多用途重吊船貨艙內(nèi)部照明研究及設(shè)計(jì)

摘" " 要：針對(duì)某多用途重吊船用戶提出的增設(shè)貨艙內(nèi)部照明的要求，在考慮該船貨艙存在多種裝卸工況的前提下，研究貨艙內(nèi)部固定安裝照明燈具需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)方法，創(chuàng)新性地提出在貨艙的內(nèi)艙壁結(jié)構(gòu)嵌入安裝一體式燈箱的方法，并設(shè)計(jì)貨艙內(nèi)部照明燈箱的制造、安裝方案以及照明配電線路。有效提高了貨艙區(qū)域照度均勻度，并方便用戶根據(jù)船舶貨艙裝卸工況便捷投入，控制貨艙內(nèi)部照明。

關(guān)鍵詞：多用途重吊船；貨艙；內(nèi)部照明；嵌入式燈箱

中圖分類號(hào)：U662.2" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Research and Design of Interior Lighting in Cargo Hold

of Multi-purpose Heavy Lift Ship

YANG Yanan，" XU Xuebo，" CAO Zhixin

（ Hudong-Zhonghua Shipbuilding （Group） Co.， Ltd.，" Shanghai 200129，" China ）

Abstract： In view of the requirements of adding interior lighting in cargo hold raised by the end user of a multi-purpose heavy lift ship， the key problems for solvement and implementation method of fixed lighting installation in the cargo hold are studied under considering the various loading and unloading conditions in the cargo hold. An innovative method of embedding an integrated light box in the inner bulkhead structure of the cargo hold is proposed， and the manufacture， installation scheme， and power distribution line of the integrated light box is designed. It can improve the uniformity of illumination in the cargo lighting area， and facilitate the user into convenient involvement in job and control the interior lighting of the cargo hold according to the loading and unloading conditions in the cargo hold.

Key words： multi-purpose heavy lift ship;" cargo hold;" interior lighting;" recessed light box

1" " "引言

貨運(yùn)船舶是以載運(yùn)貨物為主的專用船舶，通常有集裝箱船、油輪、液化氣船、散貨船、滾裝船、雜貨船等船型種類，其中有一類能裝運(yùn)兩類以上干貨的船型稱之為多用途重吊船，該類型船噸位高達(dá)萬(wàn)噸級(jí)，甲板上裝配有多臺(tái)重型克令吊，既能裝運(yùn)木材、谷物等散貨或雜貨，又能裝運(yùn)集裝箱或滾裝貨。目前，多用途重吊船在航運(yùn)市場(chǎng)上的保有量較高，有其獨(dú)特且無(wú)法取代的優(yōu)勢(shì)。多用途重吊船的船型特點(diǎn)之一是上層建筑通常布置在尾部，貨艙布置在船的中部，貨艙開(kāi)口寬敞并設(shè)置大型自動(dòng)啟閉水密艙口蓋，貨艙兩側(cè)為船體縱向邊艙，通常是空艙或壓載水艙[1]。受上述結(jié)構(gòu)限制，貨艙頂部的活動(dòng)艙口蓋無(wú)法安裝照明燈具，貨艙內(nèi)艙壁也因?yàn)檩d貨需求應(yīng)盡可能平整無(wú)障礙物而無(wú)法安裝照明燈具。因此，多用途重吊船貨艙照明的常規(guī)實(shí)現(xiàn)方法是在貨艙外部的克令吊筒體、尾部上層建筑、首部旗桿等高層船體結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上安裝投光燈，通過(guò)向貨艙內(nèi)部遠(yuǎn)程投射光照來(lái)實(shí)現(xiàn)貨艙照明，貨艙內(nèi)部不安裝任何燈具。但是，這種方法實(shí)現(xiàn)的貨艙內(nèi)部照度均勻度較低，照明效果不佳，存在安全隱患。因此，某多用途重吊船的用戶就對(duì)貨艙內(nèi)部照明燈具安裝提出需求，要求能在裝載非散貨時(shí)具備貨艙內(nèi)部照明功能。本文就以如何解決上述實(shí)船應(yīng)用中出現(xiàn)的技術(shù)難題，滿足用戶使用需求，闡述一種新型船舶貨艙內(nèi)部照明實(shí)現(xiàn)方法和設(shè)計(jì)方案。

2" " "多用途重吊船貨艙內(nèi)部照明實(shí)現(xiàn)方法研究

2.1" "多用途重吊船貨艙照明常規(guī)實(shí)現(xiàn)方法

多用途重吊船貨艙區(qū)域的照明通常通過(guò)在貨艙外部的桅桿、上層建筑、克令吊筒體外、貨艙艙口圍板外安裝數(shù)只朝向貨艙的大功率投光燈向貨艙內(nèi)部投射光照來(lái)實(shí)現(xiàn)。該船原有貨艙照明按照總技術(shù)規(guī)格書(shū)要求，主要由以下設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)：

1）羅經(jīng)甲板駕駛室頂部外沿安裝4只大功率投光燈；

2）前桅桿安裝2只大功率投光燈；

3）每個(gè)克令吊基座上安裝3只大功率投光燈；

4）艙口圍壁外安裝AC220 V電源插座，臨時(shí)掛便攜式照明燈使用。

圖1為該船1號(hào)貨艙克令吊筒大功率投光燈布置示意圖。在上述設(shè)計(jì)方案中，一方面燈具的布置位置和高度受貨艙周圍船體結(jié)構(gòu)限制，導(dǎo)致燈具安裝數(shù)量有限，均衡分布較困難；另一方面對(duì)于主尺度較大或貨艙艙容較大的船舶，貨艙外圍如羅經(jīng)甲板、桅桿上的照明無(wú)法全部覆蓋貨艙區(qū)域，局部區(qū)域照度較低，甚至?xí)嬖谡彰魉澜?，照度均勻度（最小照度與平均照度之比）較低。船上操作維修人員需要進(jìn)行貨艙內(nèi)部作業(yè)時(shí)存在安全隱患。因此，用戶在施工設(shè)計(jì)階段提出在貨艙內(nèi)部增加固定照明，也是更多地考慮到人員安全因素，具有一定的合理性和必要性。

2.2" "貨艙內(nèi)部照明實(shí)現(xiàn)方法研究

行業(yè)內(nèi)在貨艙內(nèi)部照明方面的可參考借鑒設(shè)計(jì)方案較少，貨艙照明技術(shù)研究主要還集中在貨艙照明分工況控制、搭載危險(xiǎn)貨品時(shí)照明燈具切換等[2- 3]，例如中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎的專利CN20 172 144 886.1 “一種船舶用貨艙照明控制裝置” [4]中，通過(guò)設(shè)置集控遙控開(kāi)關(guān)，根據(jù)汽車滾裝船貨艙裝卸時(shí)車輛通過(guò)各層的順序分層、按需集中遙控照明。該方案實(shí)現(xiàn)了貨艙照明的集中控制和分區(qū)投切，但僅適用于固定安裝照明燈具不影響貨物裝卸的汽車滾裝船；韓國(guó)現(xiàn)代重工的專利KR1020180 142940“照明控制系統(tǒng)及具有該照明控制系統(tǒng)的船舶”[5]中，在裝載冷藏集裝箱或危險(xiǎn)貨品的貨艙，對(duì)普通燈具和防爆燈具分別按工況控制其各自投入工作，也只限于燈具的分類控制，未涉及設(shè)置貨艙內(nèi)部燈具。

多用途重吊船具有裝卸集裝箱和散貨的多重功能，在裝載礦砂、谷物等散貨時(shí)需確保貨艙內(nèi)壁光滑平整且密封，因此，在設(shè)計(jì)中需要考慮和解決的重點(diǎn)問(wèn)題是如何在盡可能保證貨艙內(nèi)艙壁平整的前提下固定安裝燈具，且在裝卸散貨作業(yè)工況下讓燈具“消失”。借鑒船上嵌入式水龍帶圍井[6]和液艙內(nèi)電纜過(guò)渡箱安裝[7]的設(shè)計(jì)方法及特點(diǎn)，考慮將照明燈具嵌入式安裝在貨艙艙壁結(jié)構(gòu)內(nèi)部，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一體式燈箱并配置燈箱蓋板，保證裝載散貨時(shí)貨艙內(nèi)壁的平整性。雖然本船入級(jí)船級(jí)社對(duì)貨艙內(nèi)部沒(méi)有提出明確的照度要求，用戶也明確貨艙內(nèi)部照明僅為輔助補(bǔ)充照明，僅提出貨艙區(qū)域無(wú)照明死角的要求，但為確保貨艙內(nèi)部照度分布盡可能均衡，在不影響船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，貨艙內(nèi)部照明燈箱分別在貨艙左右舷縱壁和前后橫艙壁上開(kāi)設(shè)，并分兩層布置，一層安裝若干大功率投光燈，另一層安裝若干投光燈或艙頂燈。燈具供電電纜由主甲板至貨艙的燈具必須穿過(guò)貨艙兩舷的空艙和水艙，電纜穿管敷設(shè)。貨艙內(nèi)部照明的具體設(shè)計(jì)方案如下。

3" " 貨艙內(nèi)部照明設(shè)計(jì)

3.1" "照度計(jì)算仿真

本船入級(jí)船級(jí)社規(guī)范僅對(duì)貨艙進(jìn)口通道和集裝箱綁扎點(diǎn)有照度不低于50 Lux的要求，由于貨艙內(nèi)有叉車作業(yè)工況， GB 50 034-2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)車庫(kù)和裝卸站平臺(tái)的照度要求值30 Lux、倉(cāng)庫(kù)的照度要求值50 Lux也可以作為參考照度要求[8]。現(xiàn)代船舶的照度計(jì)算，通常是利用計(jì)算機(jī)軟件基于對(duì)船舶照明環(huán)境的建模、燈具參數(shù)的仿真，通過(guò)計(jì)算機(jī)云計(jì)算，得出照度參數(shù)[1]，進(jìn)而根據(jù)照度參數(shù)適當(dāng)調(diào)整燈點(diǎn)布置，優(yōu)化布置方案。因此，根據(jù)上述照度要求初步估算燈具數(shù)量，并分兩層布置貨艙內(nèi)部照明燈具，中間甲板安裝250 W投光燈，4 300甲板安裝13 W×2艙頂燈，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行照度仿真驗(yàn)證，在仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行燈具數(shù)量和布置調(diào)整。圖2及圖3為根據(jù)計(jì)算機(jī)照度仿真和布置優(yōu)化后繪出的1號(hào)和2號(hào)貨艙內(nèi)部照明等照度曲線，圖中紅色圖框?yàn)檎彰鳠艟?，其?號(hào)貨艙最終設(shè)置6只250 W鹵素投光燈，4只LED 13 W艙頂燈，實(shí)現(xiàn)貨艙內(nèi)部平均照度19Lux；2號(hào)貨艙較大，設(shè)置15只250 W鹵素投光燈，14只LED 13 W艙頂燈，實(shí)現(xiàn)貨艙內(nèi)部平均照度Emid為15 Lux。上述照度均為僅貨艙內(nèi)部照明燈具工作實(shí)現(xiàn)的光照度，可以很直觀地看出增設(shè)貨艙內(nèi)部照明的照度效果，從圖中可以看出，1號(hào)貨艙由于艙容相對(duì)較小，照度均勻度提高效果明顯，最低照度為16 Lux，照度均勻度為0.84；2號(hào)貨艙由于艙容是1號(hào)貨艙的近2倍大，最低照度為4 Lux，照度均勻度為0.27。從照度計(jì)算仿真可以看出貨艙內(nèi)部照明的覆蓋面完整，實(shí)現(xiàn)了無(wú)照明死角，提高了照度均勻度。

3.2" "結(jié)構(gòu)一體式燈箱制造及安裝

貨艙內(nèi)部照明燈點(diǎn)數(shù)量和大概安裝位置確定后，就可以協(xié)調(diào)船體結(jié)構(gòu)專業(yè)在貨艙內(nèi)縱艙壁和橫艙壁的船體結(jié)構(gòu)中開(kāi)孔制造結(jié)構(gòu)一體式燈箱；并協(xié)調(diào)輪機(jī)專業(yè)在貨艙兩側(cè)的邊艙及壓載水艙排管以便電纜穿管敷設(shè)，鋼管采用316 L不銹鋼管，一端在燈箱頂板開(kāi)孔焊接，焊接密性工藝需滿足船體壓載水艙水密要求，另一端伸出上甲板400 mm，圖4為燈箱的制造安裝典型圖。由于貨艙船體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度比較高，船體結(jié)構(gòu)上開(kāi)孔制造燈箱會(huì)對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度造成影響，因此，需要如圖5所示，在船體結(jié)構(gòu)圖和外舾專業(yè)的貨艙內(nèi)綁扎眼環(huán)布置圖、中間甲板艙蓋止跳塊布置圖相疊加底板圖上進(jìn)行照明布置，并將結(jié)構(gòu)開(kāi)孔圖提交入級(jí)船級(jí)社復(fù)審。

考慮到需要在散貨裝卸工況下讓貨艙艙壁平整，將燈箱蓋板設(shè)計(jì)成卡槽式格柵蓋板加密封蓋板雙層形式，在裝卸除非散貨物品時(shí)，拆下密封蓋板，只使用格柵蓋板；裝卸散貨時(shí)，加裝密封蓋板。圖6為燈箱蓋板的設(shè)計(jì)制造和使用典型圖。

3.3" "貨艙內(nèi)部照明配電線路設(shè)計(jì)

多用途船通常有裝載危險(xiǎn)品貨物的工況，本船貨艙內(nèi)部為1類危險(xiǎn)區(qū)域，貨艙電氣設(shè)備防爆等級(jí)要求為ExdIICT5。目前，常用船用大功率金屬鹵化物投光燈的防爆等級(jí)可以達(dá)到ExdIIBT3、T4，部分LED投光燈可以達(dá)到 ExdIICT6，但LED燈具價(jià)格偏高，更換便捷性不及傳統(tǒng)金屬鹵化物燈具，考慮到用戶后期采購(gòu)貨艙內(nèi)部投光燈的經(jīng)濟(jì)性和投入貨艙內(nèi)部照明的便捷性，設(shè)置貨艙內(nèi)部照明專用分電箱以便于分區(qū)分層遙控投切貨艙內(nèi)部照明，并在駕駛室設(shè)鑰匙開(kāi)關(guān)、遙控面板。貨艙內(nèi)部照明配電線路原理圖的典型設(shè)計(jì)如圖7所示。

其中貨艙照明控制回路的典型電氣線路圖如圖8所示，重點(diǎn)考慮了以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)：

1）遙控面板設(shè)貨艙照明狀態(tài)指示燈、試燈按鈕及調(diào)光器，通過(guò)照明分電箱中控制回路接觸器的輔觸頭控制指示燈通斷；

2）控制回路由分電箱提供電源，從分電箱斷路器輸入端接入AC220 V電源，該多芯線由駕駛室至主甲板，電纜線路較長(zhǎng)，其中控制回路可以采用公共線方式以節(jié)約多芯線芯線數(shù)；

3）由于控制回路是從分電箱斷路器輸入端接入電源，就地控制時(shí)會(huì)存在以下問(wèn)題：當(dāng)分電箱的最后分路斷路器斷開(kāi)時(shí)，此時(shí)控制回路的電源仍有效，駕駛室仍可遙控貨艙照明控制回路的通斷，駕控臺(tái)遙控面板指示燈也仍可正常通斷，造成誤指示（實(shí)際上此時(shí)貨艙照明并沒(méi)有工作）。因此，在分電箱的斷路器上增加機(jī)械聯(lián)動(dòng)型輔觸頭，串聯(lián)至控制回路，這樣當(dāng)斷路器斷開(kāi)時(shí)，K1接觸器無(wú)法得電，駕控臺(tái)遙控面板失效。

4" " "實(shí)船試驗(yàn)效果

實(shí)船系泊航行試驗(yàn)中，分別對(duì)貨艙區(qū)域照度進(jìn)行校核，試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)為：1號(hào)貨艙平均照度86 Lux，2號(hào)貨艙平均照度71 Lux，均高于參考規(guī)范中集裝箱綁扎點(diǎn)50 Lux、普通點(diǎn)30 Lux的要求，整個(gè)貨艙區(qū)域無(wú)照明死角。在投入貨艙內(nèi)部照明燈具時(shí)，貨艙內(nèi)部部分較低照度區(qū)域的照度提高了30%～50%，也驗(yàn)證了照度模擬仿真的結(jié)果和燈箱式照明裝置設(shè)計(jì)的合理性。該貨艙內(nèi)部照明裝置及控制通過(guò)了船東的檢驗(yàn)驗(yàn)收，得以在后續(xù)系列船中繼續(xù)推廣應(yīng)用。

5" " 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了某多用途重吊船貨艙內(nèi)部照明燈具固定安裝的實(shí)現(xiàn)方法、設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)要點(diǎn)，方案中結(jié)構(gòu)一體式燈箱的設(shè)計(jì)及應(yīng)用解決了貨艙內(nèi)部受載貨限制無(wú)法安裝固定式照明燈具的困難，提高了貨艙內(nèi)部的照度平均度。近年來(lái)，船舶照明系統(tǒng)中的人因工程、情感化照明等概念的廣泛推廣和應(yīng)用，可以看出用戶對(duì)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各方面標(biāo)準(zhǔn)和要求越來(lái)越高，船舶照明系統(tǒng)雖然看起來(lái)簡(jiǎn)單，但其應(yīng)用環(huán)境種類多、設(shè)計(jì)靈活性高，仍值得設(shè)計(jì)人員持續(xù)深入研究和創(chuàng)新。

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