基于城市內澇的兩棲救援車造型設計研究

摘要：目的：提供內澇災害后人們實施援救任務所需的交通工具，使救援人員在第一時間拿到救援產品，提高救援效率，減少人員傷亡，解決搶險救災問題。方法：文章分析內澇發生面臨的問題與受災人員面臨的環境，對產品使用環境、主要功能、外觀造型進行完善，通過整合創新敲定最終的設計方案。結果：文章主要探討一款新型內澇兩棲救援車的設計方案。此救援車擬結合液壓收放和水路兩用車輪的設計思路，可以實現針對城市鄉鎮內澇災區不同路段、不同高度的高效救援。救援車的后半部分設計有救援擔架、救生圈以及可攜帶急救包。車體底部和輪子部分設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。在救援車的內飾部分，為實現更好的空間利用，行李箱內裝件系統、座椅系統都做了相應改善，功能性大大增強，提高了救援效率，能夠有效減少人員傷亡。結論：內澇發生時，交通與通信受阻，受災人民處于“孤島”之中，會造成嚴重的生命和財產損失。要高度重視城市內澇救援工作，引入先進的技術與設備，定期開展專業訓練，提高消防隊員的能力，將城市內澇救援準備工作落實到位，最大限度地減少災害引發的損失。

關鍵詞：兩棲救援車；內澇；搶險；應急救援；臨時醫療

中圖分類號：U469.6 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2023）23-0-03

0 緒論

第一，設計簡介。

一是設計來源。本課題源于濟南市章丘區遭特大暴雨，發生了嚴重的內澇災害。受臺風“利奇馬”的影響，全區平均降水量達到392.4毫米，最大降雨點雙山街道達到518.8毫米，部分區域水深達到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］，給人民群眾和社會帶來巨大損失。因此，迫切需要設計一款針對內澇兩棲的救援車。市場上針對內澇救災的皮艇和搶險救援車類的產品較多，所以對該產品以液壓收放平臺、充氣裝置為主的設計進行研究，充分考慮該產品造型設計的創新、內部空間的使用、功能工具的分區、救援效率等方面的相關問題，以此提升受災群眾的安全保障，提高救災效率，節省人力、物力以及財力。

二是設計研究背景。我國人口眾多且集中，若城市鄉鎮出現內澇災害，不僅情況復雜而且救援難度大，會造成極大的損失。另外，內澇救援產品還有待完善。

三是設計研究目的與意義。該課題的研究是為實現應急救援隊伍的合理調遣，以快速營救出被困人員，提高救援效率。根據城市內澇災害被困人員的分布特點、城市內澇災害的情況，設計出更有安全保障的救援產品，有助于更好地滿足應急救援人員的需求，保障受困人員的生命安全；解決船因為體積較大難以通過狹小街道的問題，在救援搶險方式上能夠有所創新，增強救援工作的可靠性，提高搶險救援的效率，保證受災群眾的人身安全。水陸兩棲救援車兼具汽車和救生艇的特點，在設計時應以車體為主，并在此基礎上增添救生艇結構的理念，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。

本案設計可以保證產品在惡劣環境下也能夠正常工作。引入船體的設計理念，使產品在漂浮停滯的狀態下節省更多的能源消耗，以更加機動的方式融入災后的城市救援工作中，因此本案設計的產品具有極其重要的現實意義。

第二，國內外研究現狀。

一是國外研究現狀。相比國內，國外內澇救援類產品起步要早得多，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，利用發動機、軸的皮帶和皮帶輪來驅動槳輪。隨著經濟和科技的發展，這類產品逐步改善，二戰期間，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，水中速度為10千米/小時，雖然行駛速度有待提高，但該車受到德方軍官的廣泛歡迎。

二是國內研究現狀。國內對水陸兩棲車的研究起步較晚。國內第一輛水陸兩棲車是由汽車修理工王宏君花費巨大心血制造發明出來的。除了發動機購買外，其他配件都是通過作坊精心研制出來的，歷經13年之久。他將車體設計為中空結構，極大減輕了車的重量，其驅動的動力主要源于車體后下側的螺旋槳。

2009年，青島盛世飛洋海上旅游公司引領風尚，將澳大利亞的“冒險鴨”水陸兩棲船引進中國，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，研究內容。

一是使用環境分析，旨在了解城市內澇災害發生的現狀及問題。

二是受災人員環境危險因素分析，主要包括因內澇災害被困人員的需求以及突發情況。

三是救援產品功能化模塊分析。了解救援人員的應急需求，合理設計車輛內部急救用品的布局，給出最佳的模塊分區，同時保證救援效率的提高。

四是關于水陸兩棲救援車的密封性設計。考慮城市內澇環境下水位的閾值，在此基礎上計算出車體不同區域所需的車體密封條件，以達到節省材料、減輕車體負重的設計要求，確保車體密封的安全性。

五是液壓平臺收放系統分析，以了解收放系統的工作狀態以及安全性。

六是輪胎與車體氣囊技術及原理分析，利用氣囊增加車體的浮力，并依靠噴水推進技術產生動力。

七是關于現有兩棲救援車產品的分析與對比。

1 設計調研

1.1 使用環境分析

1.1.1 城市內澇災害概述

隨著城市人口的不斷增加，城市內澇已經成為許多國家和地區共同面臨的難題，給社會、人民群眾以及經濟發展造成了嚴重的影響。

1.1.2 城市內澇面臨的問題

一是隨著降水量的不斷增加，城市地區硬化面積增加，進而對地表徑流的下滲造成影響。當降水強度超過地表下滲能力時，就會產生積水，而積水量的不斷增加會使得救援工作的實施難度隨之提高。目前，我國城市在救援隊伍和配置方面還存在很大的缺陷，救援人員數量不足。隨著城鎮化趨勢愈發明顯，安全事故也呈多樣化發展，當事故發生后，往往無法安排足夠的救援人員前來支援。

1.2 受災人員環境危險因素分析

在內澇災害中，身處危舊房的災民需要轉移位置，尋找較高安全地。災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比較復雜，存在基本的醫療用品需求。

1.3 救援產品功能化模塊分析

需要整體分析車內的固定人員和流動性較強的人員的布局，并深度把握不同類型的人員所需要的空間。車頭部分主要針對流動性較弱的人員進行設計。空間內人員需要長期作業，所以空間流通性的重要性要次于舒適性。在設計初期便已確定車頭部分側重于安全性設計，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等人員，此類人員需要長期處于工作狀態，符合前期設想的產品實際使用時的人員屬性，這樣有助于水陸兩棲救援車的車頭部分的功能設計更加實用，更適應工作環境，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計

為防止水進入車體內部，影響內部機構的運行，應充分保證車體后輪輪軸與車體的密封、側面液壓收放平臺與車體的密封，大體計算車輛的吃水程度以及受到的阻力，確保車體平穩行駛。

1.5 液壓平臺收放系統分析

根據本案的設計需求，在產品結構工程方向結合了液壓式的伸縮系統的工作狀態和產品運動時不同組件的相互響應模式。為確保整個系統的安全性和合理性，對整個液壓式的伸縮系統進行整體分析。液壓平臺由收起狀態轉為平放狀態的工作過程是：液壓杠伸出，推動由軸連接的液壓杠的一端，繞著平臺固定支點轉動，使平臺板由原先的關閉模式轉變為與地面呈現出45度夾角的工作模式；平臺打開后，與地面和車體呈三角形結構，滿足穩定性，平臺表面有防滑層，能夠確保人員的活動安全。

1.6 輪胎與車體氣囊技術及原理分析

普通的輪胎已經無法適應苛刻的環境要求［3］，因此，本案設計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動輪、履帶、擺架、支撐輪、導向輪，融合了輪胎和履帶行走的特點，具有輕便性、可更換性、高通過性和高穩定性。

車體氣囊主要在車的底部和兩邊的輪胎中，占比大概達三分之二，當水深到達一定高度時，可以驅動打開氣囊，增加浮力，減少能源消耗。

在水位較深且車體處于漂浮狀態時，動力形成依靠噴水推進技術，即利用推進泵加壓的高壓水流使其前進。螺旋槳技術也常用于兩棲車的設計［4］，成本較低，但其水上的推進速度也相對較低，更適合普通農業工程場景的應用。搶險救災或者國防工作場景應首先采用噴水推進技術。

1.7 現有兩棲救援車產品的對比與分析

越野式水陸兩棲車。這種車型是結合中國文化與汽車的特點而設計的，十分具有代表性，體現了傳統文化與現代文化相融合的中國設計新思潮。

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，有八個輪胎，在外觀設計上仿照了越野車的特點，采用全塑料車體，不透水，在水中的動力依靠螺旋槳推進［5］。

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

水陸兩棲拖車。其具有電動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 設計過程

2.1 分析與定位

這款產品是面向城市內澇救護工作設計的。通過調研，以及對相關產品的一些功能、原理的分析，將從以下幾個方面進行方案的初步分析與定位：

第一，使用環境：城市內澇搶險救災期間，救援車既要能夠在陸地上行駛，又要能夠在澇災環境中

行駛。

第二，主要功能：在城市內澇期間為受災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人員工作效率。

第三，外觀造型：首先要符合整個內澇環境，車的重量偏輕；其次要符合受災群眾承載量的需求；最后外觀要有現代科技感。

第四，適用對象：搶險救災人員以及受災群眾。

2.2 設計目標

解決車頭和車斗的功能化分區問題，保障救援物資種類的多樣性和齊全性，給救災人物與受災人員提供較強的安全保障；能應對陸地和內澇等不同環境，車體的密封性能強；輪胎與氣囊的設計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；面對應急情況時，要有完善的救援措施。

2.3 設計構思

通過整個前期草圖方案繪制、建模等步驟，以及對每一個步驟所產生的問題進行相應的處理，最終確定本方案的造型。考慮到產品的整體性，確定各個組件之間與整體的相互協調關系，并通過色彩、紋理等設計手法，對整個車體進行更深層次的優化，突出本案表達的中心思想與基本理念，增強產品的可識別性，提高產品的實際功效；加入燈光模塊，使設計更符合“車”的概念；細化車體內部的各個功能模塊，依靠大量調研得到的基本數據模型，確定各個空間所需要的具體尺度，使車的形式與功能相互協調融合；運用多樣化的設計手法豐富車體，以達到造型豐富、結構美觀的藝術效果。最終方案如圖1所示。

3 結語

內澇兩棲救援車產品的創新研發設計能夠為城市內澇搶險救災工作帶來極大的便利，設計人員要想設計出令人滿意的內澇搶險救災產品，就必須綜合考慮救援產品的實用性、易用性以及安全性，確保能夠在有效時間內完成救援任務，減少人員傷亡。

參考文獻：

［1］ 劉海洋，戴志軍.中國近海污染現狀分析及對策［J］.環境保護科學，2001（4）：6-8.

［2］ 辛志坡，王偉.高速水陸兩棲車輛技術發展［J］.專用汽車，2007（6）：18-21.

［3］ 張樹蔚.一種可自動模式切換的海路兩棲救援物資運輸車［J］.時代汽車，2018（8）：20-21.

［4］ 孫旭光，李勇，韋韜，等.基于改進疊模方法的兩棲車航行阻力成分研究［J］.車輛與動力技術，2019（1）：54-57.

［5］ 王少新，王涵，金國慶，等.水陸兩棲車水動力性能與防浪板受力特性研究［J］.兵器裝備工程學報，2020（1）：1-6.

作者簡介：程安琪（1997—），女，山東菏澤人，碩士在讀，研究方向：產品設計。