多用途重吊船貨艙內部照明研究及設計

摘" " 要：針對某多用途重吊船用戶提出的增設貨艙內部照明的要求，在考慮該船貨艙存在多種裝卸工況的前提下，研究貨艙內部固定安裝照明燈具需要解決的重點問題和實現方法，創新性地提出在貨艙的內艙壁結構嵌入安裝一體式燈箱的方法，并設計貨艙內部照明燈箱的制造、安裝方案以及照明配電線路。有效提高了貨艙區域照度均勻度，并方便用戶根據船舶貨艙裝卸工況便捷投入，控制貨艙內部照明。

關鍵詞：多用途重吊船；貨艙；內部照明；嵌入式燈箱

中圖分類號：U662.2" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：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

貨運船舶是以載運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，該類型船噸位高達萬噸級，甲板上裝配有多臺重型克令吊，既能裝運木材、谷物等散貨或雜貨，又能裝運集裝箱或滾裝貨。目前，多用途重吊船在航運市場上的保有量較高，有其獨特且無法取代的優勢。多用途重吊船的船型特點之一是上層建筑通常布置在尾部，貨艙布置在船的中部，貨艙開口寬敞并設置大型自動啟閉水密艙口蓋，貨艙兩側為船體縱向邊艙，通常是空艙或壓載水艙[1]。受上述結構限制，貨艙頂部的活動艙口蓋無法安裝照明燈具，貨艙內艙壁也因為載貨需求應盡可能平整無障礙物而無法安裝照明燈具。因此，多用途重吊船貨艙照明的常規實現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構或構件上安裝投光燈，通過向貨艙內部遠程投射光照來實現貨艙照明，貨艙內部不安裝任何燈具。但是，這種方法實現的貨艙內部照度均勻度較低，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貨艙內部照明燈具安裝提出需求，要求能在裝載非散貨時具備貨艙內部照明功能。本文就以如何解決上述實船應用中出現的技術難題，滿足用戶使用需求，闡述一種新型船舶貨艙內部照明實現方法和設計方案。

2" " "多用途重吊船貨艙內部照明實現方法研究

2.1" "多用途重吊船貨艙照明常規實現方法

多用途重吊船貨艙區域的照明通常通過在貨艙外部的桅桿、上層建筑、克令吊筒體外、貨艙艙口圍板外安裝數只朝向貨艙的大功率投光燈向貨艙內部投射光照來實現。該船原有貨艙照明按照總技術規格書要求，主要由以下設計方案實現：

1）羅經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，臨時掛便攜式照明燈使用。

圖1為該船1號貨艙克令吊筒大功率投光燈布置示意圖。在上述設計方案中，一方面燈具的布置位置和高度受貨艙周圍船體結構限制，導致燈具安裝數量有限，均衡分布較困難；另一方面對于主尺度較大或貨艙艙容較大的船舶，貨艙外圍如羅經甲板、桅桿上的照明無法全部覆蓋貨艙區域，局部區域照度較低，甚至會存在照明死角，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行貨艙內部作業時存在安全隱患。因此，用戶在施工設計階段提出在貨艙內部增加固定照明，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" "貨艙內部照明實現方法研究

行業內在貨艙內部照明方面的可參考借鑒設計方案較少，貨艙照明技術研究主要還集中在貨艙照明分工況控制、搭載危險貨品時照明燈具切換等[2- 3]，例如中遠海運川崎的專利CN20 172 144 886.1 “一種船舶用貨艙照明控制裝置” [4]中，通過設置集控遙控開關，根據汽車滾裝船貨艙裝卸時車輛通過各層的順序分層、按需集中遙控照明。該方案實現了貨艙照明的集中控制和分區投切，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；韓國現代重工的專利KR1020180 142940“照明控制系統及具有該照明控制系統的船舶”[5]中，在裝載冷藏集裝箱或危險貨品的貨艙，對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，未涉及設置貨艙內部燈具。

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、谷物等散貨時需確保貨艙內壁光滑平整且密封，因此，在設計中需要考慮和解決的重點問題是如何在盡可能保證貨艙內艙壁平整的前提下固定安裝燈具，且在裝卸散貨作業工況下讓燈具“消失”。借鑒船上嵌入式水龍帶圍井[6]和液艙內電纜過渡箱安裝[7]的設計方法及特點，考慮將照明燈具嵌入式安裝在貨艙艙壁結構內部，設計結構一體式燈箱并配置燈箱蓋板，保證裝載散貨時貨艙內壁的平整性。雖然本船入級船級社對貨艙內部沒有提出明確的照度要求，用戶也明確貨艙內部照明僅為輔助補充照明，僅提出貨艙區域無照明死角的要求，但為確保貨艙內部照度分布盡可能均衡，在不影響船體結構強度的前提下，貨艙內部照明燈箱分別在貨艙左右舷縱壁和前后橫艙壁上開設，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貨艙兩舷的空艙和水艙，電纜穿管敷設。貨艙內部照明的具體設計方案如下。

3" " 貨艙內部照明設計

3.1" "照度計算仿真

本船入級船級社規范僅對貨艙進口通道和集裝箱綁扎點有照度不低于50 Lux的要求，由于貨艙內有叉車作業工況， GB 50 034-2013《建筑照明設計標準》中對車庫和裝卸站平臺的照度要求值30 Lux、倉庫的照度要求值50 Lux也可以作為參考照度要求[8]。現代船舶的照度計算，通常是利用計算機軟件基于對船舶照明環境的建模、燈具參數的仿真，通過計算機云計算，得出照度參數[1]，進而根據照度參數適當調整燈點布置，優化布置方案。因此，根據上述照度要求初步估算燈具數量，并分兩層布置貨艙內部照明燈具，中間甲板安裝250 W投光燈，4 300甲板安裝13 W×2艙頂燈，然后通過計算機軟件進行照度仿真驗證，在仿真結果的基礎上進行燈具數量和布置調整。圖2及圖3為根據計算機照度仿真和布置優化后繪出的1號和2號貨艙內部照明等照度曲線，圖中紅色圖框為照明燈具，其中1號貨艙最終設置6只250 W鹵素投光燈，4只LED 13 W艙頂燈，實現貨艙內部平均照度19Lux；2號貨艙較大，設置15只250 W鹵素投光燈，14只LED 13 W艙頂燈，實現貨艙內部平均照度Emid為15 Lux。上述照度均為僅貨艙內部照明燈具工作實現的光照度，可以很直觀地看出增設貨艙內部照明的照度效果，從圖中可以看出，1號貨艙由于艙容相對較小，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號貨艙由于艙容是1號貨艙的近2倍大，最低照度為4 Lux，照度均勻度為0.27。從照度計算仿真可以看出貨艙內部照明的覆蓋面完整，實現了無照明死角，提高了照度均勻度。

3.2" "結構一體式燈箱制造及安裝

貨艙內部照明燈點數量和大概安裝位置確定后，就可以協調船體結構專業在貨艙內縱艙壁和橫艙壁的船體結構中開孔制造結構一體式燈箱；并協調輪機專業在貨艙兩側的邊艙及壓載水艙排管以便電纜穿管敷設，鋼管采用316 L不銹鋼管，一端在燈箱頂板開孔焊接，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。由于貨艙船體結構的復雜度比較高，船體結構上開孔制造燈箱會對船體結構強度造成影響，因此，需要如圖5所示，在船體結構圖和外舾專業的貨艙內綁扎眼環布置圖、中間甲板艙蓋止跳塊布置圖相疊加底板圖上進行照明布置，并將結構開孔圖提交入級船級社復審。

考慮到需要在散貨裝卸工況下讓貨艙艙壁平整，將燈箱蓋板設計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，拆下密封蓋板，只使用格柵蓋板；裝卸散貨時，加裝密封蓋板。圖6為燈箱蓋板的設計制造和使用典型圖。

3.3" "貨艙內部照明配電線路設計

多用途船通常有裝載危險品貨物的工況，本船貨艙內部為1類危險區域，貨艙電氣設備防爆等級要求為ExdIICT5。目前，常用船用大功率金屬鹵化物投光燈的防爆等級可以達到ExdIIBT3、T4，部分LED投光燈可以達到 ExdIICT6，但LED燈具價格偏高，更換便捷性不及傳統金屬鹵化物燈具，考慮到用戶后期采購貨艙內部投光燈的經濟性和投入貨艙內部照明的便捷性，設置貨艙內部照明專用分電箱以便于分區分層遙控投切貨艙內部照明，并在駕駛室設鑰匙開關、遙控面板。貨艙內部照明配電線路原理圖的典型設計如圖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，重點考慮了以下幾點設計：

1）遙控面板設貨艙照明狀態指示燈、試燈按鈕及調光器，通過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，其中控制回路可以采用公共線方式以節約多芯線芯線數；

3）由于控制回路是從分電箱斷路器輸入端接入電源，就地控制時會存在以下問題：當分電箱的最后分路斷路器斷開時，此時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，駕控臺遙控面板指示燈也仍可正常通斷，造成誤指示（實際上此時貨艙照明并沒有工作）。因此，在分電箱的斷路器上增加機械聯動型輔觸頭，串聯至控制回路，這樣當斷路器斷開時，K1接觸器無法得電，駕控臺遙控面板失效。

4" " "實船試驗效果

實船系泊航行試驗中，分別對貨艙區域照度進行校核，試驗測試數據為：1號貨艙平均照度86 Lux，2號貨艙平均照度71 Lux，均高于參考規范中集裝箱綁扎點50 Lux、普通點30 Lux的要求，整個貨艙區域無照明死角。在投入貨艙內部照明燈具時，貨艙內部部分較低照度區域的照度提高了30%～50%，也驗證了照度模擬仿真的結果和燈箱式照明裝置設計的合理性。該貨艙內部照明裝置及控制通過了船東的檢驗驗收，得以在后續系列船中繼續推廣應用。

5" " 結語

本文詳細闡述了某多用途重吊船貨艙內部照明燈具固定安裝的實現方法、設計方案、設計要點，方案中結構一體式燈箱的設計及應用解決了貨艙內部受載貨限制無法安裝固定式照明燈具的困難，提高了貨艙內部的照度平均度。近年來，船舶照明系統中的人因工程、情感化照明等概念的廣泛推廣和應用，可以看出用戶對照明系統設計的各方面標準和要求越來越高，船舶照明系統雖然看起來簡單，但其應用環境種類多、設計靈活性高，仍值得設計人員持續深入研究和創新。

參考文獻

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