舷燈布置分析及專利應(yīng)用

徐德濤 姜 偉

（上海船舶研究設(shè)計院，上海201203）

0 前言

舷燈是船舶航行時必備的聲光信號設(shè)備。規(guī)范對于舷燈的技術(shù)參數(shù)和布置形式都有嚴(yán)格的要求。隨著船舶的逐步大型化、多用途化、載重量最大化等發(fā)展趨勢，舷燈的布置也面臨著越來越多的困難。

本文針對各種大型、超大型運(yùn)輸船上舷燈無法作常規(guī)布置的問題，選取部分典型案例予以分析，并探討新型專利“一種可以伸出舷外的新型舷燈箱結(jié)構(gòu)”的應(yīng)用前景。

1 規(guī)范中對于舷燈布置的要求

舷燈的基本要求，都出自《1972年國際海上避碰規(guī)則》（COLREG 1972）。在 COLREG 1972（2001 年修訂版）中，舷燈的定義為：“舷燈”是指右舷的綠燈和左舷的紅燈，各在112.5°的水平弧內(nèi)顯示不間斷的燈光，其裝置要使燈光從船的正前方到各自一舷的正橫后22.5°內(nèi)分別顯示。長度小于20 m的船舶，其舷燈可以合并成一盞，裝設(shè)于船舶首尾中心線上。

此外，COLREG 1972（2001年修訂版）中對于舷燈本身及布置位置還有更詳細(xì)的技術(shù)要求：

■本規(guī)則條款規(guī)定的號燈，應(yīng)具有本規(guī)則附錄一第8節(jié)規(guī)定的發(fā)光強(qiáng)度，以便在下列最小距離上能被看到：

1）長度為50 m或50 m以上的船舶：

——舷燈，3 n mile；

2）長度為12 m或12 m以上但小于50 m的船舶：

——舷燈，2 n mile；

3）長度為12 m以下的船舶：

——舷燈，1 n mile

（COLREG 1972，附錄 22）

■機(jī)動船的舷燈安置在船體以上的高度，應(yīng)不超過前桅燈高度的四分之三。這些舷燈不應(yīng)低到受甲板燈光的干擾。

（COLREG 1972，附錄一，第二條第七款）

■長度為20 m或20 m以上的機(jī)動船，舷燈不應(yīng)安置在前桅燈的前面。這些舷燈應(yīng)安置在舷側(cè)或接近舷側(cè)處。

（COLREG 1972，附錄一，第三條第二款）

■船上所裝的舷燈，在朝前的方向上，應(yīng)顯示最低要求的發(fā)光強(qiáng)度，發(fā)光強(qiáng)度在規(guī)定光弧外的1°～3°之間，應(yīng)減弱以達(dá)到切實(shí)斷光。

（COLREG1972，附錄一，第九條第一款第1項(xiàng)）

以上這些內(nèi)容，構(gòu)成了規(guī)范對于常規(guī)運(yùn)輸船舷燈的基本要求。

2 舷燈的作用

舷燈的設(shè)置是左舷為紅燈，右舷為綠燈，在視線不理想的情況下，可提供給足夠的信息，以避免與其他船只碰撞。當(dāng)一船看見他船在正前方或接近正前方，并且，在夜間能看見他船的前后桅燈成一直線或接近一直線和（或）兩盞舷燈，則說明兩船處于相遇狀態(tài)［1］（第二章第二節(jié)第十四條，2）；當(dāng)看見他船一盞舷側(cè)的紅燈或綠燈，并且首尾桅燈分別在兩側(cè)，則說明兩船航線處于交叉狀態(tài)；當(dāng)一船僅看見他船一盞桅燈而未見舷燈，那么說明兩船處于追逐狀態(tài)。由此可見，燈光信號對于船員判斷他船航向，起著非常重要的作用。

舷燈箱作為舷燈的收納和保護(hù)裝置，其形式和位置是否合適對舷燈能否發(fā)揮作用起決定性作用。如果舷燈被遮擋，就會傳達(dá)錯誤的航行信息，使船員無法正確判斷對方船舶的航行狀態(tài)，造成航行事故的發(fā)生。

除了標(biāo)示航向外，舷燈還兼具示寬作用，因此COLREG要求舷燈應(yīng)安置在舷側(cè)或接近舷側(cè)處。試想，當(dāng)兩船在狹窄航行區(qū)域相遇，如果舷燈不能表示最大船寬，那么很有可能造成兩船碰擦，甚至相撞，后果非常嚴(yán)重。

3 實(shí)例分析

圖1 57000DWT散貨船舷燈布置方案

綜合COLREG中的各項(xiàng)要求考慮，一般情況下舷燈都是布置在上建區(qū)域。利用上建層高的優(yōu)勢，不但可以避開甲板面燈光影響，同時也方便維修。圖1是57 000 DWT散貨船的舷燈布置方案。從圖1中可以看出，設(shè)計師很好地利用了上建結(jié)構(gòu)，將舷燈布置在橋翼兩側(cè)。不僅節(jié)省了空間，而且看起來也非常美觀。

對于上建在尾部的運(yùn)輸船舶來說，這種方案是舷燈布置的首選方案。但是貨艙區(qū)影響舷燈布置的不利因素很多，并不是所有船都能夠采用這種理想的布置方案。下面我們進(jìn)行具體分析。

3.1 主尺度因素影響舷燈布置

3.1.1 問題現(xiàn)象及造成原因

由主尺度因素造成舷燈布置困難的問題多出現(xiàn)在大型/超大型散貨船、油船、礦砂船等甲板面空曠的船型上。其舷燈的遮擋問題主要是由船長、船寬、上建高度、前桅高度、尾傾狀態(tài)等綜合因素造成的。通過64 000 DWT散貨船的布置方案，進(jìn)一步分析主尺度因素對于船舶舷燈布置的影響。

對于大靈便型或超靈便型散貨船來說，橋樓兩翼下是舷燈的最佳布置位置，如圖1所示位置。這個位置結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大、不利光源少、遮蔽物少、易于維修、不會對其他設(shè)備造成影響，最重要的是這個位置滿足最大船寬要求。64 000 DWT上建區(qū)域內(nèi)，除了駕駛甲板兩翼，就只有A甲板可以達(dá)到最大船寬。舷燈的安裝位置要么在A甲板，也就是距離上甲板3 850 mm高度；要么在橋樓甲板兩翼，也就是距離上甲板13300mm的位置。橋樓甲板的高度定位主要出于對視線要求的考慮。64 000DWT散貨船的前桅燈高度為14 937 mm，其四分之三高度為11 202 mm，遠(yuǎn)低于橋樓甲板高度。所以該船不可能借鑒圖1中57 000 DWT散貨船的布置方式，只能放置于A甲板，而不能將舷燈布置在最佳位置。從圖2中可以看出，在極度尾傾狀態(tài)下，舷燈燈光完全被上甲板遮擋，不能滿足在1 000 m外可視要求［2］。

圖2 最不利尾傾狀態(tài)下舷燈光線遮蔽示意圖

3.1.2 可考慮的解決方案

1）抬高舷燈在A甲板高度。在舷燈箱下增加一個2 500 mm高的架子。增加高度后，舷燈剛好可以在極度尾傾狀態(tài)下1000m外可視，不被上甲板或首樓遮擋。

雖然這種方式解決了舷燈遮蔽問題，但由于舷燈布置在救助艇前方，舷燈架距離救助艇距離非常近。首傾狀態(tài)下釋放救助艇時，很容易造成二者相撞，并且增加支架后對船體外觀也造成了一定影響。

圖3 舷燈增加架子后光線遮蔽示意圖

2）舷燈布置在橋翼下。在64 000 DWT散貨船上采用這種設(shè)計方案的比較少。為滿足規(guī)范要求，需要同時增加前桅高度以保證舷燈高度不超過前桅燈高度的四分之三。這樣會造成鋼料重量的增加，而且還有可能帶來無法克服的前桅振動問題。所以，到目前為止只有一家船廠采用這種改進(jìn)措施。

3） 其他方案。增加B甲板或C甲板至最大船寬，在增加區(qū)域布置舷燈。這種方案雖然可以滿足要求，但是重量增加太多，并且影響其他設(shè)備布置，最終沒有被采納。

3.2 集裝箱遮蔽問題

3.2.1 問題現(xiàn)象及造成原因

舷燈遮蔽的現(xiàn)象在箱船布置中尤為突出，基本上每一艘大型的箱船或者多用途船都會遇到類似問題。造成這一現(xiàn)象的主要原因是其載貨形式。

箱船要想增加載貨量，就要盡可能地利用空間以提高裝箱量。一般來說箱船的最大船寬，都是集裝箱寬度的整數(shù)倍，不會留出空余空間。

圖4是3 500 TEU集裝箱船的上甲板布置圖?？梢钥吹剑b箱已經(jīng)占滿甲板每一寸空間，即使舷燈布置在最大船寬處，也會被箱子擋住，不能滿足規(guī)范對于舷燈燈光向內(nèi)1°～3°的要求?？梢哉f箱船的舷燈布置，對每一個舾裝工程師來說都是一個無法回避的難題。

圖4 3500TEU集裝箱船示意圖

3.2.2 解決方案

目前箱船的解決方案基本上都是布置兩套舷燈，如圖5所示。上建位置布置一套，船首位置盡量靠近最大船寬的空曠區(qū)域再布置另外一套。這種方式雖然可以滿足規(guī)范要求，但是對于箱船這種甲板面利用率極高的船型來說，會占用本來就不多的首樓甲板空間，對系泊布置造成很大壓力。此外，增加一套舷燈設(shè)備也會增加建造成本，降低船廠的利潤。

圖5 3500TEU集裝箱船舷燈布置方案

通常集裝箱船都“偏瘦”，首部線形收縮幅度很大。所以，并不是每一艘集裝箱船都能有這樣一個位置，既滿足規(guī)范對于光線的要求又能保證舷燈安全。很多時候，舷燈都是暴露在首部較空曠區(qū)域，很容易被首部上浪損壞。

4 “一種可以伸出舷外的新型舷燈箱結(jié)構(gòu)”實(shí)用新型專利

針對前面所闡述的問題，我們提出了一種可以移動式的舷燈箱，既可滿足航行狀態(tài)下避碰及示寬的作用，又可以滿足在船閘或其他限寬狀態(tài)下通行的要求。通過對規(guī)范的解讀，我們了解到，COLREG及相關(guān)規(guī)范對于舷燈是否超出最大船寬，并沒有嚴(yán)格的要求。于是“一種可以伸出舷外的新型舷燈箱結(jié)構(gòu)”的實(shí)用新型專利技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。可伸出舷外的新型舷燈箱結(jié)構(gòu)，其主要的技術(shù)難點(diǎn)是使舷燈箱可以伸出舷外。

首先，要方便收放。出于海上潮濕、鹽分較大的情況考慮，舷燈箱基本都是偏向堅(jiān)固牢靠的方向設(shè)計，所以燈箱本身的自重很大，150 kg左右。因此收放設(shè)備的設(shè)計一定要輕巧，以便于船員進(jìn)行收放操作，最好可實(shí)現(xiàn)一人操作。

其次，要考慮舷燈箱推出舷外后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。通常情況下舷燈箱都是放置于上建區(qū)域內(nèi)，由于主機(jī)就在上建下方，所以這一區(qū)域的振動相對較大。另外，舷燈箱的安裝位置基本都是在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對較弱的甲板邊緣區(qū)域，所以舷燈箱在伸出舷側(cè)之后可能會產(chǎn)生較大的振動。如果強(qiáng)度不夠，可能會造成舷燈箱的大幅振動，造成燈箱脫落，發(fā)生意外。

出于大風(fēng)浪等復(fù)雜海況的考慮，收放裝置要結(jié)構(gòu)簡單，可以長期反復(fù)使用。對于維護(hù)、維修方面也需要遵循簡單易行的原則。由于海上環(huán)境潮濕，并且鹽度大，很容易造成鐵質(zhì)構(gòu)件銹蝕。如果采用非常精巧的設(shè)計，那么對于構(gòu)件間的配合要求較高。一旦構(gòu)件被銹蝕，勢必造成構(gòu)件間的配合產(chǎn)生問題，造成收放機(jī)構(gòu)失效。

最后，要考慮到設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，成本不能過高。如果采用高級材質(zhì)（不銹鋼或鋁合金），或者復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如液壓、電動等輔助伸縮設(shè)備），對相對于普通舷燈的建造成本來說會提高很多。

從以上四個方面來看，對于可以伸出舷外的裝置部分的要求非常高。結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、操作便捷、構(gòu)造簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用這四個方面是相互制約的，需要相互平衡，找到最佳的方案。綜合以上幾點(diǎn)考慮，可以采用以下幾種簡單易行的方式?？梢陨斐鱿贤獾男滦拖蠠粝浣Y(jié)構(gòu)從操作方式上可以分為人力操作方式、電動操作方式、液壓操作方式、氣壓操作方式等。從機(jī)構(gòu)形式上可以分為導(dǎo)軌滑動方式（如圖6所示）、齒輪傳動方式（如圖7所示）、吊架側(cè)旋方式、倒臂式（如圖8所示）、旋轉(zhuǎn)連桿式（如圖9）等。可以伸出舷外的新型舷燈箱結(jié)構(gòu)方案可以有很多種，類似的方式只要能夠做到使舷燈箱從舷內(nèi)伸出舷外的裝置，都在本專利范圍內(nèi)。

圖6 導(dǎo)軌滑動方式

圖7 齒輪傳動方式

圖8 倒臂式

圖9 7800DWT多用途船舷燈

5 專利應(yīng)用

5.1 實(shí)船應(yīng)用

圖9是7 800 DWT多用途船，這艘船實(shí)際運(yùn)用了可伸縮式舷燈這一專利，從而很好地解決了舷燈遮蔽問題。從圖9可以看出，這一方案是通過旋轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)舷燈伸縮目的的。連桿一端用螺栓固定在甲板上，并可繞螺栓自由旋轉(zhuǎn)；另一端以同樣的方式固定在舷燈箱底部，同樣可以繞螺栓旋轉(zhuǎn)。使用時，推動舷燈箱，繞連桿機(jī)構(gòu)旋出舷外，并將舷燈箱用螺栓連接在角鋼上，以達(dá)到固定舷燈箱的目的。

5.2 優(yōu)化改進(jìn)

目前，針對64 000 DWT散貨船提出了新改進(jìn)方案（如圖10所示）。優(yōu)化方案在移動裝置下增加了一根斜撐，以增加整個結(jié)構(gòu)形式的強(qiáng)度，防止振動過大。為64 000 DWT散貨船提供的改進(jìn)方案，進(jìn)一步優(yōu)化了專利的細(xì)節(jié)。雖然這一方案目前尚未被實(shí)船采用，但是通過在三維模型中的布置，對于超大型的運(yùn)輸船也同樣適用。假設(shè)將該方案應(yīng)用在400 000DWT礦砂船上，會有很好的效果。

圖10 64000DWT散貨船伸縮式舷燈方案

圖11 400000DWT礦砂船舷燈布置示意

圖11是400 000 DWT超大型礦砂船的舷燈布置示意圖。該船長360 m，寬65 m，可謂是“海上巨無霸”。從圖11中可以看出，該船第七貨艙已經(jīng)處于尾部線形收縮區(qū)域內(nèi)，所以只有將舷燈布置在貨艙區(qū)域，才能保證接近最大船寬。這艘船總長360 m，即使是將舷燈布置在船中，到首部仍有將近200 m的距離。要滿足規(guī)范關(guān)于尾傾狀態(tài)下1 000 m外可視的要求，其支架高度需要達(dá)到6 m以上。這種方案的可行性很低。

目前采取的方案是將舷燈布置在上建區(qū)域，利用支架達(dá)到B甲板高度。但是，由于很難達(dá)到舷燈接近最大船寬及1 000 m外可視的要求，向船級社申請了豁免。如果采用本專利技術(shù)，利用圖10所示的布置形式，所有的問題都能迎刃而解。對比這種申請豁免的設(shè)計方案，在保證船舶安全性方面，有了顯著的提高。

移動式舷燈對于甲板機(jī)械數(shù)量多、體積大的自卸船、工程船、多用途船也同樣適用，在這里不一一枚舉。這種布置方式，可以應(yīng)用于各種船型，解決所有的舷燈遮蔽問題。

6 結(jié)語

舷燈是船舶航行的輔助工具，COLREG避碰規(guī)則規(guī)定其為在航機(jī)動船四盞必備燈光之一。舷燈不會影響整艘船的航速、載貨量，但卻是船舶安全航行的保障。但是在方案設(shè)計和初步設(shè)計階段，并不會過多考慮舷燈是否方便布置，畢竟運(yùn)輸船舶仍然是以載貨量、航速、油耗等作為優(yōu)先考慮的因素。因此，我們致力于不斷的改進(jìn)舷燈的布置形式，力求在主尺度不匹配、貨物遮蔽、機(jī)械設(shè)備遮蔽等各種不利因素的影響下，仍然能夠滿足規(guī)范要求。在總結(jié)了大量船型遇到的問題后，逐步開拓思路，研究規(guī)范，最終研發(fā)了這種可移動式舷燈。目前，本專利已得到國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)（見圖12）。

船舶行業(yè)發(fā)展日新月異，各種大型、超大型、多用途、多設(shè)備的船型也層出不窮。船舶行業(yè)在不斷的打破以往的束縛，那么新的配套設(shè)備也要同步發(fā)展。我們對于舷燈所做的修改并不是顛覆性的，但是可以解決的問題卻很廣泛。從可操作性和經(jīng)濟(jì)性兩方面考慮，都是不錯的選擇。對于未來的應(yīng)用前景，還需要大量的實(shí)踐來予以驗(yàn)證，這也是每一項(xiàng)專利從研發(fā)到成熟的必經(jīng)之路。目前我們正在針對以往的問題船型進(jìn)行方案改進(jìn)，首先在理論上驗(yàn)證方案的可行性，時機(jī)成熟時就可以推向市場。創(chuàng)新并不一定是顛覆性的設(shè)計；從基礎(chǔ)做起，以最小的變動，帶來最大的收益。

圖12 實(shí)用新型專利證書

［1］Convention on the International Regulations for Preventing Collisionsat Sea，1972［S］.

［2］IMO/SUB-COMMITTEEONSAFETYOFNAVIGTION 57th session，Agenda item10［S］.