王有利,牟 林
本文介紹的113 000 t原油/成品油輪主要用于海上運(yùn)輸原油以及成品油,由大連中遠(yuǎn)船務(wù)為希臘船東建造的阿芙拉型(AFRAMAX)大型油輪,可以停靠北美大部分港口的經(jīng)濟(jì)型油輪,入LR船級(jí)社,掛巴拿馬旗,航行于全球航線。該油船航行和無(wú)線電設(shè)備滿足SOLAS公約第4章和第5章對(duì)于A1、A2、A3海區(qū)航行船只的要求及其他最新要求,滿足IMO GMDSS要求,以及滿足LR NAV1要求。
綜合橋樓系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨著電子科技的發(fā)展,集成度和準(zhǔn)確性得到廣泛提高,同時(shí)各船級(jí)社對(duì)綜合橋樓設(shè)計(jì)的定義也在與時(shí)俱進(jìn),各設(shè)備廠家也根據(jù)電子設(shè)備的發(fā)展對(duì)各自產(chǎn)品不斷推陳出新。
本文著重從船級(jí)社對(duì)綜合橋樓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要要求,以及本船設(shè)備配置情況,簡(jiǎn)要分析船舶綜合橋樓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn),以及對(duì)未來(lái)該系統(tǒng)應(yīng)用的展望。
綜合橋樓系統(tǒng)[1-2](integrated bridge system),又稱為綜合航行系統(tǒng),是指在船舶駕駛室進(jìn)行決策和操作,對(duì)在駕駛室里的導(dǎo)航、控制、雷達(dá)、電子海圖等設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),通過(guò)主數(shù)據(jù)接口,應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)連接各導(dǎo)航,控制、雷達(dá)、海圖和報(bào)警等設(shè)備信號(hào)信息,利用計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代控制理論、信息通訊與處理等技術(shù)集合而成的多功能集成電子系統(tǒng)。一名值班人員(one single watch-keeper)在駕駛室借助綜合橋樓系統(tǒng)就可以完成航行任務(wù),對(duì)整個(gè)船舶進(jìn)行監(jiān)測(cè)操控,因此綜合橋樓系統(tǒng)又可以稱為一人橋樓。
綜合橋樓系統(tǒng)具有船舶航行信息的網(wǎng)絡(luò)集約化、信息共享化、航行決策及信息智能化等特點(diǎn),可以對(duì)航行中的船舶進(jìn)行工況監(jiān)測(cè)、航跡規(guī)劃管理、自動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)避碰、通信和航行管理等功能。主要借助采集船舶位置、航速、艏向、航向、水深、主機(jī)轉(zhuǎn)速、外界風(fēng)速風(fēng)向等信號(hào),借助電子海圖、雷達(dá)、主機(jī)遙控、自動(dòng)舵等自動(dòng)完成航行計(jì)劃,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛船舶功能。以最少的人力,最低的燃料消耗,最便捷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)船舶航行的高度自動(dòng)化,提高船舶航行的經(jīng)濟(jì)性,安全性和智能化。
組成綜合橋樓系統(tǒng)的主要設(shè)備有:電子海圖顯示與信息系統(tǒng)(ECDIS)、雷達(dá)(X波段和S波段)、自動(dòng)舵控制系統(tǒng)、羅經(jīng)系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、測(cè)深與計(jì)程系統(tǒng)、橋樓值班報(bào)警系統(tǒng)、主機(jī)遙控系統(tǒng)、風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量系統(tǒng)、自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等,以及由這些設(shè)備所構(gòu)成的信息指揮控制工作站、航跡規(guī)劃控制工作站、航行監(jiān)控和操縱控制工作站、船舶安全中心、無(wú)線電通信中心、兩翼控制工作站、手動(dòng)操舵站等。
該系統(tǒng)的工作原理是通過(guò)中央處理接口單元,完成對(duì)各種航行信號(hào)和外部信號(hào)數(shù)據(jù)的采集,提供給電子海圖和雷達(dá)系統(tǒng)中央處理器單元,采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)與預(yù)先設(shè)定航行規(guī)劃的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),從而通過(guò)現(xiàn)代控制理論來(lái)控制船舶的航行狀態(tài)。
隨著綜合橋樓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的普遍應(yīng)用,以及電子信息和網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展,國(guó)際海事組織(IMO)以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)亦愈來(lái)愈重視對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范指導(dǎo),與之相關(guān)的各種規(guī)范決議等不斷完善更新。本文將著重從系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和主要設(shè)備配置的角度來(lái)探討船級(jí)社對(duì)船舶綜合橋樓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。
目前世界主要船級(jí)社對(duì)綜合橋樓系統(tǒng)都給出了自己的附加船級(jí)符號(hào),主要有:
挪威船級(jí)社(DNV):NAV-OC;NAV-AW。
英國(guó)船級(jí)社(LR):NAV1;IBS。
美國(guó)船級(jí)社(ABS):NBLES;NIBS。
中國(guó)船級(jí)社(CCS):OMBO。
后面的符號(hào)比前面的等級(jí)高,比如 DNV NAV-AW 要滿足在狹窄的沿?;蚋劭诤S?,而NAV-OC則是正常寬廣海域。以下將重點(diǎn)分析研究英國(guó)船級(jí)社和挪威船級(jí)社入級(jí)要求。
各船級(jí)社對(duì)綜合橋樓系統(tǒng)的要求基本大同小異,都是基于國(guó)際海事組織和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織相關(guān)要求和指導(dǎo)性文件來(lái)制定的。但是略有差異。
綜合橋樓的系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足一個(gè)值守人員在正常航行情況下不借助別人幫助來(lái)完成航行任務(wù)。值守人員應(yīng)該能通過(guò)正常的瞭望和視聽(tīng)以及其他適當(dāng)?shù)姆绞?,?duì)船舶避碰,觸礁等威脅船舶航行安全的危險(xiǎn)能夠提前進(jìn)行充分的形勢(shì)預(yù)判。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到如下目標(biāo):
1)包括引航員在內(nèi)的駕駛室工作團(tuán)隊(duì)對(duì)形勢(shì)的全面預(yù)判和安全駕駛等任務(wù)操作要便利;
2)促進(jìn)有效的和安全的橋樓資源管理;
3)要能使駕駛團(tuán)隊(duì)快速連續(xù)有效地進(jìn)行信息處理和決策;
4)避免和降低額外的或無(wú)效的工作,以免影響駕駛團(tuán)隊(duì)由于疲勞而導(dǎo)致的注意力不集中;
5)滿足 SOLAS要求、國(guó)際避碰規(guī)則(COLREGS)、International Convention on Standards of Training, Certification and Watch-keeping for Seafarers (as amended).
綜合橋樓對(duì)整體駕駛室布置有很嚴(yán)格的要求。首先,視野的要求:在任何情況下,在指揮部位向船首方向左右10°的海平面視野,在兩倍船長(zhǎng)或500 m(取?。┮酝猓粦?yīng)受到阻擋。觀察者在駕駛室走動(dòng)能獲得360°視野。其次,窗的要求:船中心線前面的窗應(yīng)盡可能寬,前兩窗之間分隔不應(yīng)超過(guò)150 mm。全部窗戶應(yīng)前傾不小于 15°,兩翼門上的窗除外。前窗下沿距離甲板盡可能低(不大于1 000 mm),上沿距離甲板盡可能高(不小于2 000 mm)。然后,對(duì)通道的要求:駕駛室兩翼之間駕駛室內(nèi)通道寬度至少1 200 mm,不同工作臺(tái)之間通道寬度至少700 mm,駕駛室前壁距離駕控臺(tái)通道寬度1 000 mm,工作臺(tái)的頂端高度不應(yīng)超過(guò)1 350 mm,單人操作的工作臺(tái)寬度不應(yīng)超過(guò)1 600 mm。駕駛室的門應(yīng)能用一只手開(kāi)關(guān),不要設(shè)置成自閉式,要有保持常開(kāi)設(shè)施。另外,對(duì)駕駛室內(nèi)工作環(huán)境的噪聲、振動(dòng)、照明、顏色、取暖通風(fēng)和人身安全等也有相關(guān)要求。
綜合橋樓系統(tǒng)的設(shè)備配置主要是根據(jù)6大工作站的功能要求而設(shè)置。各船級(jí)社對(duì)工作站功能要求有略微差別,這樣每個(gè)工作站設(shè)備配置與位置也略有差別。同時(shí),根據(jù)綜合橋樓系統(tǒng)的等級(jí),同一船級(jí)社對(duì)設(shè)備的要求也有差異。比如在航行監(jiān)控和操縱控制工作站,挪威船級(jí)社要求有2臺(tái)電羅經(jīng),而英國(guó)船級(jí)社根據(jù)綜合橋樓附加船級(jí)符號(hào)的高低不同而配置2臺(tái)或1臺(tái)電羅經(jīng)。操縱指揮顯示器(conning display),挪威船級(jí)社和英國(guó)船級(jí)社在最高等級(jí)的要求中均需要配置,低等級(jí)的不需要配置。電子海圖,一般情況下,均需配置2臺(tái)電子海圖系統(tǒng)。以及對(duì)水對(duì)地計(jì)程儀、2套全球定位系統(tǒng)、橋樓值班報(bào)警系統(tǒng)、橋樓報(bào)警系統(tǒng)、2套雷達(dá)系統(tǒng)、聲音接收系統(tǒng)等主要設(shè)備均需要在綜合橋樓系統(tǒng)中配置。
本船滿足英國(guó)船級(jí)社LR NAV1要求,雖然不是最高等級(jí)的入級(jí)符號(hào)(IBS)要求,但是主要設(shè)備配置均滿足最高等級(jí)要求。
該油船綜合橋樓系統(tǒng)的駕控臺(tái)布置見(jiàn)圖1。
圖1 主駕控臺(tái)布置
駕控臺(tái)臺(tái)面從左之右依次為 2號(hào)電子海圖(No.2 ECDIS),S波段雷達(dá)(S-band radar),綜合導(dǎo)航信息顯示單元(conning display),X波段雷達(dá)(X-band radar),1號(hào)電子海圖(No.1 ECDIS),以及相關(guān)設(shè)備操作鍵盤和軌跡球等,中間屬于主操縱駕駛工作站,主要放置自動(dòng)舵操舵相關(guān)主控制板、主機(jī)遙控板等,每個(gè)臺(tái)子內(nèi)部每個(gè)系統(tǒng)自帶接口單元(IF),通過(guò)接口單元(IF),把海圖和雷達(dá)連接組成局域網(wǎng)(LAN),通過(guò)各采集模塊把采集進(jìn)來(lái)的位置、速度、航向、風(fēng)速風(fēng)向、主機(jī)轉(zhuǎn)速等信息在局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)共享,然后再通過(guò)局域網(wǎng)傳感器開(kāi)關(guān)單元與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的共享。同時(shí)雷達(dá)圖像和海圖數(shù)據(jù)庫(kù)之間也可以實(shí)現(xiàn)共享,這樣就把航行規(guī)劃、避碰、指揮控制監(jiān)測(cè)、通信等通過(guò)網(wǎng)絡(luò)形成了一個(gè)有機(jī)整體,高級(jí)別的綜合橋樓系統(tǒng)要有雙套冗余網(wǎng)絡(luò),以保證一個(gè)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以正常工作。這樣,主操作工作站作為發(fā)出任務(wù)指令(操舵等)的唯一機(jī)構(gòu),其他工作站通過(guò)局域網(wǎng)分享航行數(shù)據(jù),以及數(shù)據(jù)的同步更新。
該船配有2套電羅經(jīng),高于LR NAV1要求。配置了獨(dú)立的滿足LR規(guī)范要求的遠(yuǎn)距離識(shí)別系統(tǒng)(LRIT)。為滿足海安會(huì)MSC.334(90)要求,配置1套衛(wèi)星計(jì)程儀和1套多普勒計(jì)程儀。橋樓報(bào)警系統(tǒng)(bridge alarm system)和橋樓值班報(bào)警系統(tǒng)(bridge navigation watching alarm system),且橋樓報(bào)警要延伸到橋樓值班報(bào)警系統(tǒng)。
另外,該船為滿足船東特殊要求,每臺(tái)雷達(dá)和海圖配備1套2.2 kVA不間斷電源(UPS),同時(shí)測(cè)深和計(jì)程儀24 V電源加大容量,以滿足220 V斷電后繼續(xù)工作30分鐘的需求。為滿足船東后期轉(zhuǎn)掛旗國(guó)要求,該船中高頻(MF/HF)配備兩套充電器和兩個(gè)鞭狀天線,部分通導(dǎo)設(shè)備要提供歐盟證書(shū)。
綜合橋樓系統(tǒng)的核心是電子海圖等電子信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。從上世紀(jì)90年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái),國(guó)際上各大通信導(dǎo)航生產(chǎn)商在該領(lǐng)域展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng),美國(guó)和日本開(kāi)發(fā)了具有通信功能和人工智能的綜合橋樓系統(tǒng),2004年Sperry公司推出FT版綜合橋樓系統(tǒng),將最新的海事導(dǎo)航技術(shù)和原有的航行傳感器和導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合起來(lái),其核心技術(shù)是該公司開(kāi)發(fā)的航行管理系統(tǒng) VMS(voyage management system),通過(guò)VMS實(shí)現(xiàn)各信息數(shù)據(jù)的共享。隨著新技術(shù)和新材料的廣泛應(yīng)用,電子信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展必將帶動(dòng)硬件設(shè)備飛速發(fā)展。
其次,電子海圖(ENC)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)軟件系統(tǒng),尤其矢量化海圖開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,隨著科技手段的進(jìn)步,必將越來(lái)越完善。
最后,隨著船員素質(zhì)的提高,以及船東公司從成本角度考慮,綜合橋樓系統(tǒng)可以大大減少船舶航行時(shí)船員的工作量,可以通過(guò)智能化系統(tǒng)提高航行安全性,因此,綜合橋樓系統(tǒng)越來(lái)越受到船公司和船員的歡迎。
綜合橋樓系統(tǒng)目前正朝著信息化和智能化方向發(fā)展,正在成為各國(guó)船東公司造船的標(biāo)配選擇,同時(shí)綜合橋樓系統(tǒng)也是船舶航行技術(shù)關(guān)鍵領(lǐng)域之一,是一個(gè)國(guó)家自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)的綜合體現(xiàn)。因此,我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)這方面的系統(tǒng)研究,為提高船舶設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率以及提升我國(guó)造船技術(shù)水平做出貢獻(xiàn)。
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