基于城市內(nèi)澇的兩棲救援車造型設(shè)計(jì)研究

摘要：目的：提供內(nèi)澇災(zāi)害后人們實(shí)施援救任務(wù)所需的交通工具，使救援人員在第一時(shí)間拿到救援產(chǎn)品，提高救援效率，減少人員傷亡，解決搶險(xiǎn)救災(zāi)問題。方法：文章分析內(nèi)澇發(fā)生面臨的問題與受災(zāi)人員面臨的環(huán)境，對(duì)產(chǎn)品使用環(huán)境、主要功能、外觀造型進(jìn)行完善，通過整合創(chuàng)新敲定最終的設(shè)計(jì)方案。結(jié)果：文章主要探討一款新型內(nèi)澇兩棲救援車的設(shè)計(jì)方案。此救援車擬結(jié)合液壓收放和水路兩用車輪的設(shè)計(jì)思路，可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)澇災(zāi)區(qū)不同路段、不同高度的高效救援。救援車的后半部分設(shè)計(jì)有救援擔(dān)架、救生圈以及可攜帶急救包。車體底部和輪子部分設(shè)置三分之二可打開的充氣裝置，在水位較深的地段可以減輕車體重量。在救援車的內(nèi)飾部分，為實(shí)現(xiàn)更好的空間利用，行李箱內(nèi)裝件系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)都做了相應(yīng)改善，功能性大大增強(qiáng)，提高了救援效率，能夠有效減少人員傷亡。結(jié)論：內(nèi)澇發(fā)生時(shí)，交通與通信受阻，受災(zāi)人民處于“孤島”之中，會(huì)造成嚴(yán)重的生命和財(cái)產(chǎn)損失。要高度重視城市內(nèi)澇救援工作，引入先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備，定期開展專業(yè)訓(xùn)練，提高消防隊(duì)員的能力，將城市內(nèi)澇救援準(zhǔn)備工作落實(shí)到位，最大限度地減少災(zāi)害引發(fā)的損失。

關(guān)鍵詞：兩棲救援車；內(nèi)澇；搶險(xiǎn)；應(yīng)急救援；臨時(shí)醫(yī)療

中圖分類號(hào)：U469.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2023）23-0-03

0 緒論

第一，設(shè)計(jì)簡介。

一是設(shè)計(jì)來源。本課題源于濟(jì)南市章丘區(qū)遭特大暴雨，發(fā)生了嚴(yán)重的內(nèi)澇災(zāi)害。受臺(tái)風(fēng)“利奇馬”的影響，全區(qū)平均降水量達(dá)到392.4毫米，最大降雨點(diǎn)雙山街道達(dá)到518.8毫米，部分區(qū)域水深達(dá)到2米左右。城市停水停電，極大地影響了交通安全，造成了城市交通大面積癱瘓［1］，給人民群眾和社會(huì)帶來巨大損失。因此，迫切需要設(shè)計(jì)一款針對(duì)內(nèi)澇兩棲的救援車。市場上針對(duì)內(nèi)澇救災(zāi)的皮艇和搶險(xiǎn)救援車類的產(chǎn)品較多，所以對(duì)該產(chǎn)品以液壓收放平臺(tái)、充氣裝置為主的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，充分考慮該產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的創(chuàng)新、內(nèi)部空間的使用、功能工具的分區(qū)、救援效率等方面的相關(guān)問題，以此提升受災(zāi)群眾的安全保障，提高救災(zāi)效率，節(jié)省人力、物力以及財(cái)力。

二是設(shè)計(jì)研究背景。我國人口眾多且集中，若城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)內(nèi)澇災(zāi)害，不僅情況復(fù)雜而且救援難度大，會(huì)造成極大的損失。另外，內(nèi)澇救援產(chǎn)品還有待完善。

三是設(shè)計(jì)研究目的與意義。該課題的研究是為實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援隊(duì)伍的合理調(diào)遣，以快速營救出被困人員，提高救援效率。根據(jù)城市內(nèi)澇災(zāi)害被困人員的分布特點(diǎn)、城市內(nèi)澇災(zāi)害的情況，設(shè)計(jì)出更有安全保障的救援產(chǎn)品，有助于更好地滿足應(yīng)急救援人員的需求，保障受困人員的生命安全；解決船因?yàn)轶w積較大難以通過狹小街道的問題，在救援搶險(xiǎn)方式上能夠有所創(chuàng)新，增強(qiáng)救援工作的可靠性，提高搶險(xiǎn)救援的效率，保證受災(zāi)群眾的人身安全。水陸兩棲救援車兼具汽車和救生艇的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以車體為主，并在此基礎(chǔ)上增添救生艇結(jié)構(gòu)的理念，不斷豐富水陸兩棲救援車的功能與形式，使之成為城市救援的亮點(diǎn)。

本案設(shè)計(jì)可以保證產(chǎn)品在惡劣環(huán)境下也能夠正常工作。引入船體的設(shè)計(jì)理念，使產(chǎn)品在漂浮停滯的狀態(tài)下節(jié)省更多的能源消耗，以更加機(jī)動(dòng)的方式融入災(zāi)后的城市救援工作中，因此本案設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

第二，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。

一是國外研究現(xiàn)狀。相比國內(nèi)，國外內(nèi)澇救援類產(chǎn)品起步要早得多，世界上第一輛水陸兩棲車是由美國人于1805年發(fā)明的［2］，其目的是使車輛在水中行駛。他們在車上裝上了軸和漿輪，利用發(fā)動(dòng)機(jī)、軸的皮帶和皮帶輪來驅(qū)動(dòng)槳輪。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，這類產(chǎn)品逐步改善，二戰(zhàn)期間，德軍開始裝備大眾166型水陸兩用車，行駛速度在陸地為90千米/小時(shí)，水中速度為10千米/小時(shí)，雖然行駛速度有待提高，但該車受到德方軍官的廣泛歡迎。

二是國內(nèi)研究現(xiàn)狀。國內(nèi)對(duì)水陸兩棲車的研究起步較晚。國內(nèi)第一輛水陸兩棲車是由汽車修理工王宏君花費(fèi)巨大心血制造發(fā)明出來的。除了發(fā)動(dòng)機(jī)購買外，其他配件都是通過作坊精心研制出來的，歷經(jīng)13年之久。他將車體設(shè)計(jì)為中空結(jié)構(gòu)，極大減輕了車的重量，其驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力主要源于車體后下側(cè)的螺旋槳。

2009年，青島盛世飛洋海上旅游公司引領(lǐng)風(fēng)尚，將澳大利亞的“冒險(xiǎn)鴨”水陸兩棲船引進(jìn)中國，用于水陸兩棲觀光旅游，為中國兩棲車的使用與研究開辟了新思路。

第三，研究內(nèi)容。

一是使用環(huán)境分析，旨在了解城市內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生的現(xiàn)狀及問題。

二是受災(zāi)人員環(huán)境危險(xiǎn)因素分析，主要包括因內(nèi)澇災(zāi)害被困人員的需求以及突發(fā)情況。

三是救援產(chǎn)品功能化模塊分析。了解救援人員的應(yīng)急需求，合理設(shè)計(jì)車輛內(nèi)部急救用品的布局，給出最佳的模塊分區(qū)，同時(shí)保證救援效率的提高。

四是關(guān)于水陸兩棲救援車的密封性設(shè)計(jì)。考慮城市內(nèi)澇環(huán)境下水位的閾值，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出車體不同區(qū)域所需的車體密封條件，以達(dá)到節(jié)省材料、減輕車體負(fù)重的設(shè)計(jì)要求，確保車體密封的安全性。

五是液壓平臺(tái)收放系統(tǒng)分析，以了解收放系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及安全性。

六是輪胎與車體氣囊技術(shù)及原理分析，利用氣囊增加車體的浮力，并依靠噴水推進(jìn)技術(shù)產(chǎn)生動(dòng)力。

七是關(guān)于現(xiàn)有兩棲救援車產(chǎn)品的分析與對(duì)比。

1 設(shè)計(jì)調(diào)研

1.1 使用環(huán)境分析

1.1.1 城市內(nèi)澇災(zāi)害概述

隨著城市人口的不斷增加，城市內(nèi)澇已經(jīng)成為許多國家和地區(qū)共同面臨的難題，給社會(huì)、人民群眾以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重的影響。

1.1.2 城市內(nèi)澇面臨的問題

一是隨著降水量的不斷增加，城市地區(qū)硬化面積增加，進(jìn)而對(duì)地表徑流的下滲造成影響。當(dāng)降水強(qiáng)度超過地表下滲能力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生積水，而積水量的不斷增加會(huì)使得救援工作的實(shí)施難度隨之提高。目前，我國城市在救援隊(duì)伍和配置方面還存在很大的缺陷，救援人員數(shù)量不足。隨著城鎮(zhèn)化趨勢愈發(fā)明顯，安全事故也呈多樣化發(fā)展，當(dāng)事故發(fā)生后，往往無法安排足夠的救援人員前來支援。

1.2 受災(zāi)人員環(huán)境危險(xiǎn)因素分析

在內(nèi)澇災(zāi)害中，身處危舊房的災(zāi)民需要轉(zhuǎn)移位置，尋找較高安全地。災(zāi)民身邊的求救工具也是重要因素，如哨子、手電筒、便攜急救包、救生衣和救生圈等。弱勢群體面臨的情況會(huì)比較復(fù)雜，存在基本的醫(yī)療用品需求。

1.3 救援產(chǎn)品功能化模塊分析

需要整體分析車內(nèi)的固定人員和流動(dòng)性較強(qiáng)的人員的布局，并深度把握不同類型的人員所需要的空間。車頭部分主要針對(duì)流動(dòng)性較弱的人員進(jìn)行設(shè)計(jì)。空間內(nèi)人員需要長期作業(yè)，所以空間流通性的重要性要次于舒適性。在設(shè)計(jì)初期便已確定車頭部分側(cè)重于安全性設(shè)計(jì)，即在最大程度上保證工作人員的人身安全。其范圍主要集中于司機(jī)等人員，此類人員需要長期處于工作狀態(tài)，符合前期設(shè)想的產(chǎn)品實(shí)際使用時(shí)的人員屬性，這樣有助于水陸兩棲救援車的車頭部分的功能設(shè)計(jì)更加實(shí)用，更適應(yīng)工作環(huán)境，提高操作人員的工作效率。

1.4 水陸兩棲救援車的密封性設(shè)計(jì)

為防止水進(jìn)入車體內(nèi)部，影響內(nèi)部機(jī)構(gòu)的運(yùn)行，應(yīng)充分保證車體后輪輪軸與車體的密封、側(cè)面液壓收放平臺(tái)與車體的密封，大體計(jì)算車輛的吃水程度以及受到的阻力，確保車體平穩(wěn)行駛。

1.5 液壓平臺(tái)收放系統(tǒng)分析

根據(jù)本案的設(shè)計(jì)需求，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工程方向結(jié)合了液壓式的伸縮系統(tǒng)的工作狀態(tài)和產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)時(shí)不同組件的相互響應(yīng)模式。為確保整個(gè)系統(tǒng)的安全性和合理性，對(duì)整個(gè)液壓式的伸縮系統(tǒng)進(jìn)行整體分析。液壓平臺(tái)由收起狀態(tài)轉(zhuǎn)為平放狀態(tài)的工作過程是：液壓杠伸出，推動(dòng)由軸連接的液壓杠的一端，繞著平臺(tái)固定支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，使平臺(tái)板由原先的關(guān)閉模式轉(zhuǎn)變?yōu)榕c地面呈現(xiàn)出45度夾角的工作模式；平臺(tái)打開后，與地面和車體呈三角形結(jié)構(gòu)，滿足穩(wěn)定性，平臺(tái)表面有防滑層，能夠確保人員的活動(dòng)安全。

1.6 輪胎與車體氣囊技術(shù)及原理分析

普通的輪胎已經(jīng)無法適應(yīng)苛刻的環(huán)境要求［3］，因此，本案設(shè)計(jì)采用三角形履帶式輪胎。目前主要的三角形履帶組成包括驅(qū)動(dòng)輪、履帶、擺架、支撐輪、導(dǎo)向輪，融合了輪胎和履帶行走的特點(diǎn)，具有輕便性、可更換性、高通過性和高穩(wěn)定性。

車體氣囊主要在車的底部和兩邊的輪胎中，占比大概達(dá)三分之二，當(dāng)水深到達(dá)一定高度時(shí)，可以驅(qū)動(dòng)打開氣囊，增加浮力，減少能源消耗。

在水位較深且車體處于漂浮狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力形成依靠噴水推進(jìn)技術(shù)，即利用推進(jìn)泵加壓的高壓水流使其前進(jìn)。螺旋槳技術(shù)也常用于兩棲車的設(shè)計(jì)［4］，成本較低，但其水上的推進(jìn)速度也相對(duì)較低，更適合普通農(nóng)業(yè)工程場景的應(yīng)用。搶險(xiǎn)救災(zāi)或者國防工作場景應(yīng)首先采用噴水推進(jìn)技術(shù)。

1.7 現(xiàn)有兩棲救援車產(chǎn)品的對(duì)比與分析

越野式水陸兩棲車。這種車型是結(jié)合中國文化與汽車的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的，十分具有代表性，體現(xiàn)了傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代文化相融合的中國設(shè)計(jì)新思潮。

全地形水陸兩棲車。其可滿足在雪地、沙漠、森林場景中行駛，也可以在水中行駛。這款車敞篷、無后視鏡，有八個(gè)輪胎，在外觀設(shè)計(jì)上仿照了越野車的特點(diǎn)，采用全塑料車體，不透水，在水中的動(dòng)力依靠螺旋槳推進(jìn)［5］。

水陸兩棲軍用艇。此車型主要用于搶灘登陸、水上突擊、人員物資運(yùn)送等任務(wù)。其車身采用航海級(jí)鋁合金材料，配備合成橡膠全地形輪胎，具有較強(qiáng)的抓地能力，其特點(diǎn)是在水中的行駛速度較快。

水陸兩棲拖車。其具有電動(dòng)船和露營拖車兩類功能，外觀采用玻璃纖維塑料，大部分的兩棲車適用于軍事或者搜救場景，而這款兩棲車則主要用于水上露營和休閑。

2 設(shè)計(jì)過程

2.1 分析與定位

這款產(chǎn)品是面向城市內(nèi)澇救護(hù)工作設(shè)計(jì)的。通過調(diào)研，以及對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的一些功能、原理的分析，將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行方案的初步分析與定位：

第一，使用環(huán)境：城市內(nèi)澇搶險(xiǎn)救災(zāi)期間，救援車既要能夠在陸地上行駛，又要能夠在澇災(zāi)環(huán)境中

行駛。

第二，主要功能：在城市內(nèi)澇期間為受災(zāi)人員提供安全的生命通道和必要的急救用品；通過合理的空間利用提高救災(zāi)人員工作效率。

第三，外觀造型：首先要符合整個(gè)內(nèi)澇環(huán)境，車的重量偏輕；其次要符合受災(zāi)群眾承載量的需求；最后外觀要有現(xiàn)代科技感。

第四，適用對(duì)象：搶險(xiǎn)救災(zāi)人員以及受災(zāi)群眾。

2.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

解決車頭和車斗的功能化分區(qū)問題，保障救援物資種類的多樣性和齊全性，給救災(zāi)人物與受災(zāi)人員提供較強(qiáng)的安全保障；能應(yīng)對(duì)陸地和內(nèi)澇等不同環(huán)境，車體的密封性能強(qiáng)；輪胎與氣囊的設(shè)計(jì)在空間上要具備合理性，既要滿足三角形履帶輪胎的性能，又要滿足攜帶氣囊的功能；面對(duì)應(yīng)急情況時(shí)，要有完善的救援措施。

2.3 設(shè)計(jì)構(gòu)思

通過整個(gè)前期草圖方案繪制、建模等步驟，以及對(duì)每一個(gè)步驟所產(chǎn)生的問題進(jìn)行相應(yīng)的處理，最終確定本方案的造型?？紤]到產(chǎn)品的整體性，確定各個(gè)組件之間與整體的相互協(xié)調(diào)關(guān)系，并通過色彩、紋理等設(shè)計(jì)手法，對(duì)整個(gè)車體進(jìn)行更深層次的優(yōu)化，突出本案表達(dá)的中心思想與基本理念，增強(qiáng)產(chǎn)品的可識(shí)別性，提高產(chǎn)品的實(shí)際功效；加入燈光模塊，使設(shè)計(jì)更符合“車”的概念；細(xì)化車體內(nèi)部的各個(gè)功能模塊，依靠大量調(diào)研得到的基本數(shù)據(jù)模型，確定各個(gè)空間所需要的具體尺度，使車的形式與功能相互協(xié)調(diào)融合；運(yùn)用多樣化的設(shè)計(jì)手法豐富車體，以達(dá)到造型豐富、結(jié)構(gòu)美觀的藝術(shù)效果。最終方案如圖1所示。

3 結(jié)語

內(nèi)澇兩棲救援車產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)設(shè)計(jì)能夠?yàn)槌鞘袃?nèi)澇搶險(xiǎn)救災(zāi)工作帶來極大的便利，設(shè)計(jì)人員要想設(shè)計(jì)出令人滿意的內(nèi)澇搶險(xiǎn)救災(zāi)產(chǎn)品，就必須綜合考慮救援產(chǎn)品的實(shí)用性、易用性以及安全性，確保能夠在有效時(shí)間內(nèi)完成救援任務(wù)，減少人員傷亡。

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作者簡介：程安琪（1997—），女，山東菏澤人，碩士在讀，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計(jì)。