孔 寧，寧海燕，蔣艷會(huì)，王鵬宇

（1. 上海船舶工藝研究所，上海 200032；2. 上海申博信息系統(tǒng)工程有限公司，上海 200032；3. 船舶智能制造國(guó)家工程研究中心，上海 200032）

0 引言

大型郵輪和豪華客滾船的建造屬于系統(tǒng)工程，工程量大、施工周期長(zhǎng)、涉及環(huán)節(jié)多，包含焊接、涂裝、舾裝等多種特種作業(yè)。在舾裝和內(nèi)裝的過程中，可燃材料多，火災(zāi)荷載大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，作業(yè)場(chǎng)景多，施工人員多，現(xiàn)場(chǎng)施工難度大。各種安全隱患層出不窮，任何一個(gè)環(huán)節(jié)稍有疏忽，極易引發(fā)安全事故，進(jìn)而釀成大禍，造成慘重?fù)p失。近年來，國(guó)外發(fā)生過多起大型郵輪建造過程火災(zāi)事故，為避免發(fā)生類似悲劇，郵輪建造對(duì)船廠消防安全管理的要求越來越高[1]。

郵輪型客滾船是將郵輪和客滾船功能融為一體的豪華型船舶，其設(shè)計(jì)和建造過程集綠色、節(jié)能、環(huán)保、安全等要求于一體，在安全返港、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、噪聲控制、振動(dòng)控制、液化天然氣冷能利用、吊艙推進(jìn)安裝、內(nèi)部裝修、空調(diào)通風(fēng)、娛樂設(shè)備等方面均達(dá)到郵輪建造的標(biāo)準(zhǔn)。郵輪型客滾船建造過程與大型郵輪類似，面臨極大的消防安全管理風(fēng)險(xiǎn)[2]，迫切需要安防系統(tǒng)來保障郵輪型客滾船的安全建造。

1 需求分析

郵輪型客滾船總裝建造的安全管理需求主要包含火災(zāi)應(yīng)急告警、遠(yuǎn)程視頻巡檢、人員安全管理等3 個(gè)方面。根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)不同需求提出相應(yīng)解決辦法，見表1。

表1 郵輪型客滾船安防系統(tǒng)需求分類及解決方法

2 架構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)郵輪型客滾船建造安全管理需求分析的基礎(chǔ)之上，開展安防系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及架構(gòu)設(shè)計(jì)。安防系統(tǒng)主要包括消防告警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人員登輪系統(tǒng)等組成部分，需要明確各系統(tǒng)的設(shè)備組成及布網(wǎng)方案。

2.1 設(shè)備組成

1）消防告警系統(tǒng)

（1）遠(yuǎn)距離無線電（Long Range Radio，LoRa）通信網(wǎng)關(guān)：采用LoRa 傳輸協(xié)議，收集并處理LoRa終端設(shè)備傳回的數(shù)據(jù)[3]。根據(jù)覆蓋區(qū)域的需求，每層甲板分別在客滾船的前、中、后主豎區(qū)布置1 個(gè)LoRa 通信網(wǎng)關(guān)。

（2）煙感探頭：采用LoRa 傳輸協(xié)議，通過低功耗LoRa 芯片和智能微處理器對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行處理。當(dāng)檢測(cè)到可燃物產(chǎn)生的煙霧濃度值超出閾值時(shí)，煙感探頭會(huì)發(fā)出高分貝的告警聲，同時(shí)將告警信息發(fā)送至同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的LoRa 網(wǎng)關(guān)。煙感探頭主要布設(shè)在客滾船的公共區(qū)域、重點(diǎn)區(qū)域和過道。

（3）溫感探頭：采用LoRa 傳輸協(xié)議，在檢測(cè)到所處環(huán)境溫度超出閾值（54 ℃）后，溫感探頭會(huì)發(fā)出高分貝告警聲，同時(shí)將告警信息發(fā)送至同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的LoRa 網(wǎng)關(guān)。溫感探頭主要布設(shè)在客滾船的機(jī)艙區(qū)域和過道。

2）視頻監(jiān)控系統(tǒng)

采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭，配置網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)對(duì)前端視頻和圖像進(jìn)行存儲(chǔ)，管理人員和安保人員可遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)掌握各重要區(qū)域發(fā)生的情況。攝像頭主要布設(shè)在進(jìn)出口、主通道、公共區(qū)域主通道、車庫(kù)等區(qū)域。

3）人員登輪系統(tǒng)

在客滾船的出入口布置人臉識(shí)別擺閘，對(duì)登船、離船、船上施工人員的信息進(jìn)行管理。采用發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）單色屏顯示當(dāng)前船上人員數(shù)量以及實(shí)時(shí)出入人員信息。

4）消防預(yù)警物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)將服務(wù)器、LoRa 基站、各類傳感器和終端設(shè)備連接在一起，在此基礎(chǔ)上可進(jìn)行基站管理、數(shù)據(jù)分發(fā)、監(jiān)控設(shè)備、終端定位、應(yīng)用添加等具體應(yīng)用操作。

5）集成第三方系統(tǒng)

集成第三方系統(tǒng)與船廠人事系統(tǒng)和主數(shù)據(jù)系統(tǒng)間存在數(shù)據(jù)交換接口，將收集到的數(shù)據(jù)通過微信小程序、短信等平臺(tái)進(jìn)行發(fā)布。

郵輪型客滾船安防系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見表2。

表2 郵輪型客滾船安防系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

2.2 布網(wǎng)方案

綜合考慮信號(hào)覆蓋范圍、施工便利性和使用需求設(shè)計(jì)布網(wǎng)方案，采用有線+無線的布網(wǎng)模式，并將布網(wǎng)區(qū)域分為信息中心、值班室和船上區(qū)域，3個(gè)區(qū)域之間通過光纜連接。

1）信息中心

在信息中心設(shè)置核心交換機(jī)、服務(wù)器、監(jiān)控大屏，可對(duì)煙感溫感報(bào)警信息、攝像頭監(jiān)控信息、出入口人員信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2）現(xiàn)場(chǎng)值班室

在現(xiàn)場(chǎng)值班室設(shè)置匯聚交換機(jī)，可控制登離船人臉識(shí)別閘機(jī)和出入口智能識(shí)別攝像機(jī)。此外，現(xiàn)場(chǎng)值班室還設(shè)置有終端計(jì)算機(jī)，用于臨時(shí)人員登記和信息查詢，可查詢煙感、溫感、監(jiān)控等信息。

3）船上區(qū)域

在船上區(qū)域分區(qū)設(shè)置接入交換機(jī)。在重點(diǎn)區(qū)域布置若干LoRa 通信基站，在關(guān)鍵位置布設(shè)高清視頻攝像機(jī)，并通過網(wǎng)線連接到就近交換機(jī)。在船塢或碼頭進(jìn)出口處設(shè)置登離船人臉識(shí)別閘機(jī)，并通過網(wǎng)線連接到就近交換機(jī)。

郵輪型客滾船安全監(jiān)控系統(tǒng)布網(wǎng)方案見圖1。

圖1 郵輪型客滾船安全監(jiān)控系統(tǒng)布網(wǎng)方案

3 應(yīng)用過程及效果

某郵輪客滾船總長(zhǎng)226 m，型寬35 m，航速22.1 kn，配置雙燃料主機(jī)，采用電力推進(jìn)，艉部裝配2 臺(tái)吊艙推進(jìn)器。該船是一艘集運(yùn)輸、旅游、休閑、購(gòu)物等功能于一體的新一代郵輪型客滾船，1～2層甲板為機(jī)艙區(qū)，3～5 層甲板為旅游車庫(kù)及重載車庫(kù)區(qū)域，6～8 層甲板為乘客居住區(qū)，9～11 層甲板為乘客休閑、娛樂區(qū)，12～13 層甲板為上層建筑。以該船建造過程部署的智能安防系統(tǒng)為例，介紹其應(yīng)用過程及效果。

3.1 消防設(shè)備布置方案

客艙區(qū)煙感探頭布置情況見圖2。圖2 中，?代表煙感探頭，安裝間距為15 m。對(duì)于重點(diǎn)艙室、公共區(qū)域和過道，按需部署適量煙感探頭，并通過粘貼或綁扎的方式將探頭固定在壁板或管路上。

圖2 客艙區(qū)煙感探頭布置情況

機(jī)艙區(qū)的調(diào)試作業(yè)常產(chǎn)生煙霧，這往往會(huì)導(dǎo)致煙感探頭誤報(bào)，故建議在機(jī)艙區(qū)布置溫感探頭用于火災(zāi)監(jiān)測(cè)。溫感探頭一般布置在重要設(shè)備附近，以及調(diào)試任務(wù)重要區(qū)域。機(jī)艙區(qū)溫感探頭布置情況見圖3。圖3 中，?代表煙感探頭，安裝間距為10 m，并通過粘貼或綁扎的方式將探頭固定在壁板或管路上。本船共布置20 個(gè)LoRa 網(wǎng)關(guān)，400 個(gè)煙感探頭，50 個(gè)溫感探頭和65 個(gè)手動(dòng)報(bào)警器。

圖3 機(jī)艙區(qū)溫感探頭布置情況

3.2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及使用

在郵輪型客滾船的船塢總裝階段、碼頭調(diào)試與試航階段應(yīng)用了智能安防系統(tǒng)（見圖4），可實(shí)現(xiàn)對(duì)建造區(qū)域內(nèi)環(huán)境狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及人員安全管控，確保郵輪客滾船建造生產(chǎn)作業(yè)的安全、有序、高效開展，減輕安保人員人工巡檢的負(fù)擔(dān)。

圖4 智能安防系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置情況

4 結(jié)論

本文基于物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、云平臺(tái)等技術(shù)，提出一種具有消防預(yù)警提醒、環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)、人員動(dòng)態(tài)監(jiān)管等功能的智能安防系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)該系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，并對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行分析。研究表明：該系統(tǒng)可保障郵輪型客滾船建造過程的安全性，提高船廠安全生產(chǎn)水平，促進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。研究成果可為高附加值船舶的建造安全管理提供一定參考。