水上應急救援裝備與技術體系構建

趙杰超， 陳健， 金浩， 張英香， 王吉武， 郭建華， 王永杰

(中國船舶集團有限公司第七一四研究所， 北京 100101)

中國是一個海洋大國，海岸線超過1.8×104km，擁有渤海、黃海、東海、南海四大海域，6 500多個島嶼，海疆總面積達473×104km2，同時還有5 800超過條天然河流、900多個湖泊，以及近100 000座水庫[1-5]。近年來，隨著“海洋強國”等重大戰略的持續推進，中國水上活動日趨頻繁[6-7]，隨之而來的是水上突發險情的頻發。據中國海上救援中心發布的數據，平均每年中國突發水上險情1 700余次，造成超過10 000人遇險，600余人死亡，水上安全形勢非常嚴峻，突發險情應急救援任務繁重艱巨[8]。

應急救援裝備與技術是處理突發事件，實施應急救援的物質基礎。在整個應急救援體系中，應急救援裝備與技術是重要的支撐和保障[9-12]，美國、日本等發達國家非常重視應急救援裝備與技術的研究工作，中國也不例外，在水上應急救撈領域，《救撈系統“十三五”發展規劃》《國家水上交通安全監管和救助系統布局規劃(2021—2035)》等文件都從加強救撈裝備設施建設、救撈人才隊伍建設、科技創新能力建設等方面對水上應急救助和打撈關鍵裝備與技術的未來發展進行了布局規劃。2021年發布的《國家綜合立體交通網規劃綱要》提出：在2035年基本建成陸海空天立體協同救助體系的宏偉目標[13]。加快水上應急救援關鍵裝備與技術研發，對于提升中國水上突發險情的應急處置能力，促進中國經濟社會高速發展都是十分必要的。

1 中外水上應急救援裝備與技術研發現狀

美國、英國、日本、澳大利亞、俄羅斯等國家在水上救撈領域起步較早，具備先進的水上應急救援能力，擁有數量龐大的水上應急救援裝備[14-17]。如美國水上應急救助職責主要由海岸警衛隊承擔，擁有830艘大中小型海上搜救船艇、55架固定翼飛機、146架救助直升機；日本海上保安廳擔負日本的海上執法責任，擁有366艘大中小型海上搜救船艇、26架固定翼飛機、48架救助直升機[18]。目前，中國水上專業應急救撈力量主要由交通運輸部南海救助局等3家救助局、廣州打撈局等3家打撈局和武漢長江航道救助打撈局等組成，擁有救助直升機20架、各型救助打撈工程船舶209艘，裝備了6 000 m級深水搜尋探測裝備、6 000 m級水下機器人、300 m飽和潛水系統，具備在9級海況下出動執行搜救任務和5萬t級沉船整體打撈的能力，成功完成“世越號”沉船打撈工程、泰國吉普島傾覆游船跨國救援等一系列國際救助打撈任務[19-22]。此外，交通運輸部海事局、軍隊、社會力量等救助力量也擁有數量龐大的人命救助、消防滅火、搶險打撈等方面的水上應急救助裝備與技術，中國水上應急救撈能力基本達到了國際先進水平[23-27]。

近年來，中外專家學者對水上應急救援裝備與技術的未來發展進行了大量的研究，并給出了一些針對性發展建議。為應對惡劣海洋環境下的人命救助，無人船、無人機、無人艇等無人化搜救裝備日益受到關注[28-30]。為彌補海上搜救視覺不佳的缺陷，視覺增強系統的開發也取得了突破[31]。為提升水上突發險情的應急處置效率，各型水上應急救援輔助決策系統相繼被開發[32-35]。在頂層設計方面，劉瑞等[36]從醫療救援的角度出發，對比分析了中外救助醫療船舶裝備的建設現狀，提出了確立水上救援裝備研發規劃等5條水上救援裝備研制建議。王祖溫[37]對中國救助裝備和打撈裝備兩大領域9種關鍵裝備類型的建設現狀進行了系統分析，指出了救助打撈裝備領域未來發展的建議。針對交通運輸部提出的構建“陸海空天”一體化水上交通安全監管和救助體系的規劃布局，張楊等[38]從救助裝備建設的角度出發探討了陸海空天協同救助體系的救助裝備建設目標及建設重點內容，指出未來中國在船舶能力建設、救助打撈能力建設等方面的關鍵裝備與技術發展建議。

然而，“桑吉”輪碰撞事故、“東方之星”沉船事故、“馬航MH370”水下搜尋等一些典型事故救援行動在取得巨大成效的同時也反映出中國在水上應急救援裝備與技術發展方面存在的一些不容忽視的關鍵問題。張鵬等[39]、胡澤江[40]、段杰[41]通過對“桑吉”輪燃爆事故救援行動進行分析指出，中國救撈系統目前僅有的一艘溢油回收船難以有效應對大規模溢油事故。段雪薇[42]結合中國水上救撈能力建設實際，分析了“東方之星”輪翻沉救撈經驗教訓指出，中國專業水上救撈裝備主要分布在沿海地區，而事發水域至長江口存在諸多跨江橋梁，導致先進的救撈裝備與技術無法抵達現場，不得不使用傳統落后的裝備與技術。張勣翔[43]根據“東方之星”輪翻沉救援實際，指出救援裝備建設不能一味追求“大而全”，要科學合理健全救援裝備力量體系建議。賈大山等[44]、王雷等[14]研究表明，由于事發水域水深較深(最深處5 576 m)，在“馬航MH370”搜尋過程中，真正發揮搜尋作用的深海探測裝備只有“海巡01”船上攜帶的旁掃聲吶和黑匣子搜尋儀等設備，而中國救撈系統配備的6 000 m深拖系統(包括旁掃聲吶、多波束測深系統等設備)、6 000 m深水超短基線定位設備等深水搜尋設備由于操作、定位精度等原因并未得到有效利用。分析可知，由某一個或一類典型事故驅動，在特定方向惡補某一類救助裝備與技術的發展方式弊端明顯，這種“補丁式”發展理念雖然能夠取得一定的成效，但是不能真正的從全局出發、統籌規劃。

從戰國時期的田忌賽馬，到20世紀的海灣戰爭，高技術局部對抗中無不凸顯著“非對稱對抗”，而高技術“非對稱對抗”關鍵在于體系建設[45]。世界各國都非常重視裝備體系建設，中外學者在武器裝備[46-50]、海警執法裝備[51]、科考裝備[52]、應急裝備[53-56]等領域體系建設方面開展了大量的研究，為相關行業的快速發展提供了重要支撐。因此，開展系統化、體系化的裝備與技術發展研究，是科學指出最迫切發展需求的重要途徑。

雖然中國在水上應急救援裝備與技術發展方面開展了一定的研究，但現有研究的核心主要聚焦在被動的填補漏洞，而關于水上應急救援裝備與技術體系建設的研究卻鮮有報道，無法滿足現代化水上救撈隊伍發展的需求。因此，開展水上應急救援裝備與技術體系構建研究具有重要的科學意義和實用價值。

2 水上應急救援裝備與技術體系內涵與特點

水上應急救援裝備與技術體系結構是在一定裝備需求、技術發展條件下，以水上應急救援發展戰略為指導，根據有效完成使命任務和高技術條件下救援任務的需要，依據能力建設需求，對裝備與技術體系內各種水上應急救援裝備、技術及各個組成要素的關聯關系，以及對支持應急救援裝備與技術體系建設的各項關鍵技術發展原則和指南的描述。

水上應急救援裝備與技術體系結構不僅是一種結構樹，還是一種裝備體系結構到技術層面的映射，是一種能力的體現。水上應急救援裝備體系是由支持水上應急救援任務的各項裝備組成；水上應急救援技術體系是支持裝備體系建設過程中所涉及基礎理論、基礎技術、應用技術等組成的統一整體，非單項技術特征的簡單重復，具有如下特點。

(1)關聯性：技術體系結構與裝備體系結構相互關聯，技術體系對裝備體系提供技術支持，而裝備體系滿足技術體系需求的技術指標水平。

(2)層次性：裝備體系結構具有體系級、系統之系統級、系統級、平臺級和單元級；同樣，技術體系也可基于縱向聯系分為體系層、使命層、領域層、方向層和單元層。

(3)整體性：裝備體系和技術體系都是為了實現一定的體系目標而構成的有機整體，各種裝備與技術相互影響、互為關聯，形成一個整體結構。

(4)功能性：各項裝備和技術按照一定結構組成有機整體，完成救援任務，滿足救援能力需求。

3 水上應急救援裝備與技術體系的構建要素

3.1 裝備體系構建要素

根據水上應急救援作業活動特點，將裝備體系結構層級要素分為體系級、系統之系統級、系統級、平臺級和單元級5級，每個層級對應對水上應急救援裝備不同結構層次的抽象，如圖1(a)所示。

(1)體系級：在統一管理背景下為完成一定的協同救援任務，由功能上相互聯系的各救援隊伍及作業系統群，在統一指揮和聯合保障下耦合而成的大系統，層級最高。

(2)系統之系統級：基于不同水上救援力量的職責使命，由能夠完成不同救援任務的裝備系統，按照特定救援任務組合而成的系統集群。

(3)系統級：根據不同救援能力需求和救援特

圖1 水上應急救援裝備與技術體系結構層級Fig.1 System structure level of maritime emergency rescue equipment and technology

性，由完成不同救援任務的裝備平臺，按照水上應急救援作業配合關系組成的裝備系統。

(4)平臺級：能夠支持完成某項救援任務的救援裝備與搭載工具，為完成特定救援任務組合成的裝備平臺。

(5)單元級：根據不同救援能力需求，能夠獨立完成某項救援任務的裝備單元。

3.2 技術體系構建要素

通過對水上應急救援裝備體系所涉及的各項關鍵技術進行合理歸類與分層，技術體系結構要素可分為體系層、使命層、領域層、方向層和單元層5級，如圖1(b)所示。

(1)體系層：在統籌部署背景下為完成特定行業的救援任務，由功能上相互聯系的所有救援力量及作業系統，在統籌管控和聯合保障下耦合而成的大系統。

(2)使命層：基于不同水上救援隊伍的崗位職責，由能夠完成不同領域救援任務的技術系統，基于救援對象差異組合而成的系統集群。

(3)能力層：根據不同救援任務需求和救援裝備的用途，由支撐不同技術方向的技術群，按照水上應急救援作業配合關系組成的技術能力集群。

(4)方向層：具有不同救援能力的技術單元，為完成特定救援任務組合而成的技術方向。

(5)單元層：具有獨立能力，可支撐特定救援技術方向的技術單元。

3.3 裝備、技術體系構建要素的關聯關系

裝備與技術體系構建要素的系統融合是保障裝備與技術體系內容完整、結構協調的前提與基礎，對水上應急救援技術體系與裝備體系內在辯證關系的探索可重點關注2個維度：一是從要素的角度，抽象出各種救援技術的本質特征，將本質特征概括成兩個以上的要素，指出各種要素之間的關系，從不同的角度抽象出不同的要素結構；二是從實體的角度，分析裝備與技術體系所支撐的各種裝備系統，指出各種裝備系統之間的層次關系。

從裝備與技術體系結構分析的方法來看，技術體系的要素結構是實體結構的基礎，同時也是從實體結構中綜合梳理出來的；實體結構是要素結構的具體表現形式，也是綜合各種要素構建的結果，如圖2所示。

圖2 基于“雙五級”布局的水上應急救援裝備與技術體系結構關聯圖Fig.2 System structure correlation of maritime emergency rescue equipment and technology based on “double 5 levels” layout

4 水上應急救援裝備與技術體系構建理念

4.1 水上應急救援裝備與技術體系構建模型

為便于從宏觀上消除裝備與技術體系構建過程中的邏輯錯誤，保障研究成果的可追溯性和可復用性，充分借鑒軍事領域成熟的武器裝備體系設計理論方法[57-59]，運用控制論與系統工程理論，提出了基于“雙重循環”機制的水上應急救援裝備與技術體系構建方法，如圖3所示。

水上應急救援裝備與技術體系構建過程包括輸入I、約束條件R、運行條件M、構建過程G和輸出O。其中，I是指體系構建的基礎輸入信息，主要包括應急救援現狀、專家經驗知識和體系構建背景。R是指限制體系核心目標實現的各類約束要素，主要涉及國家或行業出臺的相關法規標準、經濟條件等；M是指影響體系構建系統運行及輸出結果的主要因素，包括救援人員、技術人員等；G是體系構建過程的邏輯運行模式，主要包括5大環節，“問題提出與范圍界定-體系設計原則-需求分析-體系草案形成-體系草案評估”的循環迭代流程構成了體系構建的“外循環”機制，是提升體系針對性和系統性的關鍵程序；O是指實現體系構建目標所得出的結果，即水上應急救援裝備與技術體系方案，是開展研究的目的。

需求分析(包括任務需求分析、能力需求分析、裝備與技術需求分析)是體系構建的核心環節，關乎所構建體系的合理性與實用性。鑒于此，如圖4所示，結合應急救援實際，提出了“以使命為牽引、以需求為導向”的需求融合分析理念，即體系建設的“內循環”機制，按照“任務需求?能力需求?裝備需求”的邏輯線將需求從抽象到具體逐層遞進，對不同類型需求逐層向上合并，或向下展開，循環迭代，繼而形成同一層次上規范化的需求結構框架和指標體系。

圖3 水上應急救援裝備與技術體系構建技術路線圖Fig.3 Technical route for maritime emergency rescue equipment and technical system construction

圖4 水上應急救援裝備與技術體系需求分解流程Fig.4 Requirements decomposition process of maritime emergency rescue equipment and technical system

4.2 水上應急救援裝備與技術體系的結構布局

針對特定的使命任務，按照“任務需求?能力需求?裝備需求”的循環邏輯線，首先，分析完成具體水上應急救援使命任務所需具備的救援能力需求或技術領域；其次，通過對救援能力或技術領域的細化分解映射出對應的支撐裝備平臺或技術方向；最后，根據裝備平臺特性或技術方向總結歸納出與之匹配的救援輔助裝備實體單元或技術單元，按照“雙5級”結構布局完成對水上應急救援裝備體系和技術體系框架的構建，分別如圖5、圖6所示。

圖5 水上應急救援裝備體系框架Fig.5 Framework of maritime emergency rescue equipment system

圖6 水上應急救援技術體系框架Fig.6 Framework of maritime emergency rescue technology system

5 水上應急救援裝備與技術體系的構建實踐

5.1 問題提出與范圍界定

針對中國水上活動日趨頻繁、水上突發險情頻發、水上應急救援任務繁重艱巨，而水上應急救援裝備與技術研發布局缺乏系統性頂層指導理論的現狀，開展水上應急救援裝備與技術體系構建研究。

范圍界定重點考慮水上應急救援相關的地理范圍和任務范圍。根據水上活動特點，地理范圍聚焦海洋、江河、湖泊和水庫4大水域；任務范圍聚焦保障人民群眾的生命財產安全和生存環境健康。

5.2 需求分析

需求分析，包括任務需求分析、能力需求分析、裝備與技術需求分析，是裝備與技術體系構建的核心環節，需通過“內循環”機制反復迭代實現，主要流程如下。

(1)開展任務需求分析，根據交通運輸部令《水上交通事故統計辦法》(2014年第15號)[60]中對水上交通事故類型的劃分，同時考慮水上活動過程中非交通類事故的情況，將水上常見事故劃分為碰撞事故等10大類。基于對常見水上事故應急救援需要，對完成各項任務所需的救助需求類型進行系統梳理，凝練出支撐水上常見突發險情應急救援的關鍵救助任務需求，水上常見事故與關鍵救助任務需求之間的關聯關系如圖7所示。

圖7 水上突發險情與應急救援任務需求關聯關系Fig.7 Correlation between sudden danger on water and demand for emergency rescue mission

(2)開展任務與能力映射關系分析研究，基于水上常見事故與應急救援任務需求之間的關聯關系，根據事故誘因和遇險對象的差異，可將應對水上10大常見事故的關鍵應急救援任務需求概括為人命救助、環境救助、財產救助和搶險打撈4大類，針對不同救助大類分析對應的突發險情應急救援場景，梳理各個基元任務、能力需求及其救援流程，完成了對圖8所示的“4+22”式水上應急救援場景的梳理。

(3)開展能力需求、裝備與技術需求的映射關系研究，基于對常見水上事故應急救援場景的分析，完成對各個場景中所需應急救援能力、裝備需求、技術需求的系統梳理分析，總結能力需求、裝備與技術需求二者之間的映射關系，整理匯總裝備與技術列表。

(4)開展任務需求、能力需求、裝備與技術需求的循環迭代分析，完善所形成的裝備與技術列表。

5.3 體系方案制定

基于對水上應急救援的需求融合分析，根據人命救助等4大水上應急救援使命任務，結合應對水上突發險情所涉及的“落水人員救助能力”等16項關鍵救助能力，將需求融合分析得出的應急救援裝備與技術進行系統梳理，按照“雙5級”結構布局，完成了水上應急救援裝備與技術體系結構的構建，如圖9所示。

圖8 水上應急救援場景框架Fig.8 Framework of maritime emergency rescue scene

N為裝備編號圖9 水上應急救援裝備與技術體系架構圖Fig.9 Architecture diagram of maritime emergency rescue equipment and technical system

根據水上突發險情應急救援需要，結合所構建的水上應急救援裝備與技術體系框架，一方面，系統梳理每一種裝備的名稱、分類、型譜、關鍵性能參數、適用場景等數據，逐步細化完善水上應急救援裝備體系；另一方面，根據特定水上應急救援行動用到的平臺級裝備與單元級裝備，凝練出所需要的技術單元，通過不斷梳理每個技術單元的技術要點逐步補充完善水上應急救援技術體系。

綜上可知，采用基于“雙重循環”機制、“雙5級”結構布局的水上應急救援裝備與技術體系構建方法，不但能夠系統包羅救援使命任務、救援能力需求、救援裝備、救援技術等水上應急救援能力建設要點，還能將使繁多復雜、涉及“陸海空天”的救援裝備與技術實現多維融合，既保障了水上應急救援裝備與技術體系實用性與可靠性，又有助于快速發現水上應急救援能力建設的薄弱環節，科學布局未來發展的重點方向。

6 結論

(1)基于對中外水上應急救援裝備與技術建設現狀的系統分析，結合近來救撈系統參與的典型事故搜救行動映射出的短板問題，指出體系建設是當前中國水上應急救援裝備與技術發展亟需關注的關鍵問題。

(2)提出了基于“雙重循環”機制的水上應急救援裝備與技術體系構建方法，既可通過“外循環”機制提升體系的針對性，又可通過“內循環”機制將不同類型的需求逐層向上合并或向下展開，使抽象的需求逐層具體化，保障體系組成的合理性。

(3)“雙5級”布局結構不但能夠科學地將救援裝備與救援技術實現多維融合，還有助于將繁多復雜的裝備、技術、任務、需求等體系建設要點實現由點到面到體的系統布局，以便精準掌握水上應急救援能力建設亟需重點關注的薄弱環節。