新型巡航救助船全景式駕駛室視野計算分析

陸 超 金永明 陳 銳

1中國艦船研究設計中心，湖北 武漢430064

2海軍駐上海江南造船集團有限責任公司軍事代表室，上海201913

新型巡航救助船全景式駕駛室視野計算分析

陸 超1金永明2陳 銳1

1中國艦船研究設計中心，湖北 武漢430064

2海軍駐上海江南造船集團有限責任公司軍事代表室，上海201913

駕駛室是控制船舶航行和作業的關鍵部位，其布置的合理性對船舶操縱效率和運行安全有著直接影響，而衡量其布置合理性的重要指標便是視野范圍。“國際海上人命安全公約”（1974）中明確規定了駕駛室視野的安全性要求，這些要求被國內外各主要船舶規范所引用，但是對視野的規范和規定還局限于前視區域，對全景式駕駛室沒有做出相應的規定，國內目前也沒有對船舶駕駛室的優化布置及視野計算方法展開過專門研究。在參照我國海船規范中對駕駛室安全視野的校核規定的基礎上，受到其它行業中關于視野計算的方法的啟發，利用二維平面作圖法對某新型海事船多功能綜合全景駕駛室的視野盲區范圍進行了測量計算，并對計算數據進行了統計分析。分析表明，該駕駛室前臺駕駛時前視視野滿足規范要求，其它駕駛狀態和方位的視野也較開闊。

全景；視野；計算方法；盲區

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，而駕駛室又是直接關系到船舶作業速度和航行安全的關鍵艙室，其中衡量駕駛室布置是否合理的重要指標就是視野盲區的分布與大小。對于駕駛室的視野指標，國內外的船舶設計單位均十分重視，如1974年簽署的“海上人命安全公約”（SOLAS）中，就對駕駛室視野的安全性給予了明確規定，并被國內外的各主要船舶規范所引用［1］。國外在船舶駕駛室視野研究方面已取得了一定的進展，如Pomeroy等［2］以某船擱淺案例為分析依據，對船舶設計和操縱過程中的人員因素進行了分類分析，強調了駕駛控制因素的重要性；有人曾針對在碰到狹窄航道和低矮障礙物時的駕駛室安全性問題，采用了多種評估方法，其中就包括駕駛室視野仿真和蒙特卡羅模擬方法。我國針對駕駛室視野優化的研究在航空［3］和汽車行業［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化方面則相對較少，主要是將模糊綜合評價法［7］和幾何約束方程的求解轉化作為最優化的求解［8］方法。

本文以某新型海事船為依托，對該船新型全景式多功能駕駛室兩種駕駛狀態下的全景視野進行了計算，探討了一種以繪圖為手段的視野盲區計算方法，并將前臺駕駛前部的視野狀態與有關規范進行了核對。

2 計算條件和數據輸入

本文將以某新型海事船為例進行探討。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Tab.1 Ship specifications

由于使命和任務的需要，該船在操縱定位和海域觀察感知能力方面要求很高，包括前臺駕駛和后臺駕駛。同時，為增強指揮反應能力，駕控與指揮間的聯系也需要加強。因此，該船的駕駛室為前后皆可操控的全景式駕駛室。前駕控臺為主駕控臺，后駕控臺除雨刮控制臺外，僅保留必要的操控設備。在前駕控臺后方設有海圖桌，夜間操作時用布簾遮擋，在上梯口右側設有指揮中心，也可用布簾隔離。由此，便可實現駕駛室前／后操控、海圖實時繪制、單船或船隊實景指揮的多功能特性。為改善駕駛和指揮環境，在中心線靠左舷的附近設有兩臺空調機柜，緊靠著空調新風圍井，以盡量避免對視野的影響。該船駕駛室的幾何參數如表2所示。

3 全景式多功能駕駛室視野計算

多功能駕駛室計算需考慮駕駛室布置設計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“船舶與海上設施法定檢驗規則”中的有關要求（即SOLAS要求值），其僅適用于本船前臺駕控時，前半球180°部分的視野校對，因此，將駕控視野計算分為前方駕控和后方駕控兩部分進行。其中，前方駕控時前半球180°部分的視野計算結果按照標準進行校核，其它部分的視野計算結果作為參考依據進行匯總分析。兩部分的計算方法相同，均采用繪圖法進行標示計算，并以視野盲區扇面圖進行直觀表示。另外，兩部分計算時的狀態也相同，均為最小吃水。考慮到后駕駛席為專用駕駛座椅，駕駛室人員的視覺高度為駕駛室甲板以上1 800 mm，根據“眼橢圓”理論［9－10］，上下俯仰角度絕對值不大于90°。為精確計算，本文還考慮了駕駛員兩眼瞳距對視野的影響，取平均瞳距為70 mm。在最危險的情況下，該船的吃水為最小值，即Tmin＝4.898 m，無縱傾，處于航行狀態時前信號燈／旗桿放倒，駕駛室兩側的艙門處于關閉狀態，所有布簾處于收起狀態。

表2 某型船駕駛室幾何參數Tab.2 Wheel－house specifications

繪圖計算在AutoCAD中進行，水平視界線通過舷窗豎向框柱的幾何中點與對應眼球的中心點連線，其中紅色為左眼視界線，綠色為右眼視界線。垂直視界線通過舷窗水平框所在直線與眼球的中心點連線。水平視野盲區進行360°全景統計，垂直視野盲區僅考慮長度最大的前后中縱剖面，左、右眼盲區取交集，相疊加盲區取合集。

3.1 多功能駕駛室前方駕控水平視野計算分析

該船船長108 m，SOLAS要求船長大于55 m就應進行駕駛室視野計算。前方駕控時，駕駛席位于中心線上，由于前信號燈／旗桿已經放倒，因而前部的視野盲區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計算結果。

由計算結果可知，前臺駕駛時的視野盲區范圍明顯小于規范所規定的范圍，可視范圍有較大的增加。由于有梯口和空調機柜的遮擋，左、右水平視野有所區別。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計算結果Tab.3 Calculation results of forward harizontal vision field in blind area

為了更直觀地觀察前方駕控水平視野情況，繪制了盲區計算圖以進行表達計算，其中，各陰影扇面即為盲區范圍。前方駕駛時的盲區計算區域如圖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計算圖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算分析

后方駕控時，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計算結果。

表4 多功能綜合駕駛室后景水平視野盲區計算結果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，其他指標仍能滿足規范中有關前視時的視野要求。同時，空調機柜對后方視野的遮擋也較前方駕駛時明顯。

為了更直觀地觀察后方駕控水平視野情況，繪制了盲區計算圖以進行表達計算，其中，各陰影扇面即為盲區范圍。后方駕駛時的盲區計算區域如圖2所示。

圖2 某船多功能綜合駕駛室后方水平視野盲區計算圖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算分析

采用類似的方法可進行垂直視野的繪圖計算。表5為該多功能綜合駕駛室垂直視野盲區計算結果。

表5 多功能綜合駕駛室垂直視野盲區計算結果Tab.5 Calculation of vertical vision field in blind area for wheel-house

由計算結果可知，垂直視野在最小吃水時的盲區范圍仍然滿足規范要求，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，后方垂直視野盲區范圍明顯大于前方，但仍未超過兩倍船長。利用垂直視野扇面圖，可以更直觀地觀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計算圖Fig.3 Calculation of vertical vision field in blind area for wheel-house

4 結果分析與總結

根據規范要求，將以上計算結果加以匯總后的結果如表6所示。

表6 分析結果匯總Tab.6 Results conclusion

由本文的計算分析可知，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等設備的優化布置因素，而且還為前后駕控時的駕駛員席提供了優良的視野條件，這是傳統的海事船舶駕駛室所無法比擬的。同時，在分析的過程中也發現，取景窗支柱的寬度和厚度對實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的安全，該部分的實際尺寸應盡量小，建議采取簡裝或不裝修的形式，同時優化結構件尺寸設計，以進一步改善該類船舶綜合駕駛室的視野技術指標。在本文所探討的繪圖計算方法中，未考慮取景窗玻璃厚度的影響，需在今后的研究中進一步完善。

［1］中華人民共和國海事局.船舶與海上設施法定檢驗規則（國際航行海船法定檢驗技術規則2009年修改通報）2B分冊：駕駛室可視范圍［S］.北京：人民交通出版社，2009.

［2］POMEROY R V，SHERWOOD，JONES B M.Managing the human element in modern ship design and operation［C］// Royal Institute of Naval Architects from Human Factors in Ship Design and Operation Conference，2002.

［3］王大瑜.飛機座艙幾何尺寸及視野要求中俄標準對比分析報告［C］//中國航空學會飛機總體專業委員會第五次學術交流會，2002.

［4］鄭艷玲.人機工程學在轎車駕駛室設計中的應用研究［D］.長春：長春理工大學，2008.

［5］蘇小偉，蹇興東，史慶春.拖拉機駕駛室視野安全研究［J］.拖拉機與農用運輸車，2010，37（2）：5－6.

［6］呂昌平，韓菲菲.汽車駕駛員視野校核方法［J］.天津汽車，2007（5）：29－32.

［7］李俊華，陳賓康，應文燁，等.船舶艙室布置方案的模糊綜合評價［J］.中國造船，2000，41（4）：22－27.

［8］馮軍，應文燁，陳賓康，等.船舶艙室布置設計中幾何約束的一種求解方法［J］.武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2002，26（4）：438－440，484.

［9］葛安林，任金東，黃金陵，等.轎車視野設計原理和方法研究［J］.機械工程學報，2002，38（4）：148－151.

［10］藍敏俐.裝載機駕駛室視野設計及前方視野校核［J］.機電技術，2007，30（3）：42－43，35.

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

中國艦船研究設計中心2009年度大型巡航救助船研發項目

陸 超（1981－），男，碩士，工程師。研究方向：艦船總體設計與優化。E-mail：oceanst0626＠sina.com

10.3969/j.issn.1673-3185.2011.04.013