OptiWin3DPro軟件在船舶HAB（WB）照明設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘 要：傳統(tǒng)的船舶照度計(jì)算方法無(wú)法考慮艙室內(nèi)部設(shè)備及家具對(duì)照度產(chǎn)生的影響。HAB（WB）對(duì)船舶各處所照度要求具體，傳統(tǒng)的計(jì)算方法難以滿足要求，而應(yīng)用于船舶照明布置設(shè)計(jì)的軟件則有利于提高工作效率與質(zhì)量。本文說(shuō)明了GLAMOX公司研發(fā)的OptiWin 3D Pro三維可視化照明設(shè)計(jì)軟件在船舶HAB（WB）照度計(jì)算中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：照明設(shè)計(jì)；照度計(jì)算；配光曲線；HAB（WB）；工作船

1 引 言

船舶照明設(shè)計(jì)是船舶電氣設(shè)計(jì)中不可缺少的重要部分。船舶照明設(shè)計(jì)包括詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)兩大部分，詳細(xì)設(shè)計(jì)是生產(chǎn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，主要包括照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)和照明布置設(shè)計(jì)兩部分。HAB（WB）是由ABS-美國(guó)船級(jí)社近年來(lái)推出的一個(gè)針對(duì)工作船可居住性要求的入級(jí)符號(hào)，該入級(jí)符號(hào)對(duì)船舶的舒適性提出了明確的要求，從各方面改善船員的工作環(huán)境，包括居住艙室的人性化設(shè)計(jì)、振動(dòng)級(jí)別、噪音級(jí)別、空調(diào)和通風(fēng)的舒適性、照明照度共5個(gè)方面，HAB（WB）要求從設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)蓚€(gè)環(huán)節(jié)對(duì)這5個(gè)方面進(jìn)行控制。

工作船主要指海洋平臺(tái)支持船、消防船、拖帶船等具有特殊功能和用途的船舶。其主要特點(diǎn)是內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，走道寬度狹小，艙室內(nèi)部設(shè)備多，內(nèi)部艙室緊湊，照明環(huán)境復(fù)雜。工作船長(zhǎng)期處于復(fù)雜惡劣的海洋環(huán)境中，因此其照明設(shè)計(jì)不僅需要滿足工作區(qū)域人員安全高效工作的要求、生活區(qū)域的美觀舒適，還涉及到船上人員緊急逃生等安全問(wèn)題，因此一個(gè)科學(xué)的、美觀的照明設(shè)計(jì)對(duì)工作船來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要。而HAB（WB）入級(jí)符號(hào)對(duì)工作船各處所的照度有明確而詳細(xì)的規(guī)定，因此帶有HAB（WB）入級(jí)符號(hào)船舶的照明設(shè)計(jì)與其它普通船舶相比有其特殊性和更高的要求，照明設(shè)計(jì)的工作量更大、更繁瑣。傳統(tǒng)的照明設(shè)計(jì)主要以手工計(jì)算為主，根據(jù)照度計(jì)算公式和生產(chǎn)廠家的配光曲線計(jì)算每個(gè)房間所需的照度，確定燈具的數(shù)量與類型，不僅工作量大，而且效率低、準(zhǔn)確性差。隨著計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行照度計(jì)算，可以節(jié)省大量工作，提高工作效率和照度計(jì)算的準(zhǔn)確性，滿足入級(jí)符號(hào)的要求。Glamox公司的OptiWin 3D Pro軟件主要對(duì)船舶和海洋平臺(tái)進(jìn)行照明設(shè)計(jì)，其功能齊全，可以直接調(diào)用CAD平面圖形和三維立體圖形進(jìn)行照明設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)的顯示區(qū)域照度值，生成計(jì)算報(bào)表。廣新海工為某船東建造的70m AHTS就帶有HAB（WB）入級(jí)符號(hào)，在進(jìn)行照明設(shè)計(jì)時(shí)使用了軟件進(jìn)行模擬，取得較好效果。

2 規(guī) 范

船舶照度計(jì)算長(zhǎng)期以來(lái)都沒(méi)有得到各大船級(jí)社的重視，有較明確標(biāo)準(zhǔn)可查的僅GL-德國(guó)勞氏船級(jí)社，其它均是相關(guān)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如JIS和IES，除非建造規(guī)格書中有明確的照度要求，在現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)以主觀判斷為主。HAB（WB）對(duì)船舶各處所照度進(jìn)行了明確規(guī)定，并要求在施工結(jié)束后由第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)編制照度測(cè)量計(jì)劃，得到批準(zhǔn)后按計(jì)劃進(jìn)行照度測(cè)量。表1是HABC（WB）與各主要標(biāo)準(zhǔn)中部分區(qū)域照度值的對(duì)比。

可以看出，HAB（WB）對(duì)船舶各處的照度不僅有詳細(xì)的規(guī)定，而且要求的照度值普遍高于其它相關(guān)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3 應(yīng) 用

OptiWin 3D Pro軟件是一套用于復(fù)雜照明布置設(shè)計(jì)的三維可視化軟件，擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)和詳盡的功能，廣泛的應(yīng)用于各種船舶和海洋工程設(shè)施的照度計(jì)算中。下面從幾個(gè)方面介紹該軟件的使用。

3.1 照明燈具數(shù)據(jù)庫(kù)

3. 2 軟件照度計(jì)算理論依據(jù)

（1）評(píng)估照度計(jì)算

這種方法是基于設(shè)備利用率，用于計(jì)算必要的平均照度。房間內(nèi)的燈具布置勻稱均衡且在同一個(gè)高度上，適用于布置簡(jiǎn)單的房間照明燈具布置或者進(jìn)行平面照明布置的燈具數(shù)量估算。

在照明布置圖的初步設(shè)計(jì)階段，可以使用這種照度計(jì)算方法初步確定每個(gè)房間燈具的數(shù)量與類型。

（2）三維物理計(jì)算

OptiWin 3D Pro是一套三維的可視化設(shè)計(jì)軟件，軟件具有復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。需要考慮房間內(nèi)天花板、墻板與地板的反射系數(shù)、燈具的安裝角度和位置、室內(nèi)布置對(duì)燈光的阻擋等因素。軟件的具體數(shù)學(xué)模型由于版權(quán)保護(hù)的原因而無(wú)法取得，但按此方法計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確。

3. 3 實(shí) 例

在進(jìn)行照明設(shè)計(jì)之前，需要掌握環(huán)境溫度、照明區(qū)域、電壓等級(jí)、照度標(biāo)準(zhǔn)、危險(xiǎn)區(qū)域劃分、設(shè)備布置等信息。根據(jù)這些信息確定燈具服務(wù)場(chǎng)所的條件，決定燈具的選擇，如燈具防護(hù)等級(jí)、安裝形式、光源類型、外形等。確認(rèn)以上信息后就可以開(kāi)始照明設(shè)計(jì)，手工計(jì)算方法主要是根據(jù)利用系數(shù)法或逐點(diǎn)法確定所需燈具數(shù)量，再做出大致的燈具布置圖。計(jì)算參數(shù)繁多，公式復(fù)雜，不僅工作量大，而且計(jì)算結(jié)果是整個(gè)房間的平均照度，而房間內(nèi)的實(shí)體障礙物根本沒(méi)有考慮，計(jì)算結(jié)果相對(duì)來(lái)說(shuō)不夠準(zhǔn)確。OptiWin 3D Pro以三維模型為對(duì)象，實(shí)時(shí)計(jì)算和顯示燈具在三維空間中的布置和照度值，可以精確的計(jì)算出艙室內(nèi)部各處的照度值。

圖2所示為CAD設(shè)計(jì)的典型艙室照明布置圖，可以看到圖中已經(jīng)初步選定了燈具的型號(hào)和規(guī)格，我們只需要根據(jù)初步布置圖計(jì)算照度，以校對(duì)布置是否滿足HAB（WB）對(duì)照度的要求。

OptiWin 3D Pro是三維設(shè)計(jì)軟件，對(duì)平面布置也可以估計(jì)照度，但不準(zhǔn)確。為了精確的計(jì)算照度，我們利用放樣時(shí)生成的三維模形來(lái)進(jìn)行照度計(jì)算。在主界面中設(shè)置了工程信息之后，就可以進(jìn)行艙室參數(shù)的輸入。

可直接將三維模型導(dǎo)入到軟件中，在軟件中只需要設(shè)置房間規(guī)格，房間內(nèi)部的家具不作任何改變。圖3為導(dǎo)入的三維模型經(jīng)過(guò)模擬之后的艙室：

在模擬的過(guò)程中按照明布置的要求選擇的燈具為Glamox公司的熒光蓬頂燈DLT RT300 218 FR2 Flux=2700 Lux。經(jīng)過(guò)模擬，在距離地面以上800 mm的地方，照度數(shù)據(jù)基本滿足HAB（WB）要求的船員艙室通用照明150Lux。

在進(jìn)行照度計(jì)算過(guò)程中，燈具的最終位置并不是由軟件來(lái)確定的，軟件只是按照公式自動(dòng)生成一個(gè)燈具初步布置，有可能按此布置計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)并不是希望的，因此燈具的實(shí)際位置和方向需要手工進(jìn)行調(diào)整，并經(jīng)過(guò)多次計(jì)算，得到一個(gè)最佳布置，軟件也提供了各種燈具布置工具。

3.4 應(yīng)急照明

照明系統(tǒng)主要包括了主照明和應(yīng)急照明兩部分，應(yīng)急照明又包括了主應(yīng)急照明和小臨時(shí)應(yīng)急照明系統(tǒng)。主應(yīng)急照明可以作為主照明的一部分，一般根據(jù)船舶配置的不同，只需要一種應(yīng)急照明系統(tǒng)即可。在部分要求較高的船舶上，同時(shí)配備了這兩套應(yīng)急照明系統(tǒng)。按照規(guī)范的要求，應(yīng)急照明用于緊急逃生的情況，工作人員能夠快速安全的逃離危險(xiǎn)區(qū)域。本文只考慮主照明的計(jì)算，即包括了主照明和主應(yīng)急照明系統(tǒng)的總照度。如果船東對(duì)應(yīng)急照明的照度有特殊要求，本軟件也可以單獨(dú)對(duì)應(yīng)急照明系統(tǒng)進(jìn)行照明計(jì)算，為人員的撤離和工程人員的檢修提供有力的數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著陸上油氣資源的減少，海洋油氣工程正在迅速的發(fā)展。而用于向海洋油氣工程設(shè)施提供輔助工作的帶有拖帶、消防、供給、錨作、浮油回收、救助等功能的平臺(tái)工作船的數(shù)量必將增加，平臺(tái)工作船的主要特點(diǎn)是空間小、設(shè)備多、遠(yuǎn)離陸地、工作環(huán)境惡劣，將有更多的工作船申請(qǐng)HAB（WB）入級(jí)符號(hào)。因此如何提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，縮短建造周期，并滿足相關(guān)規(guī)范的要求，已成為各大船廠關(guān)注的問(wèn)題。OptiWin 3D Pro可視化照明設(shè)計(jì)軟件，為照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了完備的計(jì)算環(huán)境，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，提高了照明設(shè)計(jì)的精度，縮短了建造周期。

參考文獻(xiàn)

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[4] ISO 8995：2002《Principles of visual ergonomics-The lighting of indoor work systems》