船舶综合桥楼设计及主要设备配置

2018-02-28王有利

船舶标准化工程师 2018年1期

王有利，牟林

0 引言

本文介绍的113 000 t原油/成品油轮主要用于海上运输原油以及成品油，由大连中远船务为希腊船东建造的阿芙拉型（AFRAMAX）大型油轮，可以停靠北美大部分港口的经济型油轮，入LR船级社，挂巴拿马旗，航行于全球航线。该油船航行和无线电设备满足SOLAS公约第4章和第5章对于A1、A2、A3海区航行船只的要求及其他最新要求，满足IMO GMDSS要求，以及满足LR NAV1要求。

综合桥楼系统设计随着电子科技的发展，集成度和准确性得到广泛提高，同时各船级社对综合桥楼设计的定义也在与时俱进，各设备厂家也根据电子设备的发展对各自产品不断推陈出新。

本文着重从船级社对综合桥楼系统设计的主要要求，以及本船设备配置情况，简要分析船舶综合桥楼系统设计的主要特点，以及对未来该系统应用的展望。

1 船舶综合桥楼系统简介

综合桥楼系统[1-2]（integrated bridge system），又称为综合航行系统，是指在船舶驾驶室进行决策和操作，对在驾驶室里的导航、控制、雷达、电子海图等设备进行系统设计，通过主数据接口，应用网络连接各导航，控制、雷达、海图和报警等设备信号信息，利用计算机、现代控制理论、信息通讯与处理等技术集合而成的多功能集成电子系统。一名值班人员（one single watch-keeper）在驾驶室借助综合桥楼系统就可以完成航行任务，对整个船舶进行监测操控，因此综合桥楼系统又可以称为一人桥楼。

综合桥楼系统具有船舶航行信息的网络集约化、信息共享化、航行决策及信息智能化等特点，可以对航行中的船舶进行工况监测、航迹规划管理、自动导航、自动避碰、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、主机转速、外界风速风向等信号，借助电子海图、雷达、主机遥控、自动舵等自动完成航行计划，实现自动驾驶船舶功能。以最少的人力，最低的燃料消耗，最便捷的方式来实现船舶航行的高度自动化，提高船舶航行的经济性，安全性和智能化。

组成综合桥楼系统的主要设备有：电子海图显示与信息系统（ECDIS）、雷达（X波段和S波段）、自动舵控制系统、罗经系统、全球定位系统、测深与计程系统、桥楼值班报警系统、主机遥控系统、风速风向测量系统、自动识别系统等，以及由这些设备所构成的信息指挥控制工作站、航迹规划控制工作站、航行监控和操纵控制工作站、船舶安全中心、无线电通信中心、两翼控制工作站、手动操舵站等。

该系统的工作原理是通过中央处理接口单元，完成对各种航行信号和外部信号数据的采集，提供给电子海图和雷达系统中央处理器单元，采集到的信号数据经过与预先设定航行规划的数据进行比对，从而通过现代控制理论来控制船舶的航行状态。

2 船级社对综合桥楼系统设计要求

随着综合桥楼系统设计的普遍应用，以及电子信息和网络的快速发展，国际海事组织（IMO）以及国际标准化组织（ISO）亦愈来愈重视对该系统进行规范指导，与之相关的各种规范决议等不断完善更新。本文将着重从系统设计要求和主要设备配置的角度来探讨船级社对船舶综合桥楼系统设计的要求。

2.1 主要船级社入级符号

目前世界主要船级社对综合桥楼系统都给出了自己的附加船级符号，主要有：

挪威船级社（DNV）：NAV-OC；NAV-AW。

英国船级社（LR）：NAV1；IBS。

美国船级社（ABS）：NBLES；NIBS。

中国船级社（CCS）：OMBO。

后面的符号比前面的等级高，比如 DNV NAV-AW 要满足在狭窄的沿海或港口海域，而NAV-OC则是正常宽广海域。以下将重点分析研究英国船级社和挪威船级社入级要求。

2.2 主要入级要求

各船级社对综合桥楼系统的要求基本大同小异，都是基于国际海事组织和国际标准化组织相关要求和指导性文件来制定的。但是略有差异。

2.2.1 系统设计总要求[3-4]

综合桥楼的系统设计应该满足一个值守人员在正常航行情况下不借助别人帮助来完成航行任务。值守人员应该能通过正常的瞭望和视听以及其他适当的方式，对船舶避碰，触礁等威胁船舶航行安全的危险能够提前进行充分的形势预判。系统设计应达到如下目标：

1）包括引航员在内的驾驶室工作团队对形势的全面预判和安全驾驶等任务操作要便利；

2）促进有效的和安全的桥楼资源管理；

3）要能使驾驶团队快速连续有效地进行信息处理和决策；

4）避免和降低额外的或无效的工作，以免影响驾驶团队由于疲劳而导致的注意力不集中；

5）满足 SOLAS要求、国际避碰规则（COLREGS）、International Convention on Standards of Training, Certification and Watch-keeping for Seafarers (as amended).

2.2.2 对驾驶室布置和环境的要求[5]

综合桥楼对整体驾驶室布置有很严格的要求。首先，视野的要求：在任何情况下，在指挥部位向船首方向左右10°的海平面视野，在两倍船长或500 m（取小）以外，不应受到阻挡。观察者在驾驶室走动能获得360°视野。其次，窗的要求：船中心线前面的窗应尽可能宽，前两窗之间分隔不应超过150 mm。全部窗户应前倾不小于 15°，两翼门上的窗除外。前窗下沿距离甲板尽可能低（不大于1 000 mm），上沿距离甲板尽可能高（不小于2 000 mm）。然后，对通道的要求：驾驶室两翼之间驾驶室内通道宽度至少1 200 mm，不同工作台之间通道宽度至少700 mm，驾驶室前壁距离驾控台通道宽度1 000 mm，工作台的顶端高度不应超过1 350 mm，单人操作的工作台宽度不应超过1 600 mm。驾驶室的门应能用一只手开关，不要设置成自闭式，要有保持常开设施。另外，对驾驶室内工作环境的噪声、振动、照明、颜色、取暖通风和人身安全等也有相关要求。

2.3 主要设备要求异同分析

综合桥楼系统的设备配置主要是根据6大工作站的功能要求而设置。各船级社对工作站功能要求有略微差别，这样每个工作站设备配置与位置也略有差别。同时，根据综合桥楼系统的等级，同一船级社对设备的要求也有差异。比如在航行监控和操纵控制工作站，挪威船级社要求有2台电罗经，而英国船级社根据综合桥楼附加船级符号的高低不同而配置2台或1台电罗经。操纵指挥显示器（conning display），挪威船级社和英国船级社在最高等级的要求中均需要配置，低等级的不需要配置。电子海图，一般情况下，均需配置2台电子海图系统。以及对水对地计程仪、2套全球定位系统、桥楼值班报警系统、桥楼报警系统、2套雷达系统、声音接收系统等主要设备均需要在综合桥楼系统中配置。

3 本船主要设备配置

本船满足英国船级社LR NAV1要求，虽然不是最高等级的入级符号（IBS）要求，但是主要设备配置均满足最高等级要求。

3.1 驾控台主要设备配置

该油船综合桥楼系统的驾控台布置见图1。

图1 主驾控台布置

驾控台台面从左之右依次为 2号电子海图（No.2 ECDIS），S波段雷达（S-band radar），综合导航信息显示单元（conning display），X波段雷达（X-band radar)，1号电子海图（No.1 ECDIS），以及相关设备操作键盘和轨迹球等，中间属于主操纵驾驶工作站，主要放置自动舵操舵相关主控制板、主机遥控板等，每个台子内部每个系统自带接口单元（IF），通过接口单元（IF），把海图和雷达连接组成局域网（LAN），通过各采集模块把采集进来的位置、速度、航向、风速风向、主机转速等信息在局域网内数据共享，然后再通过局域网传感器开关单元与外界进行数据信息的共享。同时雷达图像和海图数据库之间也可以实现共享，这样就把航行规划、避碰、指挥控制监测、通信等通过网络形成了一个有机整体，高级别的综合桥楼系统要有双套冗余网络，以保证一个网络故障时另一个网络可以正常工作。这样，主操作工作站作为发出任务指令（操舵等）的唯一机构，其他工作站通过局域网分享航行数据，以及数据的同步更新。

3.2 其他主要设备配置

该船配有2套电罗经，高于LR NAV1要求。配置了独立的满足LR规范要求的远距离识别系统（LRIT）。为满足海安会MSC.334(90)要求，配置1套卫星计程仪和1套多普勒计程仪。桥楼报警系统（bridge alarm system）和桥楼值班报警系统（bridge navigation watching alarm system），且桥楼报警要延伸到桥楼值班报警系统。

另外，该船为满足船东特殊要求，每台雷达和海图配备1套2.2 kVA不间断电源（UPS），同时测深和计程仪24 V电源加大容量，以满足220 V断电后继续工作30分钟的需求。为满足船东后期转挂旗国要求，该船中高频（MF/HF）配备两套充电器和两个鞭状天线，部分通导设备要提供欧盟证书。

4 综合桥楼系统应用前景

综合桥楼系统的核心是电子海图等电子信息技术的发展与应用。从上世纪90年代开始发展起来，国际上各大通信导航生产商在该领域展开了激烈的竞争，美国和日本开发了具有通信功能和人工智能的综合桥楼系统，2004年Sperry公司推出FT版综合桥楼系统，将最新的海事导航技术和原有的航行传感器和导航系统结合起来，其核心技术是该公司开发的航行管理系统 VMS（voyage management system），通过VMS实现各信息数据的共享。随着新技术和新材料的广泛应用，电子信息技术和网络技术的发展必将带动硬件设备飞速发展。

其次，电子海图（ENC）数据库相关软件系统，尤其矢量化海图开发和应用，随着科技手段的进步，必将越来越完善。

最后，随着船员素质的提高，以及船东公司从成本角度考虑，综合桥楼系统可以大大减少船舶航行时船员的工作量，可以通过智能化系统提高航行安全性，因此，综合桥楼系统越来越受到船公司和船员的欢迎。