《兰州大学环境岩土工程研究组 研究生学习资料》
玛丽皇后二号是一座海上城市
它是史上最大、最昂贵的远洋邮轮
以船尾直立起来 它比艾菲尔铁塔还高
它的引擎大到足以 提供雷克雅未克全市的电力
它能够横渡世上某些最险峻的海洋
乘客则在船上享受无法比拟的奢华
它是一艘独一无二的船
它的一切都很独特 它的动力、速度
船本身的雄伟
在远洋轮几乎销声匿迹的年代
它的建造跌破许多人的眼楮
但为了建造这21世界巨轮
工程师几乎得改革造船技术 尝试关闭字幕反复观看，提高你的英语听力
“伟大工程巡礼：玛丽皇后二号”
2007年
全球最大的远洋邮轮玛丽皇后二号
正停泊在南安普顿
准备每周前往纽约的横渡大西洋航程
它只停靠港口11小时
停泊对它有害
它在海上每小时能赚6万美元
所以得赶紧重新启程
这是一艘永远不休息的船
我们早上约7点抵达
让2700名乘客下船
再让同样数目的人上船
当晚6点再度启航
除了装载乘客和他们的行李
船员还必须搬运6天旅程的 大量补给品上船
4千瓶葡萄酒、2吨马铃薯
和两万六千个茶包
这艘船无法负荷所需的大量水
玛丽皇后二号因而建立了 自己的海水淡化厂
来以海水制造淡水
另外，废水处理厂则将完全干净的水排出
这艘船必须装载300万公升的燃料
这燃料足以开车往返月球70次
费用超过100万美元
玛丽皇后二号准备横渡大西洋
从欧洲到美洲航行5千公里
这片海域曾有往来如织的商业邮轮
20世纪50年代以前 唯一横渡大西洋的方式
就是搭远洋邮轮
这艘船所属的冠达公司 拥有最棒的邮轮
路西塔尼亚、伊丽莎白女王、毛里塔尼亚号
以及原本的玛丽皇后号 称霸海洋
然而在1958年一个秋日
远洋邮轮业受到致命一击
第一架飞越大西洋的商业客机诞生了
突然之间
旅行时间从5天缩短为15小时
40年后，仍航行此航线的 只剩伊丽莎白二号
这艘船逐渐露出老态
风光一时的冠达公司 陷入严重的财务危机
远洋邮轮的黄金年代似乎已永远结束
没人认为这种缓慢 但高贵的旅行方式还有未来
除了一位有眼光的亿万富翁
米奇艾瑞森拥有佛罗里达州的 迈阿密热火篮球队
他也是全球最大邮轮公司之一
嘉年华企业的董事长
我看了被称作最后超级邮轮…
伊丽莎白二号的电视特辑
我记得当时自己很难过
他和家人对远洋邮轮有很私人的感情
我们于1954年搭毛里塔尼亚号移民美国
毛里塔尼亚号是冠达的经典邮轮之一
我记得站在曼哈顿西区
对那些远洋邮轮着迷
那些船以前都停在曼哈顿西区
到了20世纪90年代 大众把时间和金钱花在别处
远洋邮轮成为遥远的记忆
然而1997年
米奇艾瑞森察觉到氛围的转变
电影《泰坦尼克号》上映 此片中的横跨大西洋航行
唤起人们的怀旧感
就是这种怀旧感
让我认为若能恢复过往 美妙的跨大西洋航行
那将是很特别的经历
他准备以自己的资金为赌注
米奇买下走下坡路的冠达公司 准备建造最大的远洋邮轮
玛丽皇后二号
玛丽皇后二号的造价高达8亿美元
建造这艘船可能成为 米奇这辈子最大的冒险
而时间也对他不利
为了延续传统
大概最后一艘邮轮伊丽莎白二号
于2004年退休
玛丽皇后二号必须准备好下水
单单它的规模就将是 航海工程史上最大的挑战之一
它将是史上最高、最宽
而且最长的客轮
米奇需要一名杰出的造船师来设计
资深造船工程师史蒂芬佩恩
和米奇一样，对远洋邮轮充满热忱
佩恩10岁时
父母带他去参观刚完成的伊丽莎白二号
我们全家在那艘大船上参观了2、3小时
那真是激发了我的想象力
我真希望自己有一天
能设计和建造像这样的船
佩恩同意设计玛丽皇后二号
他事业中最艰难的任务
在2年的时间里
他和团队必须画出 惊人的八万张设计图稿
从烟囱的形状到 推进器的位置都包括在内
我吃饭、睡觉、做梦
都想着玛丽皇后二号
那真是非常兴奋且惊人的案子
接着米奇必须找到有经验、空间
且有野心能建造 佩恩伟大设计的造船厂
我们不能犯太多错 等到将来再改
有一个地方雀屏中选
法国的大西洋造船厂
这座造船厂有完美的背景
是两艘传奇远洋邮轮法国号 和诺曼底号的诞生地
并有3千名造船工人
自1962年起
他们都有建造度假邮轮
这些邮轮就像海上饭店
无法以高速横渡险峻海洋
因此他们很兴奋 能再度建造真正的远洋邮轮
他们是分秒必争
2002年1月16日
建造工程以30万块 精准切割的钢板为开端
1千5百公里的焊接
和超过1千万颗铆钉
将组成泰坦尼克号3倍大的船身
造船厂主设计师压力很大
建造玛丽皇后二号的进度落后
对造船厂会是一场灾难
米奇艾瑞森要求2年内建好这艘船
这是非常紧凑的期限
造船厂团队不得放松
进度每延迟一天
造船厂就损失50万美元
2002年7月4日
玛丽皇后二号建造工程的 第一重要阶段完成
龙骨安放仪式
玛丽皇后二号将来的船长主持仪式
当了伊丽莎白二号七年船长后
沃威克有丰富的远洋邮轮经验
但他仍对建造中的庞然大物感到敬畏
我得说我感到非常震撼
我从未想过会出现新的大西洋邮轮
当我听说这艘船规模会大许多
我对这整个案子感到敬畏
龙骨中放入英法钱币各一枚 为船和乘客带来好运
如今施工团队能开始焊接第一批钢板
一艘经典远洋轮开始出现雏形
建造全球最大最奢华远洋邮轮
费用非常惊人
是电影《泰坦尼克号》拍摄成本的4倍
成功与否取决于完工后 是否能赚足够的利润
除非能回收，否则你不会…
投资近10亿美元
关键在于空间
这艘船搭载付费乘客的人数 必须要超越史上任何客轮
此外为了吸引大众舍弃跨大西洋客机
船上必须备齐各式各样的娱乐设施
他们要最高级的水疗池
各式各样的美食餐厅
还要最高级度假胜地的所有设施
这带来一个问题
这艘船的最大尺寸
受限于它将穿越的三个通道的宽度
它的高度不能超过 纽约的维拉扎诺海峡桥
长度不能超过 南安普顿附近的转向区
宽度不能超越巴拿马运河
船主米奇艾瑞森接着更增加困难度
他坚持半数以上的乘客 必须有自己的阳台
我记得第一次跟造船工程师见面时
他们说跨大西洋邮轮 不可能有附阳台的舱房
我说若没有附阳台的舱房
就没有跨大西洋邮轮
他们说：“好吧，我们再重画设计图”
尽管有这三个设计限制 为了制造足够的空间
史蒂芬佩恩必须改造造船规则
我每次见到米奇艾瑞森
他都会问我：你设计图里…
又塞了几个有阳台的舱房？
佩恩试着以增加船身高度 建造足够的舱房和阳台
但这样船变得很不稳固
在船上每增加1吨重量
船下就必须增加2吨才能平衡
之前的伊丽莎白二号
以用铝做上层甲板解决该问题
铝板比钢板轻
但这办法已经行不通
30年后，铝会出现金属疲乏
伊丽莎白二号如今经常需要维修
佩恩的设计必须要能更持久
这案子困难到差点失败
我们两度搁置进度
因为造船的设计似乎太不实际
但米奇坚持找到解决方法
最后佩恩和团队提出一个建议
建造一艘史上最长、最宽的邮轮
以容纳足够的乘客
这巨大稳固的基座能增加高度 同时仍用钢板结构
但船梁必须比原来计划的宽许多
打破最初的基本规则
这艘船必须大到足以符合客户到要求
因此显然无法通过巴拿马运河
这个决定的代价很高
在特别的环绕世界之旅中
玛丽皇后二号将被迫改而绕行南美洲
航程共1万5千公里
它将经过合恩角
世上最危险的航程之一
但米奇得到了他要的阳台
这新船的每一方面都在考验设计团队
最根本的挑战之一 是产生足够的动力
引擎必须提供4000人电力
必须提供电梯、灯光 空调、水疗设施
和一切奢华享受所需的电力
还不只如此
邮轮横渡大西洋也需要极大的动力
玛丽皇后二号有史上制造的 最大推进器系统
为了达到6天旅程所需的速度
以让公司能经营下去
这艘船必须制造等同于 20万住户供电的能源
这差不多是南安普顿 或雷克雅未克的人口数
船的速度极为重要
我们一定要确保邮轮 能准时出发和抵达
4座巨大的柴油引擎装在船腹深处 以稳固船身
引擎的尺寸让它们无法装入完成的船
船必须围绕它们而建
引擎活塞宽度近半米
容量是双层巴士引擎的80倍
每个引擎有16个活塞
马力全开时能制造1700万瓦的电力
这能让推进器系统的速度达到24节
和大多数度假邮轮一样快
但和设计用来放松的邮轮不同
玛丽皇后二号必须是有效率的交通工具
要能达到近30节的速度
佩恩需要找到方法 产生更多的动力
他提出创新的想法
他加了一对较小的燃气涡轮机
和波音747飞机上的一样
这能依需要增加大量动力
比柴油引擎多50％
但这有一个立即的影响
燃气涡轮机虽小 却能产生很大的动力
但它们最大的问题
是需要大量的空气
以输送管将大量空气 输送到引擎室里的涡轮机
会占据宝贵的空间
因此设计师违抗传统做法 提出另一主意
最后找到很简单且漂亮的解答
就是把燃气涡轮机装在烟囱后
它们就能完全接触外在空气
涡轮机非常轻
原本是设计来飞行
因此放在船顶端 并不影响平衡
问题就此解决
2002年10月，装上柴油引擎后
船厂就开始绕着引擎 建造船只其余部分
剩下不到14个月就要交船
造船厂得想出如何在一半时间
建造比玛丽皇后二号前辈大一倍的船
它们选择了从未用在远洋轮上的技术
首先，他们将整艘船分成98块
每一块个别建造 在大工厂将和粗钢焊接成形
预铸好的钢板再进行组装
这些每片重量达600吨的巨板
被降低到定位
它们必须精确地就位
每一块之间的距离只有数厘米
强力的液压拉回装置固定版块
团队检查咬合状态
然后将版块焊接上越来越大的船身
这就像拼巨型立体拼图
当拼图逐渐完成
船只一个关键部分开始浮现
那就是船身
船身必须承受大自然最凶猛的力量
大西洋海域
长久以来，水手传说常会谈到 凶猛的大西洋疯狗浪
但先进科学最近证实 那不只是神话
在大西洋上，这些巨浪是可怕的威胁
1966年，意大利远洋邮轮米开朗基罗号
前往纽约途中，遭21米巨浪袭击
巨浪撕裂船桥下的头等舱房 造成3名房客死亡
另有50人受伤
那件事让我确定要把这艘船 尽可能建得安全且坚固
50多年来，北大西洋海浪 平均高度已增加40％
原因可能是气候变化引发更强烈的飓风
史蒂芬佩恩必须创造能 抵挡汹涌海浪突袭的船身
他知道玛丽皇后二号船上所有人的性命 全依赖他的设计
他做了三个革命性的突破
增进坚固和稳定的超厚船身
比度假邮轮厚50％
工人将受训来焊接 这些厚28毫米的钢板
形状极特殊的船头 有保护式喇叭形来让浪转向
前甲板上有巨大的消波块 作为最后一道防线
任何涌上甲板的海水 都会被重新导回海中
以免船侧被海浪冲破
这就像对大西洋大叫…
我来了，别挡我的路
佩恩的破浪设计在图稿上和 造船厂都令人印象深刻
但这设计必须通过重要的水槽测试
它必须在不减速的情况下
抵抗最狂暴的大海
但从未有人用过这种船身形状
所以没人确定会发生什么事
荷兰有全球最大的耐海性测试槽
测试槽长近200米 宽45米，深5米
等于14个奥运游泳池
长11米的玛丽皇后二号模型
将测试船只能否安然横越北大西洋
吉汉盖亚德负责测试它的航海能力
我们要确定船下海后
不会有任何不好的惊奇
自动海浪机模拟飓风气候
史蒂芬佩恩坚持一定要测试 船能否应付最极端的天气
所以这当然不是良好的航行状况
模型接着被送进风暴中心
对玛丽皇后二号而言 这代表约16米高的巨浪
这是北大西洋冬季最糟糕 且严重的海洋气象
第一项测试开始
巨浪因模型喇叭形船头而转向
消波块很快排掉涌上前甲板的水
佩恩的新保护性船身 看来非常有效
但下一个测试中
模型船必须以高速前进
在平静海面，它的速度必须接近30节
初步结果很糟
初步测试显示造船厂…
无法达到合约要求的速度
船必须在6天内横渡大西洋
否则米奇艾瑞森的新事业就要触礁
玛丽皇后二号必须想办法加快速度
造船厂得加快玛丽皇后二号的船速 以履行合约
工程师汉克佛科夫承受压力
我们的问题真的很大
冠达公司的人也表达关切
它们说这问题必须解决
最简单的解决方法是增加动力
但推进器系统已经开工且无法改变
我们非常严格地限制造船厂
能使用多少动力
来达到我们要的速度
它们必须另辟蹊径
汉克佛科夫将注意力转向船头
当船向前进
海水会在船首形成艏波
进而造成阻力
这是传统的船头
前方有大量海浪和乱流
这会减慢这种船的速度
许多如玛丽皇后二号等现代船只
会运用所谓的球型艏来对抗阻力
海水涌上球型部分
海水下降时
两股水流会相互部分抵消 因而减少艏波
当我观察像玛丽皇后二号上的球型艏
阻力会大幅降低并加快速度
但即使有球型艏
玛丽皇后二号模型仍不够快
佛科夫做出大胆的举动
他将球型艏加长2米 以求得最大效果
球型艏变成12米
比史上任何客轮都长
模型终于达到目标船速
我们看到性能增强了15-20%
这艘船速度如此块
以致我跟不上它
造船厂工程师的工作重回正轨
但现在还不能掉以轻心
没人会愿意付每间房3万美元 来晕船地横渡大西洋
货船上的货物可以被固定住
但我们不能绑住客轮上的乘客
史蒂芬佩恩有更好的解决方法
他计划使用应用由来已久的技术
但是大规模使用
他加大两对巨大稳定翼
每个表面积超过15平方米
在平静的气候下，为了降低阻力
稳定翼会收在船身内
气候不佳时 按一个按键就能安装完毕
来对抗汹涌大海的颠簸翻滚
70吨的稳定翼能在30秒内
延伸到船侧下方6米处
它们将如机翼一般在水中前进
新的稳定翼能减少9成的颠簸
让玛丽皇后二号比前辈 伊丽莎白二号稳定2倍
史蒂芬佩恩如今开始关心 船只操纵性的棘手问题
沃威克船长知道自己 必须非常精准地操纵船
尤其在索连特
这是靠近南安普顿的一片水域
索连特对这么大的船来说 是非常窄的水道
我们一定得让船拥有 非常精确的操纵性
才能度过这些弯道
传统远洋邮轮以轴 来推进并以舵来行驶
这不仅占用宝贵的空间
操纵性也有限
佩恩听说荚式推进器 为航海推进技术带来重大突破
这些先进装置被用来 为最新的度假邮轮提供动力
这种装置很有效 能让船非常灵活地转弯
但有一个缺点
这种高科技机械 从未被用在这么大的船上
它们将是未经检验的技术
我们非常确定在船上 装了4个荚式推进器
不会让我们陷入任何重大难题
设计师冒险尝试
4个巨型荚式推进器吊在船下 如同巨大的船外马达
每一个的重量和 满载的波音747飞机一样重
大部分邮轮只装两个荚式推进器
玛丽皇后二号史无前例地装了4个
而它们是史上最大的推进器
后面那对将能360度旋转
让船朝任何方向推进
因此这艘船不需要舵
在船的前方
3个巨大的艏侧推进器 将安装在船身旋转门后
荚式和船侧推进器将合力 让全球最大的远洋邮轮
在紧迫状况下 拥有无与伦比的操纵性
我们能让船在针头上转弯 这真了不起
但当要安装先进的荚式推进器
麻烦来了
另外4艘邮轮装的类别似推进器 连续发生故障
推进器产生的推力
借助金属轴承转移到船身上
这些金属轴承在巨大压力下磨损
无法离港的度假邮轮
只能无奈地停泊在码头
数百万美元的邮轮之旅取消
当你在建造一艘船
突然听到船的重要零件之一
可能是潜在的问题 这很令人担忧
这些技术难题延迟了 荚式推进器的交件
进度陷入混乱
这艘船没多久后就要 以新荚式推进器驶离建造船坞
到更大的船坞进行内部安装
但没有推进系统
玛丽皇后二号动弹不得
建造工程师预计8个月后完工
每个月只有太阴潮 满朝的短暂期间能运送船
但荚式推进器未及时送达
这原本应该是光荣的时刻
玛丽皇后二号首度 以自己动力行驶的计划
却未能如期进行
预定日期2003年3月21日到来
荚式推进器仍不见踪影
但施工团队必须先把它运到新船坞
凌晨4点，在黑暗的掩护下 避开全球媒体目光
玛丽皇后二号驶入河川
但它是由拖船拖曳
缺乏荚式推进器 导致运送过程更危险
并延迟进度
造船厂仍不知道推进器何时会送达
施工团队终于能展开计划的第二阶段
玛丽皇后二号的内部安装
这个任务非常艰巨
不只因为它是全球最大的远洋邮轮
还得在破纪录的时间内完工
短短8个月内，管线、水电工和工程师
必须安装2500公里的电线
500公里的输送管、总管道和水管
9000个喇叭和8万个照明点
3000名安装工人得安装1300间舱房
俱乐部、舞厅、赌场和戏院
最大的海上图书馆
五座游泳池和一座篮球场
还有一间全尺寸的天文馆
装潢过程不得出现任何误差
任何延迟都会让施工团队无法如期交货
一天损失达50万美元
对期限最大的威胁是 陷入危机的荚式推进器系统
在密集测试后 在交船期限前6个月
改良的新荚式推进器终于送达
大伙松了一大口气
因为问题解决了
荚式推进器组装后 安装在船身底部
有了自己的推进器
玛丽皇后二号从一副钢壳 变成一艘真正的船
推进器处理好后
必须安装玛丽皇后二号最后一部分
船的神经中枢：船桥
团队仔细地安装全球 最先进的航海控制中心之一
船长将不用船舵开船
高科技的触控式电脑荧幕 操控所有步骤
从精确调整荚式推进器的旋转
到能显示船精确位置的卫星导航系统
内部装潢几乎完成后
玛丽皇后二号的最后难题迫近
海上测试
造船厂证实玛丽皇后二号 符合合约上严密的标准
冠达公司才会全额付帐
在设计和建造过程中
船只零件皆受过测试 并显示能完美运作
但由于这是独一无二的设计
没人能保证真正的成品 在水上的表现会如何
第一次海上测试总是令人紧张
因为这是未知数
你不知道会发生什么事
唯一的解答方式就是让它下海
2003年9月25日
这是欢庆的时刻
玛丽皇后二号首次 以本身动力驶离船坞
当这艘船首次以自身动力行驶
船员和圣纳捷镇民的兴奋
绝对是无法言喻的
接下来3天，分别做了40项测试
它必须全数通过
锚抛下又拉起
船演练急速转弯
和救生艇的部署
一切都顺利进行
为了测试船的操纵性
水中的艏侧推进器门打开 加到最高速度
但出现了一个问题
艏侧推进器运转时 其中一个不小心关上
门被炸开
沉重的钢门迅速沉到海底
在船身上留下一道裂缝
这完全出乎意料
离交船期限只剩3个月
玛丽皇后二号蹒跚回到造船厂
这是当头棒喝
船的流体动力学受到严重影响
少了一个门代表会有很多乱流
这会减慢船速
4周后就要举行船速测试
但供应商无法及时制作新的艏门
造船厂只好试着自己 做这个需精准技术的零件
当工程师担忧着艏门
装潢工人也面临艰巨任务
他们得铺设25万米的地板和地毯
价值700万美元的艺术品
必须置于宽敞的公共空间 和无数的走廊上
船身需要20万公升的红、黑两色的油漆
但玛丽皇后二号也必须注重环保
因此使用对海洋生物无毒的油漆
离交船日只剩3个月
他们不能再有任何闪失
辛勤工作一个月后
装潢工作应可如期完工
工程师则在船速测试前及时做好艏门
当玛丽皇后二号再度下海 越来越像雄伟的远洋邮轮
设计师指明船速必须达到29.35节
才能按照行程横渡大西洋
对这么大的船是很大的野心
玛丽皇后二号试行驶1.6公里时
卫星进行追踪并精确测速
最后一次测试
造船厂的舵手将船交给 沃威克船长控制
当他第一次操控自己的船
他让引擎以全速前进
最高船速超过30节
平均速度29.62节
比合约载明的还快
大家都很高兴
它表现得比我们预期的都好
冠达公司和造船厂计划举行开放日
以酬谢造船人员的优秀表现
2003年11月15日
骄傲的员工对家属展示邮轮
参观者穿梭于邮轮内外 欣赏奢华的舱房
但灾难随即发生
船坞上的一座舷梯崩塌
16人坠落20米下方的水泥地，并丧生
还有30人受伤
那场悲剧绝对是最低潮
虽然发生玛丽皇后二号 舷梯崩塌的悲剧
员工仍决心准时完工
重要的最后阶段必须谨慎完成
然后才能交货给冠达
克服万难和辛勤工作一个月后
玛丽皇后二号终于准备好交货
就在2年前指定的交货日
2003年12月26日 完工的玛丽皇后二号驶离圣纳捷
交到米奇艾瑞森手中
那是非常愉快的一天
我认为我们真的完成 一艘非常特别的船
伊丽莎白二世同意 在壮观的典礼上为它命名
愿上帝祝福它和船上所有人
玛丽皇后二号诞生
这是一艘史无前例的船
有许多部分是史上最大规模
它的动力、速度
船本身的雄伟
人们在船上会感受到这些
它有最大的海上舞厅、戏院
全球唯一的海上天文馆
和华丽的大不列颠餐厅
米奇艾瑞森和史蒂芬佩恩实作
打造21世纪远洋邮轮的梦想
这艘船的诞生
证明说跨大西洋邮轮绝迹的人 完全错了
因为这艘船完成了
而且状况非常好
玛丽皇后二号接受伊丽莎白二号 历史性的横渡大西洋航线
航行5天后，再一天就将抵达纽约
这艘船遇上浓雾
沃威克船长掌控 近4000名乘客和船员的性命
他可利用可靠的传统方法 和高科技技术
玛丽皇后二号每两分钟就响一次号角 以警告靠近的船只
这号角声可传至15公里远
1935年安装在原本的玛丽皇后号上
这艘船就是以它命名
荧幕上较大的点代表 雷达扫描到的物体
可能是船只、冰川或是鲸鱼
其中一个点朝玛丽皇后二号前进
它在有可能相撞的轨道上
我们发现这艘船正靠近我们
雷达显示它的速度为4.3节
高科技电脑算出那艘船的路线
以及两艘船将会靠得太近
沃威克采取预防措施
我们大幅往右舷转向
如此我们才能安然经过彼此
玛丽皇后二号安全回到航道
但在下方的厨房 员工准备下一个挑战
晚餐
1100名乘客将一起享用 以银盘盛装的美味大餐
这些乘客用餐完30分钟内
厨房和等待的员工得重来一次
再度准备好服侍下一批1100人
隔天清早，他们终于抵达纽约港
这是整场旅程最困难的部分之一
哈德逊河的强劲水流 会让入港变得非常难
这艘船所有创新设计必须在 船长的睿智下合力运作
卫星系统计算玛丽皇后二号 和码头间的精确位置
好让强劲的荚式和艏侧推进器 能精确操控船入狭窄通道
距船尾20米，停住
右舷荚式推进器减到四
每个荚式推进器减到三
即使一点微风也会让船偏移锚位
损毁船和码头
我们进码头后必须右转
以进入很窄的通道
船必须很灵活地移动
我们得使用荚式推进器的大量动力
沃威克船长导引巨船 完美地进入停泊处
停住
停住方位推进器
行了，各位
停泊在纽约后
玛丽皇后二号只有10小时时间 装载人和货物
接着转向，准备再重头来一次
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