40 000載重噸自卸船的一人橋樓設(shè)計(jì)

唐翔宇，嚴(yán)興春，劉慧霞

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214433)

0 引言

隨著船舶自動化和智能化的不斷發(fā)展，一人橋樓將會是未來船舶研發(fā)設(shè)計(jì)的重要配置。相較于傳統(tǒng)橋樓的布置和工作方式，一人橋樓系統(tǒng)可以提高船員的工作效率、改善駕駛環(huán)境。近年來，由于運(yùn)營中的自卸船船隊(duì)趨于老化，自卸船市場迎來了復(fù)蘇。

陳默[1]結(jié)合9 000 載重噸化學(xué)品船的一人橋樓設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了挪威船級社(DNV)NACT-OC入級符號的設(shè)計(jì)要求，對駕駛室視線和規(guī)范強(qiáng)制要求的工作站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了重點(diǎn)分析。顧燦虹等[2]結(jié)合320 000 t超大型油船的一人橋樓設(shè)計(jì)，著重介紹駕駛室視線要求、各監(jiān)測控制站的布置和美國船級社(ABS)規(guī)范對一人橋樓布置的要求。程慧勇等[3]以2 500 TEU 集裝箱船為例，詳細(xì)介紹了德國勞氏船級社(GL)關(guān)于一人橋樓的橋樓結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境及工作站的要求。

但是，對于C-Loop艙前置的自卸船型，目前還沒有很多的設(shè)計(jì)分析。鑒于此類型的自卸船船首的視線盲區(qū)較大，并且在設(shè)計(jì)過程中還需滿足歐洲船東對橋樓布置的個性化要求，一人橋樓設(shè)計(jì)具有較大難度。本文以40 000載重噸自卸船為研究對象，對其一人橋樓設(shè)計(jì)規(guī)范和過程進(jìn)行了梳理，分析了船首視野設(shè)計(jì)、駕駛室布置、窗框設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)難點(diǎn)并制訂了相應(yīng)的解決方案。

1 40 000載重噸自卸船簡介

40 000載重噸自卸船是為德國船東設(shè)計(jì)建造的一艘綠色新型自卸船，配備一套高效率自卸系統(tǒng)，且C-Loop艙為前置型。該船主要參數(shù)為：總長190.0 m，型深16.0 m，型寬29.0 m，入DNV·GL船級社，主要航行于西北歐海域。船上安裝了脫硫洗滌塔設(shè)備，滿足最新的硫排放要求；艏艉配有大功率側(cè)推裝置。該船船級符號為：DNVGL +1A BULK CARRIER, HC(B), BIS, BWM(T), E0, LCS, TMON, NAV, ESP, Recyclable, COAT-PSPC (D)。

2 橋樓設(shè)計(jì)的工作站定義

工作站系指執(zhí)行構(gòu)成某一特定行為的一項(xiàng)或多項(xiàng)任務(wù)的位置。常用的工作站如下：

(1)航行和操縱工作站：系指位于雷達(dá)控制臺后方350 mm的船舶主控臺，通常設(shè)置于駕控臺的右側(cè)。其要求是應(yīng)使操作人員在站姿或坐姿時都能獲得適宜的視野，能夠統(tǒng)籌處理設(shè)備信息，尤其是在快速操作時能安全高效地完成船舶操縱。

(2)監(jiān)視工作站：系指能經(jīng)常有效觀察周邊環(huán)境和設(shè)備的工作站，通常設(shè)置于駕控臺的左側(cè)，用于檢測并分析交通狀況、執(zhí)行控制和咨詢功能。

(3)手動操舵工作站：系指舵手可以通過操舵控制船舶的工作站。

(4)靠泊作業(yè)工作站：系指橋樓兩翼的工作站，用于靠泊、通過船閘、引航員轉(zhuǎn)換等，主要任務(wù)是監(jiān)測并控制船舶首向、速度和系泊操作。

(5)安全工作站：系指為船舶自身安全服務(wù)的系統(tǒng)監(jiān)視及應(yīng)急操作集成的工作站。

(6)航線計(jì)劃工作站：系指用于計(jì)劃航程并記錄所有船舶操作事實(shí)的工作站。

(7)無線電通信工作站：系指用于外部通信遇險(xiǎn)、安全和一般通信的工作站。

以上工作站中，(1)～(4)為NAV船級符號強(qiáng)制規(guī)定要求的工作站。參考相關(guān)規(guī)范，40 000載重噸自卸船在設(shè)計(jì)時按常規(guī)習(xí)慣和要求布置了后3個工作站。工作站具體布置見圖1。

圖1 工作站布置

3 橋樓的視野設(shè)計(jì)

基于SOLAS的基本要求，結(jié)合DNV·GL的船級符號規(guī)范并參考國際海事組織IMO MSC/Circ.982的相關(guān)規(guī)定來進(jìn)行視野設(shè)計(jì)。40 000載重噸自卸船的視野設(shè)計(jì)需要各專業(yè)的協(xié)調(diào)配合，再結(jié)合船東的要求反復(fù)驗(yàn)證回歸。

3.1 船首視野設(shè)計(jì)的具體要求

(1)從航行和操縱工作站、監(jiān)視工作站瞭望的海面視野，無論船舶的吃水、縱傾和甲板貨物的情況如何，船首視線盲區(qū)均不可超過2倍船長或500 m(取其小者)；從船首兩舷各10°的范圍內(nèi)不應(yīng)有遮擋，并且每一單獨(dú)的盲視區(qū)均應(yīng)不超過5°。

船舶的吃水越淺，船首視線盲區(qū)越長，因此在最淺吃水工況下可以驗(yàn)證是否滿足要求。其次，由于艏部C-Loop艙的遮擋，會形成艏部的大范圍盲區(qū)，且根據(jù)規(guī)范要求，此盲區(qū)不得大于5°。需要特別注意的是，在計(jì)算艏部盲區(qū)角度時要將C-Loop艙外形上有連貫的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)部分考慮進(jìn)去。

(2)在航行和操縱工作站及監(jiān)視工作站正面向前的視線不能被駕駛室內(nèi)外的遮擋物遮擋。手動操舵工作站正面向前的視線不可被貨物、貨物吊或窗框等遮擋。

船首視線及360°視線演示見圖2。

圖2 船首視線及360°視線演示

以上為NAV對船首視線的要求，這也是確定駕駛室控制臺位置和駕駛窗布置的關(guān)鍵要求。在設(shè)計(jì)初期，電氣及舾裝專業(yè)應(yīng)注意此視線要求，避免后期不斷修改駕駛室布置，導(dǎo)致重復(fù)計(jì)算盲區(qū)和窗框布置等。

由于該船的C-Loop艙前置且位于中線，寬度達(dá)到了6 m，外加一個0.8 m寬的外部加強(qiáng)筋，導(dǎo)致駕控臺向右偏移了約4.85 m。駕控臺太偏必然導(dǎo)致另一側(cè)的操縱臺增多，增加了駕駛室的布置難度。

3.2 水平視野要求

(1)在駕駛室內(nèi)，眼高1.8 m的駕駛?cè)藛T在室內(nèi)移動時視線應(yīng)能覆蓋船舶周圍360°的范圍。由于該項(xiàng)要求一定程度上會受到后方煙囪的影響，該船在靠近左右兩翼處選取了2個觀測點(diǎn)，可滿足此要求，詳見圖2。若是受到限制，360°的視野無法獲得時，用后置的攝像機(jī)在航行和操縱臺上顯示后方視線也是可以接受的。

(2)在航行和操縱工作站上的水平視域應(yīng)為一個不小于225°的扇面，即從正前方向船后兩舷各不小于22.5°的弧度；在監(jiān)視工作站上所見的水平視域應(yīng)為一個不小于202.5°的扇面，即從監(jiān)視工作站水平視野單邊向后延伸不小于22.5°的視域,詳見圖2。

(3)在駕控臺向前225°的視線不應(yīng)被駕駛室內(nèi)的窗簾或其他不必要的遮擋物限制。該船在實(shí)際使用中增加了掛鉤設(shè)備以滿足此項(xiàng)要求。

(4)其他工作站的視線要求和SOLAS的相關(guān)規(guī)范要求相同，見圖3。

圖3 手動操舵站及靠泊作業(yè)站視線

(5)船舷邊應(yīng)從駕駛室翼橋上可見。船舶左右翼應(yīng)可以看到船舶側(cè)邊的拖輪、引水船和碼頭等，以滿足靠泊碼頭的要求，因此駕駛室翼橋應(yīng)盡量延伸至最大船寬。若駕駛室翼橋超出船寬，超出的橋翼會被巴拿馬當(dāng)局視為突出物，這些突出物可能會影響巴拿馬運(yùn)河的安全運(yùn)輸，因此會受到相關(guān)法規(guī)的限制。

3.3 窗沿視野要求

DNV·GL規(guī)范對駕駛室窗戶視野的要求做了詳盡的描述，具體到窗框上下沿高度、窗框分隔的大小等，具體內(nèi)容如下：

(1)為保障駕駛員在座姿狀態(tài)(眼睛參考高度1.4 m)下能夠操作并監(jiān)控到船舶運(yùn)行狀態(tài)，前窗的下沿高度最高不能超過1 m。

(2)前窗的上沿最低不能低于2 m，要求能保證指揮員站在航行和操縱站及監(jiān)視站(眼睛參考高度1.8 m)時能在惡劣海況下有良好的視野。

(3)駕駛室窗戶尤其是駕控臺前的窗戶應(yīng)盡量寬大。駕駛室窗框應(yīng)盡量窄且不可在任何工作站的正前方布置窗框。駕駛室前窗之間的分隔帶寬度盡量控制在0.15 m以內(nèi)；若是為了必要的強(qiáng)度或振動要求，最多可接受至0.2 m。如果窗戶之間有扶強(qiáng)材，則扶強(qiáng)材的寬度控制在0.1 m以內(nèi)，深度不超過0.12 m。

該船由于C-Loop艙的遮擋，駕駛窗的布置需在駕控臺最終確定后，再根據(jù)以上窗戶視線的要求來制定最終的方案。舾裝專業(yè)前期應(yīng)加強(qiáng)與總體及電氣專業(yè)的溝通，避免不必要的重復(fù)設(shè)計(jì)。

3.4 視野盲區(qū)要求

在設(shè)計(jì)初期，視線應(yīng)設(shè)計(jì)為盡量不被遮擋。但常常由于必要的起貨設(shè)備、結(jié)構(gòu)、窗框等，會形成不可避免的視野盲區(qū)。該船型的最大盲區(qū)就是由于C-Loop艙前置引起的。具體規(guī)范要求如下：

(1)在航行和操縱工作站前方180°的范圍內(nèi)任何由貨物、起貨裝置等造成的盲區(qū)遮擋，應(yīng)不超過10°。該區(qū)域盲區(qū)的總和不應(yīng)超過20°。在盲區(qū)之間的可視扇形區(qū)域應(yīng)至少為5°。

(2)自船首前方左右10°范圍內(nèi)的單一視線盲區(qū)不得超過5°。該船的C-Loop艙造成的最大單一盲區(qū)為3.27°，滿足規(guī)范要求。

(3)從航行和操縱站至船舶任一舷的正橫后方22.5°范圍內(nèi)的附加盲區(qū)弧度不應(yīng)超過10°，在此區(qū)域盲區(qū)間的可視扇形區(qū)域應(yīng)至少為5°。在視野總弧度225°內(nèi)的盲區(qū)弧度總和不超過30°。

該船經(jīng)過計(jì)算，盲區(qū)角度總和完全滿足NAV規(guī)范的要求。

4 橋樓和駕駛室的布置設(shè)計(jì)

4.1 橋樓高度

駕駛室內(nèi)甲板敷料至天花板下緣的凈高度應(yīng)不小于2.25 m；在駕駛室開放區(qū)域、站立工作站和走道上方的天花板安裝相關(guān)設(shè)備后，其下緣距甲板的凈高不得低于2.1 m。

4.2 駕駛室窗布置

NAV船級符號對駕駛室窗有明確的要求，具體如下：

(1)在航行和操縱工作站及監(jiān)視工作站的水平視野225°范圍內(nèi)所有的窗戶要傾斜以防止光線的反射。橋樓前窗應(yīng)偏離垂直面，頂部向外傾斜，傾斜度不小于15°，但不大于25°。橋樓邊窗也應(yīng)向外傾斜不小于5°。在駕控臺水平視野225°的范圍外的窗戶及后窗可能會造成光線反射，也應(yīng)向外傾斜不小于4°～5°。該船的橋樓窗戶均設(shè)計(jì)為傾斜式，滿足規(guī)范的要求及推薦。

(2)設(shè)計(jì)時，為盡量減少駕駛窗盲區(qū)的影響，可減小窗框的寬度且使單幅駕駛室窗戶寬度盡可能大，一般不小于1.2 m?？紤]到航行和操縱工作站、雷達(dá)顯示器及手動操舵工作站正面視線不可被遮擋，為了使這些操作臺正面獲得最大的舒適視野，該船設(shè)計(jì)的單幅寬度駕駛室窗戶右邊達(dá)到了2 m多，左邊達(dá)到了1.6 m，窗框間距也縮至0.08 m，最大幅度地滿足了使用要求。正面窗戶設(shè)計(jì)見圖4。

圖4 駕駛室正面窗戶設(shè)計(jì)(單位：mm)

(3)因駕駛室是全封閉橋樓，兩翼的靠泊作業(yè)臺前、后及舷側(cè)的玻璃窗均設(shè)計(jì)成上、下兩排，且兩翼上方駕駛窗設(shè)計(jì)成可移動式開窗，以保證舷邊視線的要求。

(4)DNV·GL規(guī)范要求：駕控臺所有的前窗玻璃必須安裝有效的雨刮器(帶沖洗系統(tǒng))和除霜除霧系統(tǒng)。因?yàn)樵摯侨忾]橋樓，兩翼操作位置的玻璃窗也需要提供上述裝置。另外，為防止陽光的反射，所有橋樓窗需配備遮陽卷簾，以保證船舶航行的安全性。

4.3 駕控臺布置

駕控臺的布置首先應(yīng)符合視線要求，人機(jī)工程學(xué)的原理也是設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。在確定其大概位置后，還需要依據(jù)規(guī)范的要求，綜合考慮控制臺尺寸來確定最終的位置。

(1)DNV·GL規(guī)范要求：駕控臺不得妨礙操作者坐姿時的水平視線，駕控臺上邊緣應(yīng)不得高于1.2 m。

(2)由于船東的特殊要求，實(shí)船的貨控臺與駕控臺同時布置在駕駛室內(nèi)，因此駕控臺只能布置在前窗右舷區(qū)域，貨控臺布置貼前窗左舷區(qū)域,此種布置有效利用了駕駛室的有限空間。

(3)船東要求該船無線電通信臺的布置方向朝向船尾，四周增加環(huán)形工作臺和船東電腦辦公區(qū)。此種布置可形成類似封閉的工作區(qū)域，減少了駕控、貨控工作人員之間的干擾。

4.4 通道布置

(1)駕駛室前面要有一個足夠?qū)挼耐馔ǖ烙糜诖皯羟鍧?、維修和安裝雨刮器。

(2)若控制臺與橋樓前壁有距離，則該距離最好應(yīng)不少于1 m，但至少為0.8 m。該船由于駕控臺布置的特殊性，在綜合考慮航行和操縱工作站的正向視線不受影響的前提下，經(jīng)過多次調(diào)整，使得主通道滿足了規(guī)范的要求。

(3)2個獨(dú)立的工作站之間的通道寬度不小于0.7 m，工作站操作區(qū)域應(yīng)視為工作站的一部分。

由于駕控臺在右側(cè)，為使駕駛室內(nèi)有較充足的主通道空間，該船的駕控臺體采用新穎的半環(huán)抱式設(shè)計(jì)(類似∩形)。這種臺體設(shè)計(jì)可縮短駕控臺的整體長度，使各控制站更為集中，也有效減少了駕駛員的走動。由于兩翼空間有限，因此在布置靠泊作業(yè)工作站時，緊靠前壁，保證兩翼控制臺后方有充足的空間。

5 橋樓工作環(huán)境

橋樓工作環(huán)境設(shè)計(jì)的總原則是保證操作人員的舒適性、安全性。NAV船級符號具體要求如下:

(1)應(yīng)在橋樓上設(shè)置洗手間，方便值班人員使用和及時返回工作崗位。

(2)駕駛室和橋樓甲板應(yīng)處于同一層并敷有防滑地面。

(3)駕駛室內(nèi)不應(yīng)有尖銳的邊緣或突出物等，防止在惡劣海況下對駕駛室人員造成傷害。

(4)工作臺和駕駛室前壁應(yīng)設(shè)置充足的欄桿、扶手等，以便船員在惡劣天氣下能夠移動或站立。

(5)燈光及其他方面的要求推薦采用MSC/Circ.982的相關(guān)規(guī)定和指導(dǎo)方針。

6 結(jié)論

40 000載重噸自卸船的一人橋樓設(shè)計(jì)已獲得DNV·GL的認(rèn)可。鑒于該自卸船C-Loop前置的特殊性，增加了設(shè)計(jì)難度，對于視線設(shè)計(jì)和駕駛室布置及窗框設(shè)計(jì)均是不小的挑戰(zhàn)。該船一人橋樓設(shè)計(jì)過程的總結(jié)如下：

(1)對于這種類型的自卸船，各專業(yè)在設(shè)計(jì)初期應(yīng)結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)充分消化規(guī)范的要求，可使用專題會議討論的形式來進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)思路整理，避免后續(xù)不必要的設(shè)計(jì)交叉問題。

(2)該船駕控臺應(yīng)重點(diǎn)考慮正面向前的視線不可被遮擋這項(xiàng)規(guī)范要求，結(jié)合駕駛室通道要求布置其位置。駕控臺采用新穎的半環(huán)抱式設(shè)計(jì)，合理優(yōu)化了駕駛室的空間布置。

(3)工作站的布置應(yīng)和船級社進(jìn)行充分地溝通，要在船東個性要求和規(guī)范之間尋求一個平衡點(diǎn)。

(4)該船的駕駛室窗全部采用傾斜式。為了獲得更舒適的視覺效果，窗框設(shè)計(jì)進(jìn)行了多方案對比，將單幅窗的大小和窗框的寬度做到了最優(yōu)化。