建造一艘“永不沉没”的船是否可能?

正如泰坦尼克号的沉没和歌诗达协和号的搁浅所表明的那样,再多的工程技术也无法完全弥补人为错误


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关于皇家邮轮泰坦尼克号“实际上永不沉没”的说法可能更多的是一种营销策略,而不是对其工程技术的评论,但其在下水前所拥有的能够抵御公海危险的声誉在过去100年中一直挥之不去。

以如此绝对的术语来描述工程项目是危险的——当然,必然存在某些条件组合会导致这艘远洋客轮发生事故。然而,尽管泰坦尼克号优雅而宏伟,但它——像任何其他船只一样——远非永不沉没。

泰坦尼克号长近 275 米,总重约 42,000 公吨,是当时建造的最大船只。它的下层部分设有 16 个主要水密舱室,可以在船体被刺穿时将其密封。然而,这艘豪华客轮在北大西洋撞上巨大的冰山后不到三个小时就沉没了,尽管有人估计它应该能够在海上事故发生后漂浮长达三天

事实证明,水密舱室是一个致命的设计缺陷——詹姆斯·卡梅隆在他 1997 年的电影中很好地说明了这一点,该电影讲述了 1912 年 4 月那个灾难性的夜晚,泰坦尼克号沉没,将大约三分之二的 2,200 名乘客带入了冰冷的海水中。泰坦尼克号船体上 90 米长的裂口导致船体在船头附近进水,淹没了六个舱室。当足够的水渗入船体破损处时,船体向前倾斜,导致来自各个舱室的水溢出舱壁,淹没了船头,并将泰坦尼克号像鱼雷一样送入近四公里以下的海洋底部。如果舱壁更高,或者顶部和底部都是水密的,那么涌入船体的水可能会更均匀地分布,从而为乘客提供更多逃生时间。

具有讽刺意味的是,泰坦尼克号的建造者在它离开港口前几个月就预先看到了他们的船只可能如何应对船体破损。1911 年 9 月 20 日,泰坦尼克号的姊妹船奥林匹克号英国军舰 HMS 霍克号从侧面撞击,后者撕裂了金属板和铆接接头,在奥林匹克号船体的右舷侧留下了一个 11 米的开口。这次碰撞导致奥林匹克号下层两个舱室进水,但该船得以返回港口,这可能助长了永不沉没的神话。

工程和设计是任何建筑项目的重要组成部分,但它们是更大系统的一部分,该系统包括管理和使用项目最终产品的人员,无论是远洋客轮、悬索桥还是航天器。大众科学采访了杜克大学土木工程和历史学教授,《原谅设计:理解失败》的作者亨利·彼得罗斯基,讨论了相信设计是万无一失的愚蠢之处、泰坦尼克号的致命缺陷,以及即使是设计最好的技术在更大的系统崩溃时也会如何失效。

[以下是采访的编辑稿。]

泰坦尼克号灾难已经过去一个世纪了。工程师们是否有可能建造一艘“永不沉没”的船?
简短的回答是否定的。而且无论如何,似乎关于它是永不沉没的说法并非来自工程师,而是来自泰坦尼克号的广告。这艘船有很多设计特点——例如水密舱室及其舱壁——可能导致人们相信它不会沉没。

任何设计,无论是船只还是飞机,都必须在预见到潜在故障的情况下进行。就泰坦尼克号而言,工程师们会问自己:“如果我们的船体上有一个洞怎么办?” 好吧,水会进来。“有多少水?” 这取决于洞有多大,所以你必须进行这些计算。你总是可以想象一个更大的洞或更糟糕的情况。

泰坦尼克号最大的设计缺陷是什么?
可能是舱壁不够高,以至于它们不是真正水密的,也没有真正地在舱壁之间分隔水。旨在确保乘客安全的其他设计要素也没有得到遵守。例如,尽管该船的设计载有足够的救生艇,但在事故发生时并没有。这在今天看来是闻所未闻的。他们有无线电,当时称为无线电,用于呼叫其他船只,但当时它更多地被视为一种新奇事物,船只在下班后会将其关闭。

泰坦尼克号也未能采用早在其处女航之前就已存在的一项关键安全功能。在 19 世纪 50 年代,有一艘英国船只,名为 SS 大东方号,由伊桑巴德·金德姆·布鲁内尔设计,约翰·斯科特·罗素建造,该船具有双层船体。双层船体的概念与舱壁类似。水进来,但你阻止它淹没船体内部。一般来说,船体之间的距离不是很大,所以进水量不会太大。关于双层船体的争论一直持续到今天。在埃克森·瓦尔迪兹号漏油事件之后,出现了一个问题,即所有油轮是否都应该有双层船体。

考虑到建造泰坦尼克号所花费的费用和对细节的细致关注,您能否推测一下它为什么没有双层船体?
这是一个争论的焦点。从长远来看,即使当时已经存在双层船体,造船商也会面临不建造双层船体的压力,仅仅因为它们会更昂贵。船东、运营商和船长也会倾向于争辩说,他们知道如何驾驶他们的船只,以免刺穿船体,双层船体是不必要的开支。只要没有发生事故,就很难反驳这种推理。然后,当发生像泰坦尼克号这样的事情时,就会对这种失败做出反应,认为如果有双层船体,这艘船就不会沉没。

您可以在泰坦尼克号歌诗达协和号之间得出什么相似之处?歌诗达协和号于 1 月份在意大利海岸附近搁浅,造成 30 人或更多人死亡。
未来将会有很大的压力来以不同的方式运营游轮。它们不会像那艘船那样靠近陆地行驶。可能还会有人呼吁进行设计更改。据我了解,他们花了相当长的时间才将燃料从船中抽出,因此使这更容易将是他们关注的领域。歌诗达协和号也倾斜得非常严重,以至于他们无法将一侧的救生艇放下。这将是需要关注的事情。

歌诗达协和号的情况类似于泰坦尼克号的沉没。就泰坦尼克号而言,当时的船只以正常速度在北大西洋航行,而且它们几乎从未撞到冰山,这被解释为:“我们不必撞到冰山,我们知道如何避开它们。” 这将信心水平提高到几乎是过度自信的程度,认为什么都不会发生,因为什么都没有发生,这当然是不合逻辑的。

造船商应该从奥林匹克号泰坦尼克号撞上冰山前几个月发生的事故中吸取什么教训?
这应该是一个警告。关于泰坦尼克号的文章太多了,很难区分什么是事实,什么是虚构。我的理解是,泰坦尼克号的设计方式是将重点放在在正面碰撞中幸存下来。侧面擦刮的想法显然没有被预料到,尽管我很难想象为什么。

用于建造船舶的材料在船舶的安全性和可靠性中起多大作用?
设计的一部分是指定材料。他们当时同时建造泰坦尼克号及其姊妹船奥林匹克号,因此他们需要大量的铆钉。事实证明,铆钉供应商不堪重负。这导致白星航运公司寻找更广泛的供应商,因此质量控制不如与单一供应商打交道时那么好。船上的一些铆钉是钢制的,就像船体钢板一样,但一些铆钉是由铁制成的,而且不是最好的铁。船上的一些铆钉是不牢固的。即使在今天,获得合适的材料仍然是大型建筑项目的问题。

工程师在设计像远洋客轮这样庞大而复杂的物体时,如何考虑不良判断或误用?
这取决于你是将船舶视为由钢铁和铆钉等制成的结构,还是将船舶视为更大系统的一部分,该系统将人员远距离跨海运送到有冰水的水域。结构不仅需要坚固,还需要在人员犯错和事情出错的操作条件下坚固。系统方法对于理解泰坦尼克号发生了什么非常重要。

对于最近的一个例子,请看航天飞机计划。在挑战者号事故之前,航天飞机成功飞行了 24 次,尽管其中相当一部分实际上 O 形环都有泄漏,而 O 形环被证明是设计的薄弱环节,对挑战者号来说是致命的。但这在某种意义上被合理化了,即,的确存在泄漏,但航天飞机任务无论如何都完成了。该系统——包括设备和负责操作该设备的人员——容忍了这些风险,并且有一段时间我们能够安全地将宇航员带回家。由于没有人能够预见到设计将要承受的所有条件,因此管理者,无论是船长还是 NASA 工程师,都需要了解并尊重其设备的局限性。

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