40 000载重吨自卸船的一人桥楼设计

唐翔宇，严兴春，刘慧霞

(中船澄西船舶修造有限公司，江苏 江阴 214433)

0 引言

随着船舶自动化和智能化的不断发展，一人桥楼将会是未来船舶研发设计的重要配置。相较于传统桥楼的布置和工作方式，一人桥楼系统可以提高船员的工作效率、改善驾驶环境。近年来，由于运营中的自卸船船队趋于老化，自卸船市场迎来了复苏。

陈默[1]结合9 000 载重吨化学品船的一人桥楼设计，重点介绍了挪威船级社(DNV)NACT-OC入级符号的设计要求，对驾驶室视线和规范强制要求的工作站的设计要点进行了重点分析。顾灿虹等[2]结合320 000 t超大型油船的一人桥楼设计，着重介绍驾驶室视线要求、各监测控制站的布置和美国船级社(ABS)规范对一人桥楼布置的要求。程慧勇等[3]以2 500 TEU 集装箱船为例，详细介绍了德国劳氏船级社(GL)关于一人桥楼的桥楼结构、工作环境及工作站的要求。

但是，对于C-Loop舱前置的自卸船型，目前还没有很多的设计分析。鉴于此类型的自卸船船首的视线盲区较大，并且在设计过程中还需满足欧洲船东对桥楼布置的个性化要求，一人桥楼设计具有较大难度。本文以40 000载重吨自卸船为研究对象，对其一人桥楼设计规范和过程进行了梳理，分析了船首视野设计、驾驶室布置、窗框设计等设计难点并制订了相应的解决方案。

1 40 000载重吨自卸船简介

40 000载重吨自卸船是为德国船东设计建造的一艘绿色新型自卸船，配备一套高效率自卸系统，且C-Loop舱为前置型。该船主要参数为：总长190.0 m，型深16.0 m，型宽29.0 m，入DNV·GL船级社，主要航行于西北欧海域。船上安装了脱硫洗涤塔设备，满足最新的硫排放要求；艏艉配有大功率侧推装置。该船船级符号为：DNVGL +1A BULK CARRIER, HC(B), BIS, BWM(T), E0, LCS, TMON, NAV, ESP, Recyclable, COAT-PSPC (D)。

2 桥楼设计的工作站定义

工作站系指执行构成某一特定行为的一项或多项任务的位置。常用的工作站如下：

(1)航行和操纵工作站：系指位于雷达控制台后方350 mm的船舶主控台，通常设置于驾控台的右侧。其要求是应使操作人员在站姿或坐姿时都能获得适宜的视野，能够统筹处理设备信息，尤其是在快速操作时能安全高效地完成船舶操纵。

(2)监视工作站：系指能经常有效观察周边环境和设备的工作站，通常设置于驾控台的左侧，用于检测并分析交通状况、执行控制和咨询功能。

(3)手动操舵工作站：系指舵手可以通过操舵控制船舶的工作站。

(4)靠泊作业工作站：系指桥楼两翼的工作站，用于靠泊、通过船闸、引航员转换等，主要任务是监测并控制船舶首向、速度和系泊操作。

(5)安全工作站：系指为船舶自身安全服务的系统监视及应急操作集成的工作站。

(6)航线计划工作站：系指用于计划航程并记录所有船舶操作事实的工作站。

(7)无线电通信工作站：系指用于外部通信遇险、安全和一般通信的工作站。

以上工作站中，(1)～(4)为NAV船级符号强制规定要求的工作站。参考相关规范，40 000载重吨自卸船在设计时按常规习惯和要求布置了后3个工作站。工作站具体布置见图1。

图1 工作站布置

3 桥楼的视野设计

基于SOLAS的基本要求，结合DNV·GL的船级符号规范并参考国际海事组织IMO MSC/Circ.982的相关规定来进行视野设计。40 000载重吨自卸船的视野设计需要各专业的协调配合，再结合船东的要求反复验证回归。

3.1 船首视野设计的具体要求

(1)从航行和操纵工作站、监视工作站瞭望的海面视野，无论船舶的吃水、纵倾和甲板货物的情况如何，船首视线盲区均不可超过2倍船长或500 m(取其小者)；从船首两舷各10°的范围内不应有遮挡，并且每一单独的盲视区均应不超过5°。

船舶的吃水越浅，船首视线盲区越长，因此在最浅吃水工况下可以验证是否满足要求。其次，由于艏部C-Loop舱的遮挡，会形成艏部的大范围盲区，且根据规范要求，此盲区不得大于5°。需要特别注意的是，在计算艏部盲区角度时要将C-Loop舱外形上有连贯的结构加强部分考虑进去。

(2)在航行和操纵工作站及监视工作站正面向前的视线不能被驾驶室内外的遮挡物遮挡。手动操舵工作站正面向前的视线不可被货物、货物吊或窗框等遮挡。

船首视线及360°视线演示见图2。

图2 船首视线及360°视线演示

以上为NAV对船首视线的要求，这也是确定驾驶室控制台位置和驾驶窗布置的关键要求。在设计初期，电气及舾装专业应注意此视线要求，避免后期不断修改驾驶室布置，导致重复计算盲区和窗框布置等。

由于该船的C-Loop舱前置且位于中线，宽度达到了6 m，外加一个0.8 m宽的外部加强筋，导致驾控台向右偏移了约4.85 m。驾控台太偏必然导致另一侧的操纵台增多，增加了驾驶室的布置难度。

3.2 水平视野要求

(1)在驾驶室内，眼高1.8 m的驾驶人员在室内移动时视线应能覆盖船舶周围360°的范围。由于该项要求一定程度上会受到后方烟囱的影响，该船在靠近左右两翼处选取了2个观测点，可满足此要求，详见图2。若是受到限制，360°的视野无法获得时，用后置的摄像机在航行和操纵台上显示后方视线也是可以接受的。

(2)在航行和操纵工作站上的水平视域应为一个不小于225°的扇面，即从正前方向船后两舷各不小于22.5°的弧度；在监视工作站上所见的水平视域应为一个不小于202.5°的扇面，即从监视工作站水平视野单边向后延伸不小于22.5°的视域,详见图2。

(3)在驾控台向前225°的视线不应被驾驶室内的窗帘或其他不必要的遮挡物限制。该船在实际使用中增加了挂钩设备以满足此项要求。

(4)其他工作站的视线要求和SOLAS的相关规范要求相同，见图3。

图3 手动操舵站及靠泊作业站视线

(5)船舷边应从驾驶室翼桥上可见。船舶左右翼应可以看到船舶侧边的拖轮、引水船和码头等，以满足靠泊码头的要求，因此驾驶室翼桥应尽量延伸至最大船宽。若驾驶室翼桥超出船宽，超出的桥翼会被巴拿马当局视为突出物，这些突出物可能会影响巴拿马运河的安全运输，因此会受到相关法规的限制。

3.3 窗沿视野要求

DNV·GL规范对驾驶室窗户视野的要求做了详尽的描述，具体到窗框上下沿高度、窗框分隔的大小等，具体内容如下：

(1)为保障驾驶员在座姿状态(眼睛参考高度1.4 m)下能够操作并监控到船舶运行状态，前窗的下沿高度最高不能超过1 m。

(2)前窗的上沿最低不能低于2 m，要求能保证指挥员站在航行和操纵站及监视站(眼睛参考高度1.8 m)时能在恶劣海况下有良好的视野。

(3)驾驶室窗户尤其是驾控台前的窗户应尽量宽大。驾驶室窗框应尽量窄且不可在任何工作站的正前方布置窗框。驾驶室前窗之间的分隔带宽度尽量控制在0.15 m以内；若是为了必要的强度或振动要求，最多可接受至0.2 m。如果窗户之间有扶强材，则扶强材的宽度控制在0.1 m以内，深度不超过0.12 m。

该船由于C-Loop舱的遮挡，驾驶窗的布置需在驾控台最终确定后，再根据以上窗户视线的要求来制定最终的方案。舾装专业前期应加强与总体及电气专业的沟通，避免不必要的重复设计。

3.4 视野盲区要求

在设计初期，视线应设计为尽量不被遮挡。但常常由于必要的起货设备、结构、窗框等，会形成不可避免的视野盲区。该船型的最大盲区就是由于C-Loop舱前置引起的。具体规范要求如下：

(1)在航行和操纵工作站前方180°的范围内任何由货物、起货装置等造成的盲区遮挡，应不超过10°。该区域盲区的总和不应超过20°。在盲区之间的可视扇形区域应至少为5°。

(2)自船首前方左右10°范围内的单一视线盲区不得超过5°。该船的C-Loop舱造成的最大单一盲区为3.27°，满足规范要求。

(3)从航行和操纵站至船舶任一舷的正横后方22.5°范围内的附加盲区弧度不应超过10°，在此区域盲区间的可视扇形区域应至少为5°。在视野总弧度225°内的盲区弧度总和不超过30°。

该船经过计算，盲区角度总和完全满足NAV规范的要求。

4 桥楼和驾驶室的布置设计

4.1 桥楼高度

驾驶室内甲板敷料至天花板下缘的净高度应不小于2.25 m；在驾驶室开放区域、站立工作站和走道上方的天花板安装相关设备后，其下缘距甲板的净高不得低于2.1 m。

4.2 驾驶室窗布置

NAV船级符号对驾驶室窗有明确的要求，具体如下：

(1)在航行和操纵工作站及监视工作站的水平视野225°范围内所有的窗户要倾斜以防止光线的反射。桥楼前窗应偏离垂直面，顶部向外倾斜，倾斜度不小于15°，但不大于25°。桥楼边窗也应向外倾斜不小于5°。在驾控台水平视野225°的范围外的窗户及后窗可能会造成光线反射，也应向外倾斜不小于4°～5°。该船的桥楼窗户均设计为倾斜式，满足规范的要求及推荐。

(2)设计时，为尽量减少驾驶窗盲区的影响，可减小窗框的宽度且使单幅驾驶室窗户宽度尽可能大，一般不小于1.2 m。考虑到航行和操纵工作站、雷达显示器及手动操舵工作站正面视线不可被遮挡，为了使这些操作台正面获得最大的舒适视野，该船设计的单幅宽度驾驶室窗户右边达到了2 m多，左边达到了1.6 m，窗框间距也缩至0.08 m，最大幅度地满足了使用要求。正面窗户设计见图4。

图4 驾驶室正面窗户设计(单位：mm)

(3)因驾驶室是全封闭桥楼，两翼的靠泊作业台前、后及舷侧的玻璃窗均设计成上、下两排，且两翼上方驾驶窗设计成可移动式开窗，以保证舷边视线的要求。

(4)DNV·GL规范要求：驾控台所有的前窗玻璃必须安装有效的雨刮器(带冲洗系统)和除霜除雾系统。因为该船是全封闭桥楼，两翼操作位置的玻璃窗也需要提供上述装置。另外，为防止阳光的反射，所有桥楼窗需配备遮阳卷帘，以保证船舶航行的安全性。

4.3 驾控台布置

驾控台的布置首先应符合视线要求，人机工程学的原理也是设计的重要指标。在确定其大概位置后，还需要依据规范的要求，综合考虑控制台尺寸来确定最终的位置。

(1)DNV·GL规范要求：驾控台不得妨碍操作者坐姿时的水平视线，驾控台上边缘应不得高于1.2 m。

(2)由于船东的特殊要求，实船的货控台与驾控台同时布置在驾驶室内，因此驾控台只能布置在前窗右舷区域，货控台布置贴前窗左舷区域,此种布置有效利用了驾驶室的有限空间。

(3)船东要求该船无线电通信台的布置方向朝向船尾，四周增加环形工作台和船东电脑办公区。此种布置可形成类似封闭的工作区域，减少了驾控、货控工作人员之间的干扰。

4.4 通道布置

(1)驾驶室前面要有一个足够宽的外通道用于窗户清洁、维修和安装雨刮器。

(2)若控制台与桥楼前壁有距离，则该距离最好应不少于1 m，但至少为0.8 m。该船由于驾控台布置的特殊性，在综合考虑航行和操纵工作站的正向视线不受影响的前提下，经过多次调整，使得主通道满足了规范的要求。

(3)2个独立的工作站之间的通道宽度不小于0.7 m，工作站操作区域应视为工作站的一部分。

由于驾控台在右侧，为使驾驶室内有较充足的主通道空间，该船的驾控台体采用新颖的半环抱式设计(类似∩形)。这种台体设计可缩短驾控台的整体长度，使各控制站更为集中，也有效减少了驾驶员的走动。由于两翼空间有限，因此在布置靠泊作业工作站时，紧靠前壁，保证两翼控制台后方有充足的空间。

5 桥楼工作环境

桥楼工作环境设计的总原则是保证操作人员的舒适性、安全性。NAV船级符号具体要求如下:

(1)应在桥楼上设置洗手间，方便值班人员使用和及时返回工作岗位。

(2)驾驶室和桥楼甲板应处于同一层并敷有防滑地面。

(3)驾驶室内不应有尖锐的边缘或突出物等，防止在恶劣海况下对驾驶室人员造成伤害。

(4)工作台和驾驶室前壁应设置充足的栏杆、扶手等，以便船员在恶劣天气下能够移动或站立。

(5)灯光及其他方面的要求推荐采用MSC/Circ.982的相关规定和指导方针。

6 结论

40 000载重吨自卸船的一人桥楼设计已获得DNV·GL的认可。鉴于该自卸船C-Loop前置的特殊性，增加了设计难度，对于视线设计和驾驶室布置及窗框设计均是不小的挑战。该船一人桥楼设计过程的总结如下：

(1)对于这种类型的自卸船，各专业在设计初期应结合自身工作经验充分消化规范的要求，可使用专题会议讨论的形式来进行初步的设计思路整理，避免后续不必要的设计交叉问题。

(2)该船驾控台应重点考虑正面向前的视线不可被遮挡这项规范要求，结合驾驶室通道要求布置其位置。驾控台采用新颖的半环抱式设计，合理优化了驾驶室的空间布置。

(3)工作站的布置应和船级社进行充分地沟通，要在船东个性要求和规范之间寻求一个平衡点。

(4)该船的驾驶室窗全部采用倾斜式。为了获得更舒适的视觉效果，窗框设计进行了多方案对比，将单幅窗的大小和窗框的宽度做到了最优化。