摘 要：传统的船舶照度计算方法无法考虑舱室内部设备及家具对照度产生的影响。HAB（WB）对船舶各处所照度要求具体，传统的计算方法难以满足要求，而应用于船舶照明布置设计的软件则有利于提高工作效率与质量。本文说明了GLAMOX公司研发的OptiWin 3D Pro三维可视化照明设计软件在船舶HAB（WB）照度计算中的应用。
关键词：照明设计；照度计算；配光曲线；HAB（WB）；工作船
1 引 言
船舶照明设计是船舶电气设计中不可缺少的重要部分。船舶照明设计包括详细设计和生产设计两大部分，详细设计是生产设计的基础，主要包括照明系统设计和照明布置设计两部分。HAB（WB）是由ABS-美国船级社近年来推出的一个针对工作船可居住性要求的入级符号，该入级符号对船舶的舒适性提出了明确的要求，从各方面改善船员的工作环境，包括居住舱室的人性化设计、振动级别、噪音级别、空调和通风的舒适性、照明照度共5个方面，HAB（WB）要求从设计和现场测量两个环节对这5个方面进行控制。
工作船主要指海洋平台支持船、消防船、拖带船等具有特殊功能和用途的船舶。其主要特点是内部结构复杂，走道宽度狭小，舱室内部设备多，内部舱室紧凑，照明环境复杂。工作船长期处于复杂恶劣的海洋环境中，因此其照明设计不仅需要满足工作区域人员安全高效工作的要求、生活区域的美观舒适，还涉及到船上人员紧急逃生等安全问题，因此一个科学的、美观的照明设计对工作船来说是至关重要。而HAB（WB）入级符号对工作船各处所的照度有明确而详细的规定，因此带有HAB（WB）入级符号船舶的照明设计与其它普通船舶相比有其特殊性和更高的要求，照明设计的工作量更大、更繁琐。传统的照明设计主要以手工计算为主，根据照度计算公式和生产厂家的配光曲线计算每个房间所需的照度，确定灯具的数量与类型，不仅工作量大，而且效率低、准确性差。随着计算机三维设计技术的发展，使用计算机进行照度计算，可以节省大量工作，提高工作效率和照度计算的准确性，满足入级符号的要求。Glamox公司的OptiWin 3D Pro软件主要对船舶和海洋平台进行照明设计，其功能齐全，可以直接调用CAD平面图形和三维立体图形进行照明设计，实时的显示区域照度值，生成计算报表。广新海工为某船东建造的70m AHTS就带有HAB（WB）入级符号，在进行照明设计时使用了软件进行模拟，取得较好效果。
2 规 范
船舶照度计算长期以来都没有得到各大船级社的重视，有较明确标准可查的仅GL-德国劳氏船级社，其它均是相关的工业标准如JIS和IES，除非建造规格书中有明确的照度要求，在现场检验时以主观判断为主。HAB（WB）对船舶各处所照度进行了明确规定，并要求在施工结束后由第三方认证机构编制照度测量计划，得到批准后按计划进行照度测量。表1是HABC（WB）与各主要标准中部分区域照度值的对比。
可以看出，HAB（WB）对船舶各处的照度不仅有详细的规定，而且要求的照度值普遍高于其它相关的工业标准。
3 应 用
OptiWin 3D Pro软件是一套用于复杂照明布置设计的三维可视化软件，拥有强大的数据库和详尽的功能，广泛的应用于各种船舶和海洋工程设施的照度计算中。下面从几个方面介绍该软件的使用。
3.1 照明灯具数据库
3. 2 软件照度计算理论依据
（1）评估照度计算
这种方法是基于设备利用率，用于计算必要的平均照度。房间内的灯具布置匀称均衡且在同一个高度上，适用于布置简单的房间照明灯具布置或者进行平面照明布置的灯具数量估算。
在照明布置图的初步设计阶段，可以使用这种照度计算方法初步确定每个房间灯具的数量与类型。
（2）三维物理计算
OptiWin 3D Pro是一套三维的可视化设计软件，软件具有复杂的数学模型。需要考虑房间内天花板、墙板与地板的反射系数、灯具的安装角度和位置、室内布置对灯光的阻挡等因素。软件的具体数学模型由于版权保护的原因而无法取得，但按此方法计算出来的数据较准确。
3. 3 实 例
在进行照明设计之前，需要掌握环境温度、照明区域、电压等级、照度标准、危险区域划分、设备布置等信息。根据这些信息确定灯具服务场所的条件，决定灯具的选择，如灯具防护等级、安装形式、光源类型、外形等。确认以上信息后就可以开始照明设计，手工计算方法主要是根据利用系数法或逐点法确定所需灯具数量，再做出大致的灯具布置图。计算参数繁多，公式复杂，不仅工作量大，而且计算结果是整个房间的平均照度，而房间内的实体障碍物根本没有考虑，计算结果相对来说不够准确。OptiWin 3D Pro以三维模型为对象，实时计算和显示灯具在三维空间中的布置和照度值，可以精确的计算出舱室内部各处的照度值。
图2所示为CAD设计的典型舱室照明布置图，可以看到图中已经初步选定了灯具的型号和规格，我们只需要根据初步布置图计算照度，以校对布置是否满足HAB（WB）对照度的要求。
OptiWin 3D Pro是三维设计软件，对平面布置也可以估计照度，但不准确。为了精确的计算照度，我们利用放样时生成的三维模形来进行照度计算。在主界面中设置了工程信息之后，就可以进行舱室参数的输入。
可直接将三维模型导入到软件中，在软件中只需要设置房间规格，房间内部的家具不作任何改变。图3为导入的三维模型经过模拟之后的舱室：
在模拟的过程中按照明布置的要求选择的灯具为Glamox公司的荧光蓬顶灯DLT RT300 218 FR2 Flux=2700 Lux。经过模拟，在距离地面以上800 mm的地方，照度数据基本满足HAB（WB）要求的船员舱室通用照明150Lux。
在进行照度计算过程中，灯具的最终位置并不是由软件来确定的，软件只是按照公式自动生成一个灯具初步布置，有可能按此布置计算出来的数据并不是希望的，因此灯具的实际位置和方向需要手工进行调整，并经过多次计算，得到一个最佳布置，软件也提供了各种灯具布置工具。
3.4 应急照明
照明系统主要包括了主照明和应急照明两部分，应急照明又包括了主应急照明和小临时应急照明系统。主应急照明可以作为主照明的一部分，一般根据船舶配置的不同，只需要一种应急照明系统即可。在部分要求较高的船舶上，同时配备了这两套应急照明系统。按照规范的要求，应急照明用于紧急逃生的情况，工作人员能够快速安全的逃离危险区域。本文只考虑主照明的计算，即包括了主照明和主应急照明系统的总照度。如果船东对应急照明的照度有特殊要求，本软件也可以单独对应急照明系统进行照明计算，为人员的撤离和工程人员的检修提供有力的数据支持。
4 结 语
随着陆上油气资源的减少，海洋油气工程正在迅速的发展。而用于向海洋油气工程设施提供辅助工作的带有拖带、消防、供给、锚作、浮油回收、救助等功能的平台工作船的数量必将增加，平台工作船的主要特点是空间小、设备多、远离陆地、工作环境恶劣，将有更多的工作船申请HAB（WB）入级符号。因此如何提高设计质量和生产效率，缩短建造周期，并满足相关规范的要求，已成为各大船厂关注的问题。OptiWin 3D Pro可视化照明设计软件，为照明系统的设计提供了完备的计算环境，计算结果准确，提高了照明设计的精度，缩短了建造周期。
参考文献
[1] 《ABS Guide for Crew Habitability on WorkBoat》2012
[2] 《船舶设计实用手册》2007
[3] CB/T3485-1993《船舶舱室照度计算与测量方法》
[4] ISO 8995：2002《Principles of visual ergonomics-The lighting of indoor work systems》
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