基于城市内涝的两栖救援车造型设计研究

摘要：目的：提供内涝灾害后人们实施援救任务所需的交通工具，使救援人员在第一时间拿到救援产品，提高救援效率，减少人员伤亡，解决抢险救灾问题。方法：文章分析内涝发生面临的问题与受灾人员面临的环境，对产品使用环境、主要功能、外观造型进行完善，通过整合创新敲定最终的设计方案。结果：文章主要探讨一款新型内涝两栖救援车的设计方案。此救援车拟结合液压收放和水路两用车轮的设计思路，可以实现针对城市乡镇内涝灾区不同路段、不同高度的高效救援。救援车的后半部分设计有救援担架、救生圈以及可携带急救包。车体底部和轮子部分设置三分之二可打开的充气装置，在水位较深的地段可以减轻车体重量。在救援车的内饰部分，为实现更好的空间利用，行李箱内装件系统、座椅系统都做了相应改善，功能性大大增强，提高了救援效率，能够有效减少人员伤亡。结论：内涝发生时，交通与通信受阻，受灾人民处于“孤岛”之中，会造成严重的生命和财产损失。要高度重视城市内涝救援工作，引入先进的技术与设备，定期开展专业训练，提高消防队员的能力，将城市内涝救援准备工作落实到位，最大限度地减少灾害引发的损失。

关键词：两栖救援车；内涝；抢险；应急救援；临时医疗

中图分类号：U469.6 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2023）23-0-03

0 绪论

第一，设计简介。

一是设计来源。本课题源于济南市章丘区遭特大暴雨，发生了严重的内涝灾害。受台风“利奇马”的影响，全区平均降水量达到392.4毫米，最大降雨点双山街道达到518.8毫米，部分区域水深达到2米左右。城市停水停电，极大地影响了交通安全，造成了城市交通大面积瘫痪［1］，给人民群众和社会带来巨大损失。因此，迫切需要设计一款针对内涝两栖的救援车。市场上针对内涝救灾的皮艇和抢险救援车类的产品较多，所以对该产品以液压收放平台、充气装置为主的设计进行研究，充分考虑该产品造型设计的创新、内部空间的使用、功能工具的分区、救援效率等方面的相关问题，以此提升受灾群众的安全保障，提高救灾效率，节省人力、物力以及财力。

二是设计研究背景。我国人口众多且集中，若城市乡镇出现内涝灾害，不仅情况复杂而且救援难度大，会造成极大的损失。另外，内涝救援产品还有待完善。

三是设计研究目的与意义。该课题的研究是为实现应急救援队伍的合理调遣，以快速营救出被困人员，提高救援效率。根据城市内涝灾害被困人员的分布特点、城市内涝灾害的情况，设计出更有安全保障的救援产品，有助于更好地满足应急救援人员的需求，保障受困人员的生命安全；解决船因为体积较大难以通过狭小街道的问题，在救援抢险方式上能够有所创新，增强救援工作的可靠性，提高抢险救援的效率，保证受灾群众的人身安全。水陆两栖救援车兼具汽车和救生艇的特点，在设计时应以车体为主，并在此基础上增添救生艇结构的理念，不断丰富水陆两栖救援车的功能与形式，使之成为城市救援的亮点。

本案设计可以保证产品在恶劣环境下也能够正常工作。引入船体的设计理念，使产品在漂浮停滞的状态下节省更多的能源消耗，以更加机动的方式融入灾后的城市救援工作中，因此本案设计的产品具有极其重要的现实意义。

第二，国内外研究现状。

一是国外研究现状。相比国内，国外内涝救援类产品起步要早得多，世界上第一辆水陆两栖车是由美国人于1805年发明的［2］，其目的是使车辆在水中行驶。他们在车上装上了轴和浆轮，利用发动机、轴的皮带和皮带轮来驱动桨轮。随着经济和科技的发展，这类产品逐步改善，二战期间，德军开始装备大众166型水陆两用车，行驶速度在陆地为90千米/小时，水中速度为10千米/小时，虽然行驶速度有待提高，但该车受到德方军官的广泛欢迎。

二是国内研究现状。国内对水陆两栖车的研究起步较晚。国内第一辆水陆两栖车是由汽车修理工王宏君花费巨大心血制造发明出来的。除了發动机购买外，其他配件都是通过作坊精心研制出来的，历经13年之久。他将车体设计为中空结构，极大减轻了车的重量，其驱动的动力主要源于车体后下侧的螺旋桨。

2009年，青岛盛世飞洋海上旅游公司引领风尚，将澳大利亚的“冒险鸭”水陆两栖船引进中国，用于水陆两栖观光旅游，为中国两栖车的使用与研究开辟了新思路。

第三，研究内容。

一是使用环境分析，旨在了解城市内涝灾害发生的现状及问题。

二是受灾人员环境危险因素分析，主要包括因内涝灾害被困人员的需求以及突发情况。

三是救援产品功能化模块分析。了解救援人员的应急需求，合理设计车辆内部急救用品的布局，给出最佳的模块分区，同时保证救援效率的提高。

四是关于水陆两栖救援车的密封性设计。考虑城市内涝环境下水位的阈值，在此基础上计算出车体不同区域所需的车体密封条件，以达到节省材料、减轻车体负重的设计要求，确保车体密封的安全性。

五是液压平台收放系统分析，以了解收放系统的工作状态以及安全性。

六是轮胎与车体气囊技术及原理分析，利用气囊增加车体的浮力，并依靠喷水推进技术产生动力。

七是关于现有两栖救援车产品的分析与对比。

1 设计调研

1.1 使用环境分析

1.1.1 城市内涝灾害概述

随着城市人口的不断增加，城市内涝已经成为许多国家和地区共同面临的难题，给社会、人民群众以及经济发展造成了严重的影响。

1.1.2 城市内涝面临的问题

一是随着降水量的不断增加，城市地区硬化面积增加，进而对地表径流的下渗造成影响。当降水强度超过地表下渗能力时，就会产生积水，而积水量的不断增加会使得救援工作的实施难度随之提高。目前，我国城市在救援队伍和配置方面还存在很大的缺陷，救援人员数量不足。随着城镇化趋势愈发明显，安全事故也呈多样化发展，当事故发生后，往往无法安排足够的救援人员前来支援。

1.2 受灾人员环境危险因素分析

在内涝灾害中，身处危旧房的灾民需要转移位置，寻找较高安全地。灾民身边的求救工具也是重要因素，如哨子、手电筒、便携急救包、救生衣和救生圈等。弱势群体面临的情况会比较复杂，存在基本的医疗用品需求。

1.3 救援产品功能化模块分析

需要整体分析车内的固定人员和流动性较强的人员的布局，并深度把握不同类型的人员所需要的空间。车头部分主要针对流动性较弱的人员进行设计。空间内人员需要长期作业，所以空间流通性的重要性要次于舒适性。在设计初期便已确定车头部分侧重于安全性设计，即在最大程度上保证工作人员的人身安全。其范围主要集中于司机等人员，此类人员需要长期处于工作状态，符合前期设想的产品实际使用时的人员属性，这样有助于水陆两栖救援车的车头部分的功能设计更加实用，更适应工作环境，提高操作人员的工作效率。

1.4 水陆两栖救援车的密封性设计

为防止水进入车体内部，影响内部机构的运行，应充分保证车体后轮轮轴与车体的密封、侧面液压收放平台与车体的密封，大体计算车辆的吃水程度以及受到的阻力，确保车体平稳行驶。

1.5 液压平台收放系统分析

根据本案的设计需求，在产品结构工程方向结合了液压式的伸缩系统的工作状态和产品运动时不同组件的相互响应模式。为确保整个系统的安全性和合理性，对整个液压式的伸缩系统进行整体分析。液压平台由收起状态转为平放状态的工作过程是：液压杠伸出，推动由轴连接的液压杠的一端，绕着平台固定支点转动，使平台板由原先的关闭模式转变为与地面呈现出45度夹角的工作模式；平台打开后，与地面和车体呈三角形结构，满足稳定性，平台表面有防滑层，能够确保人员的活动安全。

1.6 轮胎与车体气囊技术及原理分析

普通的轮胎已经无法适应苛刻的环境要求［3］，因此，本案设计采用三角形履带式轮胎。目前主要的三角形履带组成包括驱动轮、履带、摆架、支撑轮、导向轮，融合了轮胎和履带行走的特点，具有轻便性、可更换性、高通过性和高稳定性。

车体气囊主要在车的底部和两边的轮胎中，占比大概达三分之二，当水深到达一定高度时，可以驱动打开气囊，增加浮力，减少能源消耗。

在水位较深且车体处于漂浮状态时，动力形成依靠喷水推进技术，即利用推进泵加压的高压水流使其前进。螺旋桨技术也常用于两栖车的设计［4］，成本较低，但其水上的推进速度也相对较低，更适合普通农业工程场景的应用。抢险救灾或者国防工作场景应首先采用喷水推进技术。

1.7 现有两栖救援车产品的对比与分析

越野式水陆两栖车。这种车型是结合中国文化与汽车的特点而设计的，十分具有代表性，体现了传统文化与现代文化相融合的中国设计新思潮。

全地形水陆两栖车。其可满足在雪地、沙漠、森林场景中行驶，也可以在水中行驶。这款车敞篷、无后视镜，有八个轮胎，在外观设计上仿照了越野车的特点，采用全塑料车体，不透水，在水中的动力依靠螺旋桨推进［5］。

水陆两栖军用艇。此车型主要用于抢滩登陆、水上突击、人员物资运送等任务。其车身采用航海级铝合金材料，配备合成橡胶全地形轮胎，具有较强的抓地能力，其特点是在水中的行驶速度较快。

水陆两栖拖车。其具有电动船和露营拖车两类功能，外观采用玻璃纤维塑料，大部分的两栖车适用于军事或者搜救场景，而这款两栖车则主要用于水上露营和休闲。

2 设计过程

2.1 分析与定位

这款产品是面向城市内涝救护工作设计的。通过调研，以及对相关产品的一些功能、原理的分析，将从以下几个方面进行方案的初步分析与定位：

第一，使用环境：城市内涝抢险救灾期间，救援车既要能够在陆地上行驶，又要能够在涝灾环境中

行驶。

第二，主要功能：在城市内涝期间为受灾人员提供安全的生命通道和必要的急救用品；通过合理的空间利用提高救灾人员工作效率。

第三，外观造型：首先要符合整个内涝环境，车的重量偏轻；其次要符合受灾群众承载量的需求；最后外观要有现代科技感。

第四，适用对象：抢险救灾人员以及受灾群众。

2.2 设计目标

解决车头和车斗的功能化分区问题，保障救援物资种类的多样性和齐全性，给救灾人物与受灾人员提供较强的安全保障；能应对陆地和内涝等不同环境，车体的密封性能强；轮胎与气囊的设计在空间上要具备合理性，既要满足三角形履带轮胎的性能，又要满足携带气囊的功能；面对应急情况时，要有完善的救援措施。

2.3 设计构思

通过整个前期草图方案绘制、建模等步骤，以及对每一个步骤所产生的问题进行相应的处理，最终确定本方案的造型。考虑到产品的整体性，确定各个组件之间与整体的相互协调关系，并通过色彩、纹理等设计手法，对整个车体进行更深层次的优化，突出本案表达的中心思想与基本理念，增强产品的可识别性，提高产品的实际功效；加入灯光模块，使设计更符合“车”的概念；细化车体内部的各个功能模块，依靠大量调研得到的基本数据模型，确定各个空间所需要的具体尺度，使车的形式与功能相互协调融合；运用多样化的设计手法丰富车体，以达到造型丰富、结构美观的艺术效果。最终方案如图1所示。

3 結语

内涝两栖救援车产品的创新研发设计能够为城市内涝抢险救灾工作带来极大的便利，设计人员要想设计出令人满意的内涝抢险救灾产品，就必须综合考虑救援产品的实用性、易用性以及安全性，确保能够在有效时间内完成救援任务，减少人员伤亡。

参考文献：

［1］ 刘海洋，戴志军.中国近海污染现状分析及对策［J］.环境保护科学，2001（4）：6-8.

［2］ 辛志坡，王伟.高速水陆两栖车辆技术发展［J］.专用汽车，2007（6）：18-21.

［3］ 张树蔚.一种可自动模式切换的海路两栖救援物资运输车［J］.时代汽车，2018（8）：20-21.

［4］ 孙旭光，李勇，韦韬，等.基于改进叠模方法的两栖车航行阻力成分研究［J］.车辆与动力技术，2019（1）：54-57.

［5］ 王少新，王涵，金国庆，等.水陆两栖车水动力性能与防浪板受力特性研究［J］.兵器装备工程学报，2020（1）：1-6.

作者简介：程安琪（1997—），女，山东菏泽人，硕士在读，研究方向：产品设计。