舷灯布置分析及专利应用

徐德涛 姜 伟

（上海船舶研究设计院，上海201203）

0 前言

舷灯是船舶航行时必备的声光信号设备。规范对于舷灯的技术参数和布置形式都有严格的要求。随着船舶的逐步大型化、多用途化、载重量最大化等发展趋势，舷灯的布置也面临着越来越多的困难。

本文针对各种大型、超大型运输船上舷灯无法作常规布置的问题，选取部分典型案例予以分析，并探讨新型专利“一种可以伸出舷外的新型舷灯箱结构”的应用前景。

1 规范中对于舷灯布置的要求

舷灯的基本要求，都出自《1972年国际海上避碰规则》（COLREG 1972）。在 COLREG 1972（2001 年修订版）中，舷灯的定义为：“舷灯”是指右舷的绿灯和左舷的红灯，各在112.5°的水平弧内显示不间断的灯光，其装置要使灯光从船的正前方到各自一舷的正横后22.5°内分别显示。长度小于20 m的船舶，其舷灯可以合并成一盏，装设于船舶首尾中心线上。

此外，COLREG 1972（2001年修订版）中对于舷灯本身及布置位置还有更详细的技术要求：

■本规则条款规定的号灯，应具有本规则附录一第8节规定的发光强度，以便在下列最小距离上能被看到：

1）长度为50 m或50 m以上的船舶：

——舷灯，3 n mile；

2）长度为12 m或12 m以上但小于50 m的船舶：

——舷灯，2 n mile；

3）长度为12 m以下的船舶：

——舷灯，1 n mile

（COLREG 1972，附录 22）

■机动船的舷灯安置在船体以上的高度，应不超过前桅灯高度的四分之三。这些舷灯不应低到受甲板灯光的干扰。

（COLREG 1972，附录一，第二条第七款）

■长度为20 m或20 m以上的机动船，舷灯不应安置在前桅灯的前面。这些舷灯应安置在舷侧或接近舷侧处。

（COLREG 1972，附录一，第三条第二款）

■船上所装的舷灯，在朝前的方向上，应显示最低要求的发光强度，发光强度在规定光弧外的1°～3°之间，应减弱以达到切实断光。

（COLREG1972，附录一，第九条第一款第1项）

以上这些内容，构成了规范对于常规运输船舷灯的基本要求。

2 舷灯的作用

舷灯的设置是左舷为红灯，右舷为绿灯，在视线不理想的情况下，可提供给足够的信息，以避免与其他船只碰撞。当一船看见他船在正前方或接近正前方，并且，在夜间能看见他船的前后桅灯成一直线或接近一直线和（或）两盏舷灯，则说明两船处于相遇状态［1］（第二章第二节第十四条，2）；当看见他船一盏舷侧的红灯或绿灯，并且首尾桅灯分别在两侧，则说明两船航线处于交叉状态；当一船仅看见他船一盏桅灯而未见舷灯，那么说明两船处于追逐状态。由此可见，灯光信号对于船员判断他船航向，起着非常重要的作用。

舷灯箱作为舷灯的收纳和保护装置，其形式和位置是否合适对舷灯能否发挥作用起决定性作用。如果舷灯被遮挡，就会传达错误的航行信息，使船员无法正确判断对方船舶的航行状态，造成航行事故的发生。

除了标示航向外，舷灯还兼具示宽作用，因此COLREG要求舷灯应安置在舷侧或接近舷侧处。试想，当两船在狭窄航行区域相遇，如果舷灯不能表示最大船宽，那么很有可能造成两船碰擦，甚至相撞，后果非常严重。

3 实例分析

图1 57000DWT散货船舷灯布置方案

综合COLREG中的各项要求考虑，一般情况下舷灯都是布置在上建区域。利用上建层高的优势，不但可以避开甲板面灯光影响，同时也方便维修。图1是57 000 DWT散货船的舷灯布置方案。从图1中可以看出，设计师很好地利用了上建结构，将舷灯布置在桥翼两侧。不仅节省了空间，而且看起来也非常美观。

对于上建在尾部的运输船舶来说，这种方案是舷灯布置的首选方案。但是货舱区影响舷灯布置的不利因素很多，并不是所有船都能够采用这种理想的布置方案。下面我们进行具体分析。

3.1 主尺度因素影响舷灯布置

3.1.1 问题现象及造成原因

由主尺度因素造成舷灯布置困难的问题多出现在大型/超大型散货船、油船、矿砂船等甲板面空旷的船型上。其舷灯的遮挡问题主要是由船长、船宽、上建高度、前桅高度、尾倾状态等综合因素造成的。通过64 000 DWT散货船的布置方案，进一步分析主尺度因素对于船舶舷灯布置的影响。

对于大灵便型或超灵便型散货船来说，桥楼两翼下是舷灯的最佳布置位置，如图1所示位置。这个位置结构强度大、不利光源少、遮蔽物少、易于维修、不会对其他设备造成影响，最重要的是这个位置满足最大船宽要求。64 000 DWT上建区域内，除了驾驶甲板两翼，就只有A甲板可以达到最大船宽。舷灯的安装位置要么在A甲板，也就是距离上甲板3 850 mm高度；要么在桥楼甲板两翼，也就是距离上甲板13300mm的位置。桥楼甲板的高度定位主要出于对视线要求的考虑。64 000DWT散货船的前桅灯高度为14 937 mm，其四分之三高度为11 202 mm，远低于桥楼甲板高度。所以该船不可能借鉴图1中57 000 DWT散货船的布置方式，只能放置于A甲板，而不能将舷灯布置在最佳位置。从图2中可以看出，在极度尾倾状态下，舷灯灯光完全被上甲板遮挡，不能满足在1 000 m外可视要求［2］。

图2 最不利尾倾状态下舷灯光线遮蔽示意图

3.1.2 可考虑的解决方案

1）抬高舷灯在A甲板高度。在舷灯箱下增加一个2 500 mm高的架子。增加高度后，舷灯刚好可以在极度尾倾状态下1000m外可视，不被上甲板或首楼遮挡。

虽然这种方式解决了舷灯遮蔽问题，但由于舷灯布置在救助艇前方，舷灯架距离救助艇距离非常近。首倾状态下释放救助艇时，很容易造成二者相撞，并且增加支架后对船体外观也造成了一定影响。

图3 舷灯增加架子后光线遮蔽示意图

2）舷灯布置在桥翼下。在64 000 DWT散货船上采用这种设计方案的比较少。为满足规范要求，需要同时增加前桅高度以保证舷灯高度不超过前桅灯高度的四分之三。这样会造成钢料重量的增加，而且还有可能带来无法克服的前桅振动问题。所以，到目前为止只有一家船厂采用这种改进措施。

3） 其他方案。增加B甲板或C甲板至最大船宽，在增加区域布置舷灯。这种方案虽然可以满足要求，但是重量增加太多，并且影响其他设备布置，最终没有被采纳。

3.2 集装箱遮蔽问题

3.2.1 问题现象及造成原因

舷灯遮蔽的现象在箱船布置中尤为突出，基本上每一艘大型的箱船或者多用途船都会遇到类似问题。造成这一现象的主要原因是其载货形式。

箱船要想增加载货量，就要尽可能地利用空间以提高装箱量。一般来说箱船的最大船宽，都是集装箱宽度的整数倍，不会留出空余空间。

图4是3 500 TEU集装箱船的上甲板布置图。可以看到，集装箱已经占满甲板每一寸空间，即使舷灯布置在最大船宽处，也会被箱子挡住，不能满足规范对于舷灯灯光向内1°～3°的要求。可以说箱船的舷灯布置，对每一个舾装工程师来说都是一个无法回避的难题。

图4 3500TEU集装箱船示意图

3.2.2 解决方案

目前箱船的解决方案基本上都是布置两套舷灯，如图5所示。上建位置布置一套，船首位置尽量靠近最大船宽的空旷区域再布置另外一套。这种方式虽然可以满足规范要求，但是对于箱船这种甲板面利用率极高的船型来说，会占用本来就不多的首楼甲板空间，对系泊布置造成很大压力。此外，增加一套舷灯设备也会增加建造成本，降低船厂的利润。

图5 3500TEU集装箱船舷灯布置方案

通常集装箱船都“偏瘦”，首部线形收缩幅度很大。所以，并不是每一艘集装箱船都能有这样一个位置，既满足规范对于光线的要求又能保证舷灯安全。很多时候，舷灯都是暴露在首部较空旷区域，很容易被首部上浪损坏。

4 “一种可以伸出舷外的新型舷灯箱结构”实用新型专利

针对前面所阐述的问题，我们提出了一种可以移动式的舷灯箱，既可满足航行状态下避碰及示宽的作用，又可以满足在船闸或其他限宽状态下通行的要求。通过对规范的解读，我们了解到，COLREG及相关规范对于舷灯是否超出最大船宽，并没有严格的要求。于是“一种可以伸出舷外的新型舷灯箱结构”的实用新型专利技术应运而生。可伸出舷外的新型舷灯箱结构，其主要的技术难点是使舷灯箱可以伸出舷外。

首先，要方便收放。出于海上潮湿、盐分较大的情况考虑，舷灯箱基本都是偏向坚固牢靠的方向设计，所以灯箱本身的自重很大，150 kg左右。因此收放设备的设计一定要轻巧，以便于船员进行收放操作，最好可实现一人操作。

其次，要考虑舷灯箱推出舷外后的结构强度。通常情况下舷灯箱都是放置于上建区域内，由于主机就在上建下方，所以这一区域的振动相对较大。另外，舷灯箱的安装位置基本都是在结构强度相对较弱的甲板边缘区域，所以舷灯箱在伸出舷侧之后可能会产生较大的振动。如果强度不够，可能会造成舷灯箱的大幅振动，造成灯箱脱落，发生意外。

出于大风浪等复杂海况的考虑，收放装置要结构简单，可以长期反复使用。对于维护、维修方面也需要遵循简单易行的原则。由于海上环境潮湿，并且盐度大，很容易造成铁质构件锈蚀。如果采用非常精巧的设计，那么对于构件间的配合要求较高。一旦构件被锈蚀，势必造成构件间的配合产生问题，造成收放机构失效。

最后，要考虑到设备的经济性，成本不能过高。如果采用高级材质（不锈钢或铝合金），或者复杂结构（如液压、电动等辅助伸缩设备），对相对于普通舷灯的建造成本来说会提高很多。

从以上四个方面来看，对于可以伸出舷外的装置部分的要求非常高。结构坚固、操作便捷、构造简单、经济实用这四个方面是相互制约的，需要相互平衡，找到最佳的方案。综合以上几点考虑，可以采用以下几种简单易行的方式。可以伸出舷外的新型舷灯箱结构从操作方式上可以分为人力操作方式、电动操作方式、液压操作方式、气压操作方式等。从机构形式上可以分为导轨滑动方式（如图6所示）、齿轮传动方式（如图7所示）、吊架侧旋方式、倒臂式（如图8所示）、旋转连杆式（如图9）等。可以伸出舷外的新型舷灯箱结构方案可以有很多种，类似的方式只要能够做到使舷灯箱从舷内伸出舷外的装置，都在本专利范围内。

图6 导轨滑动方式

图7 齿轮传动方式

图8 倒臂式

图9 7800DWT多用途船舷灯

5 专利应用

5.1 实船应用

图9是7 800 DWT多用途船，这艘船实际运用了可伸缩式舷灯这一专利，从而很好地解决了舷灯遮蔽问题。从图9可以看出，这一方案是通过旋转连杆机构来实现舷灯伸缩目的的。连杆一端用螺栓固定在甲板上，并可绕螺栓自由旋转；另一端以同样的方式固定在舷灯箱底部，同样可以绕螺栓旋转。使用时，推动舷灯箱，绕连杆机构旋出舷外，并将舷灯箱用螺栓连接在角钢上，以达到固定舷灯箱的目的。

5.2 优化改进

目前，针对64 000 DWT散货船提出了新改进方案（如图10所示）。优化方案在移动装置下增加了一根斜撑，以增加整个结构形式的强度，防止振动过大。为64 000 DWT散货船提供的改进方案，进一步优化了专利的细节。虽然这一方案目前尚未被实船采用，但是通过在三维模型中的布置，对于超大型的运输船也同样适用。假设将该方案应用在400 000DWT矿砂船上，会有很好的效果。

图10 64000DWT散货船伸缩式舷灯方案

图11 400000DWT矿砂船舷灯布置示意

图11是400 000 DWT超大型矿砂船的舷灯布置示意图。该船长360 m，宽65 m，可谓是“海上巨无霸”。从图11中可以看出，该船第七货舱已经处于尾部线形收缩区域内，所以只有将舷灯布置在货舱区域，才能保证接近最大船宽。这艘船总长360 m，即使是将舷灯布置在船中，到首部仍有将近200 m的距离。要满足规范关于尾倾状态下1 000 m外可视的要求，其支架高度需要达到6 m以上。这种方案的可行性很低。

目前采取的方案是将舷灯布置在上建区域，利用支架达到B甲板高度。但是，由于很难达到舷灯接近最大船宽及1 000 m外可视的要求，向船级社申请了豁免。如果采用本专利技术，利用图10所示的布置形式，所有的问题都能迎刃而解。对比这种申请豁免的设计方案，在保证船舶安全性方面，有了显著的提高。

移动式舷灯对于甲板机械数量多、体积大的自卸船、工程船、多用途船也同样适用，在这里不一一枚举。这种布置方式，可以应用于各种船型，解决所有的舷灯遮蔽问题。

6 结语

舷灯是船舶航行的辅助工具，COLREG避碰规则规定其为在航机动船四盏必备灯光之一。舷灯不会影响整艘船的航速、载货量，但却是船舶安全航行的保障。但是在方案设计和初步设计阶段，并不会过多考虑舷灯是否方便布置，毕竟运输船舶仍然是以载货量、航速、油耗等作为优先考虑的因素。因此，我们致力于不断的改进舷灯的布置形式，力求在主尺度不匹配、货物遮蔽、机械设备遮蔽等各种不利因素的影响下，仍然能够满足规范要求。在总结了大量船型遇到的问题后，逐步开拓思路，研究规范，最终研发了这种可移动式舷灯。目前，本专利已得到国家知识产权局授权（见图12）。

船舶行业发展日新月异，各种大型、超大型、多用途、多设备的船型也层出不穷。船舶行业在不断的打破以往的束缚，那么新的配套设备也要同步发展。我们对于舷灯所做的修改并不是颠覆性的，但是可以解决的问题却很广泛。从可操作性和经济性两方面考虑，都是不错的选择。对于未来的应用前景，还需要大量的实践来予以验证，这也是每一项专利从研发到成熟的必经之路。目前我们正在针对以往的问题船型进行方案改进，首先在理论上验证方案的可行性，时机成熟时就可以推向市场。创新并不一定是颠覆性的设计；从基础做起，以最小的变动，带来最大的收益。

图12 实用新型专利证书

［1］Convention on the International Regulations for Preventing Collisionsat Sea，1972［S］.

［2］IMO/SUB-COMMITTEEONSAFETYOFNAVIGTION 57th session，Agenda item10［S］.