新型巡航救助船全景式駕駛室視野計(jì)算分析

陸 超 金永明 陳 銳

1中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢430064

2海軍駐上海江南造船集團(tuán)有限責(zé)任公司軍事代表室，上海201913

新型巡航救助船全景式駕駛室視野計(jì)算分析

陸 超1金永明2陳 銳1

1中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢430064

2海軍駐上海江南造船集團(tuán)有限責(zé)任公司軍事代表室，上海201913

駕駛室是控制船舶航行和作業(yè)的關(guān)鍵部位，其布置的合理性對(duì)船舶操縱效率和運(yùn)行安全有著直接影響，而衡量其布置合理性的重要指標(biāo)便是視野范圍?！皣?guó)際海上人命安全公約”（1974）中明確規(guī)定了駕駛室視野的安全性要求，這些要求被國(guó)內(nèi)外各主要船舶規(guī)范所引用，但是對(duì)視野的規(guī)范和規(guī)定還局限于前視區(qū)域，對(duì)全景式駕駛室沒(méi)有做出相應(yīng)的規(guī)定，國(guó)內(nèi)目前也沒(méi)有對(duì)船舶駕駛室的優(yōu)化布置及視野計(jì)算方法展開(kāi)過(guò)專(zhuān)門(mén)研究。在參照我國(guó)海船規(guī)范中對(duì)駕駛室安全視野的校核規(guī)定的基礎(chǔ)上，受到其它行業(yè)中關(guān)于視野計(jì)算的方法的啟發(fā)，利用二維平面作圖法對(duì)某新型海事船多功能綜合全景駕駛室的視野盲區(qū)范圍進(jìn)行了測(cè)量計(jì)算，并對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。分析表明，該駕駛室前臺(tái)駕駛時(shí)前視視野滿(mǎn)足規(guī)范要求，其它駕駛狀態(tài)和方位的視野也較開(kāi)闊。

全景；視野；計(jì)算方法；盲區(qū)

1 引言

船舶艙室布置的合理程度與船舶操縱效能和航行安全性密切相關(guān)，而駕駛室又是直接關(guān)系到船舶作業(yè)速度和航行安全的關(guān)鍵艙室，其中衡量駕駛室布置是否合理的重要指標(biāo)就是視野盲區(qū)的分布與大小。對(duì)于駕駛室的視野指標(biāo)，國(guó)內(nèi)外的船舶設(shè)計(jì)單位均十分重視，如1974年簽署的“海上人命安全公約”（SOLAS）中，就對(duì)駕駛室視野的安全性給予了明確規(guī)定，并被國(guó)內(nèi)外的各主要船舶規(guī)范所引用［1］。國(guó)外在船舶駕駛室視野研究方面已取得了一定的進(jìn)展，如Pomeroy等［2］以某船擱淺案例為分析依據(jù)，對(duì)船舶設(shè)計(jì)和操縱過(guò)程中的人員因素進(jìn)行了分類(lèi)分析，強(qiáng)調(diào)了駕駛控制因素的重要性；有人曾針對(duì)在碰到狹窄航道和低矮障礙物時(shí)的駕駛室安全性問(wèn)題，采用了多種評(píng)估方法，其中就包括駕駛室視野仿真和蒙特卡羅模擬方法。我國(guó)針對(duì)駕駛室視野優(yōu)化的研究在航空［3］和汽車(chē)行業(yè)［4－5］中探討較多，并形成了較可靠的視野校核方法［6］，而在船舶艙室布置優(yōu)化方面則相對(duì)較少，主要是將模糊綜合評(píng)價(jià)法［7］和幾何約束方程的求解轉(zhuǎn)化作為最優(yōu)化的求解［8］方法。

本文以某新型海事船為依托，對(duì)該船新型全景式多功能駕駛室兩種駕駛狀態(tài)下的全景視野進(jìn)行了計(jì)算，探討了一種以繪圖為手段的視野盲區(qū)計(jì)算方法，并將前臺(tái)駕駛前部的視野狀態(tài)與有關(guān)規(guī)范進(jìn)行了核對(duì)。

2 計(jì)算條件和數(shù)據(jù)輸入

本文將以某新型海事船為例進(jìn)行探討。該船為大型巡航救助船，其基本尺寸和特性如表1所示。

表1 某型船基本性能參數(shù)Tab.1 Ship specifications

由于使命和任務(wù)的需要，該船在操縱定位和海域觀(guān)察感知能力方面要求很高，包括前臺(tái)駕駛和后臺(tái)駕駛。同時(shí)，為增強(qiáng)指揮反應(yīng)能力，駕控與指揮間的聯(lián)系也需要加強(qiáng)。因此，該船的駕駛室為前后皆可操控的全景式駕駛室。前駕控臺(tái)為主駕控臺(tái)，后駕控臺(tái)除雨刮控制臺(tái)外，僅保留必要的操控設(shè)備。在前駕控臺(tái)后方設(shè)有海圖桌，夜間操作時(shí)用布簾遮擋，在上梯口右側(cè)設(shè)有指揮中心，也可用布簾隔離。由此，便可實(shí)現(xiàn)駕駛室前／后操控、海圖實(shí)時(shí)繪制、單船或船隊(duì)實(shí)景指揮的多功能特性。為改善駕駛和指揮環(huán)境，在中心線(xiàn)靠左舷的附近設(shè)有兩臺(tái)空調(diào)機(jī)柜，緊靠著空調(diào)新風(fēng)圍井，以盡量避免對(duì)視野的影響。該船駕駛室的幾何參數(shù)如表2所示。

3 全景式多功能駕駛室視野計(jì)算

多功能駕駛室計(jì)算需考慮駕駛室布置設(shè)計(jì)的特殊性和全景綜合布置的特殊要求，以及該船的多功能綜合駕駛室為全景式駕駛室，而參照CCS“船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則”中的有關(guān)要求（即SOLAS要求值），其僅適用于本船前臺(tái)駕控時(shí)，前半球180°部分的視野校對(duì)，因此，將駕控視野計(jì)算分為前方駕控和后方駕控兩部分進(jìn)行。其中，前方駕控時(shí)前半球180°部分的視野計(jì)算結(jié)果按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校核，其它部分的視野計(jì)算結(jié)果作為參考依據(jù)進(jìn)行匯總分析。兩部分的計(jì)算方法相同，均采用繪圖法進(jìn)行標(biāo)示計(jì)算，并以視野盲區(qū)扇面圖進(jìn)行直觀(guān)表示。另外，兩部分計(jì)算時(shí)的狀態(tài)也相同，均為最小吃水。考慮到后駕駛席為專(zhuān)用駕駛座椅，駕駛室人員的視覺(jué)高度為駕駛室甲板以上1 800 mm，根據(jù)“眼橢圓”理論［9－10］，上下俯仰角度絕對(duì)值不大于90°。為精確計(jì)算，本文還考慮了駕駛員兩眼瞳距對(duì)視野的影響，取平均瞳距為70 mm。在最危險(xiǎn)的情況下，該船的吃水為最小值，即Tmin＝4.898 m，無(wú)縱傾，處于航行狀態(tài)時(shí)前信號(hào)燈／旗桿放倒，駕駛室兩側(cè)的艙門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，所有布簾處于收起狀態(tài)。

表2 某型船駕駛室?guī)缀螀?shù)Tab.2 Wheel－h(huán)ouse specifications

繪圖計(jì)算在AutoCAD中進(jìn)行，水平視界線(xiàn)通過(guò)舷窗豎向框柱的幾何中點(diǎn)與對(duì)應(yīng)眼球的中心點(diǎn)連線(xiàn)，其中紅色為左眼視界線(xiàn)，綠色為右眼視界線(xiàn)。垂直視界線(xiàn)通過(guò)舷窗水平框所在直線(xiàn)與眼球的中心點(diǎn)連線(xiàn)。水平視野盲區(qū)進(jìn)行360°全景統(tǒng)計(jì)，垂直視野盲區(qū)僅考慮長(zhǎng)度最大的前后中縱剖面，左、右眼盲區(qū)取交集，相疊加盲區(qū)取合集。

3.1 多功能駕駛室前方駕控水平視野計(jì)算分析

該船船長(zhǎng)108 m，SOLAS要求船長(zhǎng)大于55 m就應(yīng)進(jìn)行駕駛室視野計(jì)算。前方駕控時(shí)，駕駛席位于中心線(xiàn)上，由于前信號(hào)燈／旗桿已經(jīng)放倒，因而前部的視野盲區(qū)主要是由全景窗框架遮擋所致。表3所示為該多功能綜合駕駛室前景水平視野盲區(qū)計(jì)算結(jié)果。

由計(jì)算結(jié)果可知，前臺(tái)駕駛時(shí)的視野盲區(qū)范圍明顯小于規(guī)范所規(guī)定的范圍，可視范圍有較大的增加。由于有梯口和空調(diào)機(jī)柜的遮擋，左、右水平視野有所區(qū)別。因煙囪和桅桿的遮擋，后方視野較前方視野要窄一些。

表3 多功能綜合駕駛室前景水平視野盲區(qū)計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculation results of forward harizontal vision field in blind area

為了更直觀(guān)地觀(guān)察前方駕控水平視野情況，繪制了盲區(qū)計(jì)算圖以進(jìn)行表達(dá)計(jì)算，其中，各陰影扇面即為盲區(qū)范圍。前方駕駛時(shí)的盲區(qū)計(jì)算區(qū)域如圖1所示。

圖1 某船多功能綜合駕駛室前方駕駛水平視野盲區(qū)計(jì)算圖Fig.1 Calculation of forward horizontal vision field in blind area for wheel-house

3.2 多功能駕駛室后方駕控水平視野計(jì)算分析

后方駕控時(shí)，煙囪和桅桿的影響更加明顯，表4為該多功能綜合駕駛室后景水平視野盲區(qū)計(jì)算結(jié)果。

表4 多功能綜合駕駛室后景水平視野盲區(qū)計(jì)算結(jié)果Tab.4 Calculation results of afterward horizontal vision field in blind area for wheel-house

由上表可知，除后方障礙物較多、最大遮擋角偏大外，其他指標(biāo)仍能滿(mǎn)足規(guī)范中有關(guān)前視時(shí)的視野要求。同時(shí)，空調(diào)機(jī)柜對(duì)后方視野的遮擋也較前方駕駛時(shí)明顯。

為了更直觀(guān)地觀(guān)察后方駕控水平視野情況，繪制了盲區(qū)計(jì)算圖以進(jìn)行表達(dá)計(jì)算，其中，各陰影扇面即為盲區(qū)范圍。后方駕駛時(shí)的盲區(qū)計(jì)算區(qū)域如圖2所示。

圖2 某船多功能綜合駕駛室后方水平視野盲區(qū)計(jì)算圖Fig.2 Calculation of afterward horizontal vision field in blind area for wheel-house

3.3 多功能駕駛室駕控垂直視野計(jì)算分析

采用類(lèi)似的方法可進(jìn)行垂直視野的繪圖計(jì)算。表5為該多功能綜合駕駛室垂直視野盲區(qū)計(jì)算結(jié)果。

表5 多功能綜合駕駛室垂直視野盲區(qū)計(jì)算結(jié)果Tab.5 Calculation of vertical vision field in blind area for wheel-house

由計(jì)算結(jié)果可知，垂直視野在最小吃水時(shí)的盲區(qū)范圍仍然滿(mǎn)足規(guī)范要求，由于配備了取景天窗視，使得該船駕駛室具備了很大的仰視區(qū)域，僅后方桅桿遮擋了一部分。因駕駛室后方的障礙物較多，后方垂直視野盲區(qū)范圍明顯大于前方，但仍未超過(guò)兩倍船長(zhǎng)。利用垂直視野扇面圖，可以更直觀(guān)地觀(guān)察該船的前后垂直視野狀況，如圖3所示。

圖3 多功能綜合駕駛室垂直視野盲區(qū)計(jì)算圖Fig.3 Calculation of vertical vision field in blind area for wheel-house

4 結(jié)果分析與總結(jié)

根據(jù)規(guī)范要求，將以上計(jì)算結(jié)果加以匯總后的結(jié)果如表6所示。

表6 分析結(jié)果匯總Tab.6 Results conclusion

由本文的計(jì)算分析可知，大型巡航救助船的多功能綜合駕駛室在布置上不僅充分考慮了空調(diào)等設(shè)備的優(yōu)化布置因素，而且還為前后駕控時(shí)的駕駛員席提供了優(yōu)良的視野條件，這是傳統(tǒng)的海事船舶駕駛室所無(wú)法比擬的。同時(shí)，在分析的過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)，取景窗支柱的寬度和厚度對(duì)實(shí)際視野的影響十分明顯。因此，為保證良好的視野，以及指揮和航行作業(yè)的安全，該部分的實(shí)際尺寸應(yīng)盡量小，建議采取簡(jiǎn)裝或不裝修的形式，同時(shí)優(yōu)化結(jié)構(gòu)件尺寸設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步改善該類(lèi)船舶綜合駕駛室的視野技術(shù)指標(biāo)。在本文所探討的繪圖計(jì)算方法中，未考慮取景窗玻璃厚度的影響，需在今后的研究中進(jìn)一步完善。

［1］中華人民共和國(guó)海事局.船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則（國(guó)際航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則2009年修改通報(bào)）2B分冊(cè)：駕駛室可視范圍［S］.北京：人民交通出版社，2009.

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Calculation and Analysis of Vision Field in Panoramic Wheel－House for New Patrol Salvage Ship

Lu Chao1Jin Yong-ming2Chen Rui1
1 China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China 2 Naval Military Representative Office in Jiangnan Shipyard（Group）Co.Ltd.，Shanghai 201913，China

The wheel-house is the key position where the pilot operates the ship for safe navigation and operation at sea.However the arrangement of the wheel-house may have direct effect on the operational safety and efficiency.The range of vision field is used as the main metric measure to identify and assess whether the arrangement of the wheel-house is a rational design.The International Convention on the Safety of Life at Sea （SOLAS，1974）had provided a set of safety requirements for designing the vision field of wheel-house，which have been widely quoted by major Ship Specifications and Rules.Whereas，these requirements are limited to the forward view and there are no associated rules available for panoramic wheel-house design.Based on the national specification and rules and methods，the range of blind zone in multi－functional panoramic wheel-house of a ship was calculated using two dimensional plan view drawing and a statistics data analysis was carried out.The results show that the forward view satisfies the requirements for wider vision field in different operation conditions.

panorama；vision field；calculation method；blind zone

U663.81

：A

：1673－3185（2011）04－64－03

2010-04-29

中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心2009年度大型巡航救助船研發(fā)項(xiàng)目

陸 超（1981－），男，碩士，工程師。研究方向：艦船總體設(shè)計(jì)與優(yōu)化。E-mail：oceanst0626＠sina.com

10.3969/j.issn.1673-3185.2011.04.013