力和時空覆寫能力，但是目前在民用的救撈領域中應用較少。
交通運輸部救助打撈局系統内部已建立了救撈專網專線鍊路，可用于視訊會議、現場圖像傳輸、核心業務系統通路等功能。專業救助船舶上已安裝了海事衛星C站、F站、FB站，VSAT船載裝置，VHF和AIS船台，在船載區域網路1940 kW以上救助船舶上已布局。專業救助船舶安裝了AIS船載終端裝置，可以通過AIS船舶動态監控終端對救助打撈作業船舶的位置進行監控。此外，2023年11月，秦皇島海勝電子科技有限公司設計研發了船載的“基于北鬥技術的多功能內建系統”（MIBT），提升了船舶定位、導航和搜尋的能力。
2. 空中搜尋技術與裝備
目前，大陸擁有3個救助局、5個救助飛行隊，設定有8個救助飛行基地，共計各類直升機24架，其中20架大、中型救助直升機和4架卡布裡G2小型訓練直升機。此外，有6架AW189超中型救助直升機和2架H175大型救助直升機即将投入使用。在搜尋裝備方面，由于大陸搜救飛機以進口為主，先進搜尋裝備受制于國外進出口管制，僅有幾架直升機安裝了搜尋裝備，其探測性能較差，遠遠無法滿足海上搜救應用，迫切需要研發适用于海上搜尋的光電成像與合成孔徑等技術裝備。
在無人機方面，基于小型多旋翼無人機、複合翼無人機的海事巡航監管應用技術已經比較成熟。揚州、張家港等海事部門先後采用“大疆經緯300”等多型多旋翼無人機、複合翼無人機開展海事日常巡邏、違法行為驗證、船舶尾氣監測等海事監管作業。但是，面向深遠海域的無人機搜尋技術裝備仍處于起步階段，特别是針對長航時、惡劣海上環境、長距離通信傳輸、目标搜尋裝備、智能目标檢測等技術方面的問題仍需進行專項攻關。
3. 水下搜尋定位技術及裝備
20世紀90年代，大陸開始研制AUV系統平台，經過30餘年的不懈努力，先後成功研制了一系列AUV裝備産品，并在長航程、大深度等技術名額上取得了突破。中國科學院沈陽自動化研究所面向海洋科學研究和深海資源調查的需求，分别研發了“探索”系列AUV和“潛龍”系列深海AUV，其中“探索”系列主要用于海洋科學研究，“潛龍”系列主要用于深海資源勘查。此外，哈爾濱工程大學研制了1000米級的AUV“智水-IV”，天津大學研發了2000米級海底勘測AUV。
國内在水下聲呐、水下相機等方面也取得了一定成效。中國科學院聲學研究所研制了高分辨率測深側掃聲呐，該系統能夠同時獲得海底地形和地貌資訊，測深覆寫範圍為兩側共500 m，側掃聲呐的覆寫範圍為兩側共800 m，水準波束開角1.5°，垂直航迹分辨率為5 cm。哈爾濱工程大學研究團隊研制的水下航行器通過搭載多波束測深系統、側掃聲呐等傳感器、立體陣接收換能器及矢量水聽器，可以實作對失事目标黑匣子進行信号檢測、定向、測距及目标成像一體化搜尋。
近年來，大陸的飽和潛水技術發展有效提升了深水作業能力。2006年，大陸飽和潛水技術的下潛深度為103.5 m，實作了飽和潛水零的突破；2014年下潛深度至313.5 m。2021年6月，大陸完成了500 m飽和潛水陸基載人實驗，标志着大陸在有人潛水領域步入了世界先進行列，自主掌握了大深度飽和潛水核心技術。目前，大陸救撈系統擁有1艘300 m飽和潛水作業母船，在建1艘500 m新型深潛水工作母船，配置了各種飽和潛水系統和裝備，包括供管式潛水裝具、防污染潛水裝備、便攜式醫療加壓艙、潛水供氣裝備、自攜式潛水裝具等支援類裝備。大陸已建成或正在建造多艘 / 型深潛水作業支援船，但是在飽和潛水作業系統配置和高端深潛水作業支援船自主研發等方面仍部分依靠國外技術。
（二）海上人員救助裝備1. 翻扣船救助裝備
針對翻扣船内部被困人員自行從船艙内部由船底向船體外部逃生的問題，國内翻扣船救助裝置也取得一定進展。交通運輸部北海救助局研制了一種用于翻扣船救援的快速開孔裝置，利用磁座固定在船闆上，利用高速旋轉的刀具進行開孔，該裝置實作了船底開孔救援的功能。針對沒有搭載逃生系統的鋼制翻扣船的救助，武漢理工大學研究團隊設計了一種倒扣船舶開孔氣密艙，通過交替打開内外兩個艙門使被困人員能夠逃離翻扣船的同時防止船艙内的氣體逸出。此外，大連海事大學研究團隊設計出一種在保障翻扣船的平衡狀态前提下，可實作密封探測、補給功能的裝置，進而提升了翻扣船被困人員的救助效率。
2. 落水人員救助裝備
目前，國内很重視水上人命救生裝備相關技術的研發，抛繩器、救生撈網、無人艇等救助裝備可将落水人員救援至直升機或救助船等安全地點，提高落水人員生還的機率。為了能在特殊環境下對船舶落水人員進行可靠的施救，研究人員開展了遠端遙控水面救助機器人研發，該裝置便于操控，能适應大風浪天氣下的航行，機動性能良好。中國雲洲智能科技有限公司研制的M75無人水面救助艇，具有搜尋、通信和救援子產品
3. 海上大規模人命救助裝備
近年來，大陸海上大規模人命救助裝置得到了顯著提升。CS Rescue 8000是大陸研制的一款8米級别的大型救生艇，可搭載12名乘客和2名船員，其裝備有動力驅動系統，可以在海上高速航行，達到快速響應和救援的能力。CDM-100是大陸自主研發的大型救生艇，具有良好的穩定性和波浪适應能力，可以在惡劣的天氣條件下進行救援行動。大陸交通運輸部救援船隊配備的“救助濟安-1”是一種大型救生艇，具備高速、大船體和大載客能力的特點，能夠在災害和事故現場全面展開救援工作（見圖3）。
基于可降解金屬薄膜的新型光 / 電器件具備多元化診斷和治療功能，是生物可降解有色金屬材料的潛在應用方向。需要解決的關鍵技術問題有：研究可降解金屬薄膜的可控降解原理及其光 / 電性能随金屬降解的變化規律；建立可降解金屬薄膜電路的多樣制備工藝，掌握可降解高分子、半導體形成複合構型工藝對相關材料界面與器件性能的影響規律；發展基于可降解金屬薄膜的生物傳感器、刺激治療器件、能源器件，探明材料微觀結構、降解機制對性能的影響，掌握相關材料複合構型的協同降解機制、與生物細胞及組織的作用機理。
圖3 海上大規模人命救助現場
4. 難船脫淺裝備
在難船脫淺救助方面，上海船舶設計研究院設計出了一種深遠海大型多功能綜合救助船，其配備全海深多波束系統、深拖系統、500 t大型拖纜機、高備援度三級動力定位系統、250 t主動升沉補償起重機、無人駕駛高速救助工作艇、直升機起降平台和機庫等作業裝置和系統設施，具備水面搜尋救助、深遠海拖曳救助、海空立體搜尋救助、飽和潛水、應急搶險救助、對外消防滅火、水下救助打撈等功能。
拖船和絞車是難船脫淺的重要裝備。上海海事大學針對拖船航行中保持最佳燃油消耗率的要求，提出固定值控制燃油噴射的方案，其混合能源配置優化系統可以顯著降低拖船等施工船舶的燃油消耗率。大連海事大學研究團隊成功研制了全海深地質絞車系統，關鍵核心部件實作了100%國産化。
（三）海上環境救助裝備
大陸海上溢油應急救助能力顯著加強，救助裝備作業效率穩步提高，有效保護了大陸海洋的生态環境。大陸的溢油處置裝備已初步實作了沿海離岸50 n mile以内水域溢油清除能力不低于1000 t，重點水域不低于10 000 t的目标。目前，大陸救撈系統擁有1艘（建造中2艘）溢油回收能力400 m3/h、污油回收艙容3000 m3的大型溢油回收船1艘、改裝的溢油回收船9艘，從國外引進1套芬蘭勞模側挂式溢油回收機（LSC-5C/2300）、2套芬蘭勞模内置式溢油回收機（LSC-5C/270）、1套挪威弗萊姆移動式溢油回收機（TransRec 125）、1套LFF-400W溢油回收機和1台 LFF-200C溢油回收機，并配置了JHY-CYN200型儲油囊（1000 m3）、JHY-CYN100型儲油囊（300 m3）和JHY-ZW3型充氣式圍油欄（2000 m）。大陸溢油處置能力有了顯著提升，但關鍵裝備技術仍依賴于進口。
大陸在深水油氣洩漏的定位、探測和封堵方面也取得了一些成果。中海輝固地學服務（深圳）有限公司在深水油氣設施檢修定位方面，采用基于長基線、超短基線融合多源輔助傳感器的綜合定位技術，在陵水深海油田實作了水下0.3 m的定位精度，如圖4所示。哈爾濱工程大學主導研制的水聲綜合定位導航系統，在大洋科考中實作了優于1 m的定位精度。天津水運工程科學研究院提出一種海底目标物探測聲呐比對算法，可實作水下洩漏的聲學探測。天津大學研制了管内智能檢測球，體積小、通過性好，能夠有效避免卡堵問題。
圖4 深水油田水下長基線定位應用示意圖
大陸國家石油天然氣管網集團有限公司研發了一種帶壓螺塞式封堵器，可以允許在不降低管線壓力和放空管線的情況下對管線進行維修，進而減少停産時間。中國石油大學（北京）與大連海事大學聯合開發了一種深水管内智能封堵技術，形成了多種管道應急處置技術試驗平台，可實作陸上10 MPa封堵壓力測試，突破了封堵器由開孔進入管道的結構性局限。
國内水下抽油技術裝備研究起步較晚，正常的水下抽油清污 / 深水無人抽油作業模式都是由潛水員來完成水下勘察、清理、裝置安裝以及拆卸作業等各工藝環節。交通運輸部水運科學研究院聯合中國科學院沈陽自動化研究所共同研發了ROV輔助水下抽油清污一體化機的作業系統（見圖5），由ROV拖帶輔助完成鑽孔和抽油作業，主要作業流程可通過水上遠端控制實作。
圖5 ROV 攜帶水下抽油清污一體化機
（四）打撈工程專用裝備
1. 大噸位起浮提升專用裝備
2017年對南韓大型渡輪“世越号”沉船進行整體起浮作業（見圖6），标志着大陸在沉船救助打撈和大噸位起浮領域取得了技術突破。在“世越号”沉船打撈過程中，上海打撈局使用了包括雙駁擡撬打撈方法、被動升沉補償和液壓同步提升等關鍵技術，展現了與國外比肩的技術水準。
圖6 “世越号”沉船打撈現場
液壓同步提升技術負責将大噸位擡浮中多個液壓提升裝置聯合起來進行同步作業，是大噸位打撈能力的核心技術之一。在船載升沉補償方面，杭州國辰正域科技有限公司開發了國内首套加裝在風電運維船上的運動補償平台，可以有效補償登靠步橋的垂蕩和橫縱搖運動。上海海事大學研究團隊設計并試驗了一種200噸級半主動升沉補償提升絞車，其半主動補償器的平均位移補償率可以達到92.9%。針對在大噸位沉船的多纜起浮打撈場景中升沉補償技術問題，大連海事大學研究團隊開展了一系列研究，主要包括建構雙駁擡撬多體動力學系統模型和液壓被動、半主動升沉補償系統模型，利用數值模拟、水動力分析和理論推導等對水下沉船精準定位與姿态探測等。
2. 沉船除泥卸貨裝備
國内的除泥技術主要依賴于吸泥船和挖泥船。這些裝置通過強大的吸力或者切割力将泥沙從沉船中移出。大陸在大型泥沙疏浚裝備研發方面處于領先地位，但針對沉船打撈的小型吸泥裝置研發力度不夠。近年來，大陸在沉船除泥方面的研究也較為豐富，涉及到潛水員操作、吸沙船技術、水下機器人等多種方法。在沉船卸貨打撈方面，在“南海一号”沉船打撈過程中，相關科研人員就利用了先進的卸貨裝置和技術，成功地将大量珍貴文物安全地提取出來。
3. 救助打撈專用船艇
海上專業救助船和打撈船是實作海上人命搜救和财産救助的重要保障。目前，大陸救撈系統擁有74艘救助船、142艘打撈工作船舶、23個救助基地，争取做到危難關頭、緊急時刻，沖得上去、救得下來，潛得下去、撈得起來。2024年1月，大陸14 000 kW大型深遠海多功能救助船投入使用，這是大陸迄今為止研發設計建造的主尺度最大、綜合救助能力最強、科技含量最高的新一代“深海救助母艦”，也是目前全球最大、最先進的深遠海全天候、大功率、多功能綜合立體救助船，将有力提升大陸深遠海綜合救助和應急處置能力。
四、大陸海上搜救打撈裝備存在的不足
近年來，大陸海上搜救打撈裝備取得了跨越式發展，但與國外發達國家的發展水準和國内人民群衆日益增長的需求相比，大陸的海上搜救打撈裝備在遇險目标快速搜尋定位、海上人命救助、危化品處置、大噸位沉船打撈等方面仍存在着技術相對落後、救助能力不足、綜合性能不高、實力不強等問題。
（一）遇險目标快速搜尋定位裝備相對落後
大陸已形成較為完善的海上應急救援體系，可開展一定範圍内的海空聯合搜救任務，但由于大陸海域遼闊和海岸線漫長，現有的空中搜救裝備及救援能力存在較大短闆。在搜尋裝備方面，由于大陸搜救飛機以進口為主，先進搜尋裝備受制于國外進出口管制，僅有幾架直升機安置了搜尋裝備，其探測性能較差，遠遠無法滿足海上搜救應用，迫切需要研發适用于海上搜尋的光電成像與合成孔徑等技術裝備。大陸在深遠海域的無人機搜尋技術裝備方面仍處于起步階段，特别是針對長航時、惡劣海上環境、長距離通信傳輸、目标搜尋裝備、智能目标檢測等技術方面的能力仍相對較弱。相比于國外的成熟水下搜尋定位技術及裝備産品，大陸仍處于科研試驗階段，在産品的可靠性、使用便捷性以及穩定性方面仍然存在較大的差距。
（二）海上人命救助能力未滿足需求
當面臨大型海洋事故時，通常需要海上大規模人命救助裝備。海上大規模人命救助是指對發生海難或災害造成大量人員在海上遇險的情況下進行規模較大的救援行動。從救助力量的出動到成功救援，難以逾越的是救助環境的限制。救助直升機和救助船艇在普通的海況環境中都可以成功救助人命，但是海上遇險事件往往是在惡劣環境下發生，海況越惡劣，遇險事件越緊迫，救助難度就越大。是以，海上人命救助的瓶頸就是“惡劣海況”環境。此外，黑夜環境中海上能見度差，救助對象距離遠等都将成為惡劣環境的特定困難。人命救助的關鍵就是如何利用精良的裝備、依靠高技術水準的救助人員、突破惡劣海況的限制，采用先進的救助技術和裝備開展成功高效的救援。
（三）大規模溢油、深水沉船油污及危化品處置能力低
危化品事故處置的高技術裝備需求越來越迫切，形勢更顯嚴峻。與其他海洋環境污染事故相比，海上運輸的危險品具有易燃、易爆、有毒和有害等特性，一旦運輸船舶發生碰撞或洩漏容易引發火災、爆炸和環境污染等重大災害事故。危化品洩漏後的變化特征十分複雜，主要表現為洩漏種類繁多，且入海後危化品的化學和實體形态會發生顯著變化。目前，大陸水面溢油回收能力為400m3/h，水下抽油作業深度為60 m以淺，水下應急抽油能力為350 m3/h。面對特大溢油和深水沉船油污、危險品事故的巨大風險，大陸的處置能力還相當薄弱，且關鍵裝備技術仍依賴于進口。
（四）大噸位沉船打撈裝備能力仍顯薄弱
随着大噸位船舶不斷增多，海上應急搶險打撈形勢愈加嚴峻，一旦出現大噸位船舶在港區或主航道沉沒，極易導緻整個港口或航道的癱瘓，帶來嚴重的環境災難。目前，大陸中小型船舶的起浮打撈相關技術和裝備較為成熟，而大噸位船舶沉沒事故相對處置難度大、次數少、周期長，現有的救助打撈裝備在作業深度、能力和效率上都難以滿足大噸位沉船應急搶險打撈作業的需求。此外，在開展實際工程前進行的包括駁船水動力分析、系泊系統分析以及結構強度分析等過程都比較依賴國外主流有限元仿真軟體和數值模拟軟體，國産化的打撈仿真和模拟軟體的基礎仍十分薄弱。
五、大陸海上搜救打撈裝備前沿發展方向
（一）深遠海遇險目标搜尋定位與探測
在衛星搜尋定位方面，針對遠海搜尋定位難題，圍繞北鬥、海事衛星、VSAT衛星、交通VDES衛星、AIS衛星、遙感衛星等多通信融合的前沿技術和裝備開展研究。① 針對通信、導航、遙感一體化搜尋衛星系統和關鍵載荷設計，研究衛星組網模式和星座模式；② 研制AIS衛星星座、遙感衛星星座以及導航衛星星座等空間基礎設施的一體化搜尋應用平台；③ 研發多環境要素耦合的綜合感覺技術及裝備，實作深遠海關鍵航路海域環境及複雜交通态勢的全面感覺；④ 針對深遠海特有通航環境導緻通信保障難的問題，研究标準、開放、可擴充的多頻多模、高可靠通信技術；⑤ 研發支援北鬥、海事衛星、VSAT衛星、交通VDES衛星等多種通信手段融合的船載綜合無線電通信系統。
在空中搜尋方面，相關前沿技術和裝備研究方向包括：突破無人機船載起降、大風浪飛行以及無人機防沉定位等技術，研制海上搜救無人機平台，滿足惡劣的海上工作條件；研發融合第四代移動通信/第五代移動通信（4G/5G）+衛星的無人機載圖像傳輸子產品，實作船 ‒ 岸、船 ‒ 無人機、無人機 ‒ 岸的實時通信和資料傳輸。
圍繞水下搜尋方面，開展機載光電吊艙系統、雷達、合成孔徑雷達、GNSS-R和合成孔徑聲呐等搭載探測裝備的前沿技術與裝備研究。① 研制面向廣域搜尋的機載光電吊艙系統，滿足海上大範圍、高分辨率搜尋要求；② 研究單光子雷射雷達、合成孔徑雷達、GNSS-R等先進探測技術，實作全天候、全天時、惡劣條件下的遇險目标探測；③ 突破适合于深海搜尋的高精度多波束測深儀、合成孔徑聲呐、磁力探測儀等協同搜尋裝置研制的關鍵技術；④ 研究AUV在不同水域場景下最優搜尋能力的裝置配置；⑤ 開發基于AUV矩陣式陣列的多海深協同搜尋技術。
（二）惡劣海況下的海上人命救助
針對翻扣船的救助打撈問題，重點開展船内監視、通信、搜尋、救援等前沿技術和裝備的研制。① 研制翻覆船舶的勘察、拍攝和搜尋被困者的裝置；② 研發準确定位翻覆船舶和被困者的技術；③ 研發船舶翻覆現場的監視、通信和救援任務的先進無人機救援系統；④ 研制高強度船用繩索，用于固定和穩定翻覆船舶；⑤ 研發性能優良的護欄和支撐器，以增強翻扣救援裝備的穩定性，為救援力量提供支撐和保護；⑥ 研制多功能救生艇，實施翻覆船舶被困者的救援；⑦ 開發氣囊救援系統，提供浮力和穩定遇險船舶，實作翻扣救援。
圍繞海上落水人員的救助需求，重點考慮人員定位、通信、搜尋和救助等方面的技術與裝備研發。① 研究高可靠性的人工智能圖像識别技術，實作遠距離自動識别和定位落水人員，提高救援效率；② 研究新型起重裝備和救生索具，實作落水人員的迅速擡起；③ 研發緊急救生裝備，給落水人員提供浮力和保護；④ 開發新型無人機搜尋系統，為無人機配備紅外熱成像攝像頭和高清攝像頭，實作搜尋和定位落水人員；⑤ 裝備性能穩定的遠端通信裝置，用于與落水人員進行聯系和協調救援行動；⑥ 研制新型智能救生裝備，實作主動送救、主動報警和自動定位等功能。
此外，結合人工智能、新能源和新一代資訊技術等，開發海上大規模人命救助的新技術和新裝備。① 研究船舶自主導航和自動化技術，實作救生船舶的無人操作和監控；② 研制新型水下搜救機器人，實施被困人員的搜尋和救助，實作精确定位和救援；③ 開發水上救生飛艇，使其具備垂直起降和長時間飛行能力；④ 研究新型多功能救生衣，除了提供浮力，還配備發光、發聲、定位和通信等功能；⑤ 研發先進的緊急救生通信系統，實作與被困人員的遠端通信，加強指揮和救援協調；⑥ 研發适用于水下的生命探測技術，探測海上人員的生命迹象。
（三）高效的環境救助裝備
随着大型石油碼頭、海上石油平台、海上油田等的大規模發展，溢油回收船必然會向專業化、大型化的方向發展。① 研究新型溢油船裝備，提升其回收能力、作業效率和動力系統；② 提升溢油船的研發設計能力，實作核心裝備和系統的國産化，特别是在溢油回收裝置、溢油檢測系統、船舶動力系統、控制裝置等方面；③ 提升環境救助裝備的智能化、無人化救助裝備技術水準，有效保障消防人員和救助船舶的安全。
（四）大噸位提升與大深度作業裝備
面對日益多樣的大噸位沉船應急搶險打撈的需求，重點圍繞大噸位提升與大深度作業裝備領域進行技術突破。① 研發鋼絞線液壓同步提升系統，通過電液比例控制技術，實作液壓提升中的同步控制和控制精度；② 針對不同作業工程的打撈裝置布置和作業要求的差異，研制子產品化大噸位提升裝備，提高作業裝置的通用性，不斷提升液壓系統的可靠性；③ 研究雙泵、雙比例閥和雙主回路系統，實作連續提升、連續下降以及大流量驅動。此外，拖曳水動力性能預測、擱淺船舶艙室調壓脫淺方案優化、多目标協同控制方法、燃料消耗優化控制方案是脫淺技術裝備的重點研發方向。
六、大陸海上搜救打撈裝備發展建議
（一）加大關鍵裝備的研發投入
強化搜救打撈領域關鍵核心技術裝備研發力度，加大在搜救打撈領域前瞻性、戰略性技術的研發投入。建議瞄準高海況條件下群體性遇險人員救助、大噸位大深度沉船快速整體打撈、深遠海搜尋掃測定位、大面積海上溢油和沉船存油及危化品污染等重大需求，合理加大關鍵裝備的研發投入，強化和突出核心裝備及配套技術的未來主體地位，在深遠海半潛式打撈起重船、大型深遠海多功能救助船、深潛水裝備、水下機器人研發等方面實作重點突破，形成支撐系統化搜救打撈作業能力，提升大陸深遠海搜救打撈裝備的全球競争力和控制力。同時，通過引進國外先進技術，重點攻關，協同作業，推動救助打撈裝備資源整合，為深遠海搜救打撈建立成體系的裝備鍊和産業鍊做鋪墊。
（二）推動搜救打撈裝備的更新疊代
瞄準新一代資訊技術、人工智能、新材料、新能源和新裝備等世界科技發展前沿，發展多系統多網絡互聯互通的綜合搜救打撈系統平台，提供層級遞進的立體搜救服務、多元化的打撈裝備産品、高效可靠的搜救打撈保障服務。建構資訊化、無人化、智能化作業系統和裝備體系，不斷推動搜救打撈裝備的更新疊代，形成海面和水下目标搜尋探測、海上人命救助、環境救助、沉船沉物打撈核心裝備鍊。建立直升機、固定翼機和無人機群組，建構海事衛星網，打造岸基、海上、空中和空間一體化的搜救打撈裝備體系。建造大功率救助船，并配備先進深水掃測裝置，具備多種條件下的深水救助打撈作業能力。
（三）強化科技創新能力以提升裝備智能化水準
圍繞人命環境财産救助、應急搶險打撈、防治重大海洋環境污染等關鍵問題，依托網際網路+、大資料、雲計算、5G、人工智能、北鬥等新技術應用，強化資訊化基礎，推動救撈裝置的核心要素數字化、網絡化、智能化發展，提升搜救打撈裝備科技創新研發能力。建構“覆寫近海、兼顧遠海天地一體、網信融合”的搜救通信網絡，完善船舶通信、航空通信、水下通信和衛星通信等通信系統，實作船 ‒ 岸、機 ‒ 岸、船 ‒ 機高效互聯互通。完善科技創新激勵機制，加大科研經費保障力度，推動形成飽和潛水、深遠海搜尋救撈等一批具有代表性的高科技裝備成果。加強創新人才培養力度，以關鍵核心技術裝備為靶向，培養一批以搜救打撈技術裝備研發、深海搜尋掃測技術裝備應用和大噸位沉船打撈裝備等為重點方向的科技領軍人才。
（四）部署搜救打撈技術裝備攻關工程
建議發揮大陸體制機制優勢，聚焦深遠海搜救打撈核心裝備的研發，實施高校、科研院所與企業的聯合攻關，圍繞大型客船、危化品船舶和深遠海險情應急處置和搜救能力的建設，開展深遠海立體搜尋技術與裝備、深遠海應急救助技術與裝備、大噸位深水搶險打撈技術與裝備、深遠海環境救助技術與裝備等領域的關鍵技術裝備攻關工程，推進“産學研用”深度融合，強化科技人才在深遠海搜救打撈科技創新中的重要作用，促進搜救打撈領域的技術裝備、人才隊伍和經濟效益的綜合發展。
（五）提供相應産業政策支援
出台高端搜救打撈裝備制造産業高品質發展的相應支援政策，深入推進軍用與民用相結合或技術引進，如借助軍用直升機的研發能力，推動軍用直升機産業向民用救助直升機研發溢出。出台裝備研發制造、先進裝備技術引進等方面的免稅和補貼等财政優惠政策，以及先進高端搜救打撈裝備研發的獎勵制度等，積極與歐美國家的先進搜救打撈裝備制造商洽談合作，吸引共建合資公司，加快重要核心搜救打撈裝備國産化程序。
注：本文内容呈現略有調整，若需可檢視原文。
作者簡介
李華軍
海洋工程安全專家，中國工程院院士。
主要從事海洋工程安全分析設計、施工及運維技術研究。
說明：論文反映的是研究成果進展，不代表《中國工程科學》雜志社的觀點。