救援车辆造型设计与功能研究

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摘要：为了适应现代化抢险救援和单车作战能力的需求，探究救援车造型设计和系统功能的科学性。从工业设计的视角切入，分析了救援车成员室造型和结构的关键技术以及方法，总结了救援车设计的原则、造型结构设计、系统功能三个方面。使救援车的设计更好地适应现代化抢险救援，结合当下设计现状，并对未来抢险救援车辆的设计趋势提出了设计构想。该方法为抢险救援车的设计及创新研发提供了参考。

关键词：应急救援车;造型设计;系统功能设计

应急抢险救援车辆是主要装备抢险救援器材、随车吊或具有起吊功能的随车叉车、绞盘和照明系统，用于在灾害现场实施抢险救援的消防车[1]。主要应用于紧急情况下，例如在特种作业事故、公共交通事故和灾害应急救援时使用的专用车辆。中国是一个地域广阔、复杂的地理和气候条件并存的地震灾害多发国家。随着现代经济的飞速发展，高科技和信息产业带来了新的发展机遇和生存空间的同时，也给国家和个人带来了新的安全风险。单位面积上的资产密度增加，因而灾害造成的经济损失呈上升趋势，同时各类突发自然灾害、公共交通事故和社会生产事故的发生率一直在上升。由于自然环境恶化，极端天气现象变得更加频繁，森林火灾，洪水，泥石流等灾害屡见不鲜。在中国共产党第全国代表大会上的报告中，强调，要完善公共保障体系，全面提高我国的综合防灾，减灾和救灾能力。应急抢险救援车辆作为突发灾害救援过程中的重要一环，为了更好地适应经济社会发展的需求，也要做出相应设计改进。

一、抢险救援车设计原则

抢险救援车主要是由绞盘、驾乘人员坐舱、照明系统、承载底盘、救援装备储备柜、随车起重吊和抢险救援器材构成的，以我国国产由德国曼恩汽车公司的底盘为基础改制的多功能抢险救援车为例，如图1所示。考虑到实际使用救援车的真实情况，在符合总体设计要求的基础上，内部设备布置应当合理，以确保救援车取拿工具方便，使用可靠，易于维护。确定救援车的整车设计合理的原则是：整车结构简单，运行安全可靠，使用维修便利。（一）实用性设计原则：车辆的实用性值指的是救援车自身所具备的功能，应急抢险救援车存在并发挥作用的主要原因。实用性原则也是现代应急抢险救援车设计的基本要求，是现代全地形应急抢险救援车功能性的集中体现。如何做到现代全地形抢险救援车的实用性原则，可以简单理解为以下几个方面：1.合理完善的工作范围：对于现代应急抢险救援车而言，在地震灾区执行各项救援人员运输、救援装备承载、伤员抢运以及能源供给是其最主要的工作范围。应急抢险救援车车身所具备的所独有的使用性能要求以及使用环境的要求，决定了现代应急抢险救援车的设计必须满足一定的技术要求，同时不会给车辆性能、结构以及维修等的实现带来困难，因此根据现有的工艺装配水准，进行合理而完善的设计。2.安全可靠的工作性能：随着交通环境的日益复杂，对于车辆设计的安全性考量水准愈加严格。车辆的安全性可以分为两个方面，一是车辆自身或主动安全性，二是车辆被动的安全性。主动安全性主要是指车辆在设计之初需要考虑到如何主动避免其发生事故的性能，其中包括有效视野的保障、舒适稳定的工作环境等；而被动安全性能则是指如若发生交通事故，车辆可以尽可能地减少事故对车辆和乘员伤害的性能。在现代应急抢险救援车作为一个先现代的特种交通工具，既需要考量造型上的庄严感、稳定感以及安全感，又需要在保证车体在常规载荷情况下的结构安全性和有效性，使现代应急抢险救援车的造型与其所具有的工作性能相适应。3.方便舒适的使用性能：车辆性能的完全发挥不完全取决于车辆自身的功能性，还取决于车辆与其使用者，也就是救援人员使用时能否达到很好的适配性。现代应急抢险救援车在设计时，需要做到车身以及室内的设计和布置要满足良好的人机工程需求，救援人员在使用时可以感受到操作便利、乘坐舒适、行驶稳定。尽最大可能保障车辆车体的各个造型、局部细节、部件结构符合“人”因素的吻合程度，最大限度地减少使用人员因不良设计而导致不必要的姿态调整，降低出错率，做到抢险救援车和救援人员的完美融合。（二）美观性设计原则：抢险救援车作为工业产品同时又具有艺术品的特性，造型需要做到美观，不仅包括车体结构、形式、比例以及尺寸上的均衡美，还要考虑整体和细节的材质、色彩等的美观、新颖且具有极强的时代感。（三）以人为本的原则：以人为本的设计原则其提供了一种以救援人员为核心的设计观点，同时可以被认为是不同设计过程的交叉综合。无论是哪一种设计过程或者说是设计责任和设计任务的分配方式，”以人为本”的设计方法都包含以下几个原则：1.充分调研抢险救援车辆使用人员的使用需求，明确理解救援操作的具体任务。在救援车辆设计调研过程中，救援人员作为应急抢险救援车辆的最主要使用者，可以提供最为有价值的用户意见信息。恰恰是这些信息和应急抢险救援车的设计目标有着千丝万缕的紧密联系，救援人员也可以从中了解到未来救援车辆和系统。增加救援车产品研发企业和救援车辆使用者的交流，可以使其更加了解救援车辆的未来使用者的实际状况，更加深入理解救援人员在执行救援任务操作时的具体需求。在设计特种救援车辆的和使用人员所需要的特殊功能时，使用人员的建议或诉求参与到设计的过程中是十分必要的，虽然通过实地调研、发放问卷等形式无法轻易达到总体灾害施救参与者能够提供反馈信息的人群数量，但是也能够提供相对数量的反馈，可以用于测试已具有的设计是否可行的过程。2.合理分配救援人员和车载救援功能技术的分配。“以人为本”的设计理念其中最重要的一条原则就是：如何能够更好地解决使用者和车辆功能之间的分配的矛盾。这项原则决定了哪些救援技术功能应由操作人员来完成，哪些功能的功效发挥只能由技术来完成。这样的设计方法决策可以完成对于具体某一项的救援功能或责任是有全自动操作完成还是必须需要人来操作或协助完成。这一设计方法的决策依据的因素有很多，例如救援人员的相关操作执行的能力、救援行为的速度、救援行为的精确性、反应能力以及救援车辆技术的可靠性，使用者能否及时或者成功完成任务的能力，以及救援人员安全性上的比较。然而这些因素之间的分配组合不是简单地被用来决策哪些工作交由救援车的功能或技术能够完成，将剩余的工作交给救援人员来操作，而是应当根据救援工作的复杂程度来完成系统的任务分配，救援人员的主要任务是完成这一系列程序和动作。二、我国应急抢险救援车辆的设计现状随着近年来我国对综合防灾救灾能力的重视程度逐步增加，国内消防应急救援车辆得到了突飞猛进的发展，但相比发达国家完善的救援装备体系而言，我国应急救援车辆在技术水平和设计合理性等方面存在一定差距。国内应急救援车辆普遍存在一些不足之处，如功能单一，体积过大，集成化程度较低，通过性差等问题。目前，在消防车领域没有一款集成绞盘、底盘升高或门式车桥、起重机、照明系统和叉车于一体应对各种地质灾害，如在山区地震、山体滑坡、洪涝等地质灾害、恶劣气候条件下抢险救援的专业车辆设备。国内消防车改装厂家有一些类似的产品，但他们的产品大多是简单的配置形式，配备了大量的救援抢险设备和手持器材，而忽略了大吨位的应急救援设备。目前，在我国还没有集成式方舱，并且具有强大的牵引能力、大型起重机、高涉水能力、全地形以及高机动等功能的大型抢险救援车辆。现阶段我国鼓励应急救援装备生产，但是每个厂家所生产的车辆单一，缺少系列化，且车辆功能较少，集成化程度低，设计散乱，并没有最大化地体现出救援车辆的功能性和实效性。

三、形式美则在救援车造型设计中的探究

（一）车身造型的整体与变化。1.整体：整体与变化是形式美则中最基本的法则之一，对于救援车的造型设计具有导向性作用。尽管应急抢险救援车由无数的局部零部件、救援装备和仪器组成，但所有这些局部细节都需要被有机结合起来。统一和完整是指导救援车造型设计的首要法则，因为只有做到统一才能反映出整个车辆的主题和所要传达的内容。对于现代应急抢险救援车而言，车体的结构样式、造型的整体语义、材料的选择以及色彩的搭配都有和整体与变化息息相关，整体和局部细节之间是辩证统一的，整车造型包含着局部细节，局部细节又要体现整体。要想做好整体感的表达必须要注重以下几点：（1）对于救援车整体的各个局部细节不能平均对待，例如驾乘室和车箱、车头和车尾不能同时设计得过于繁杂，否则会形成多点为中心的情况，造成概念上的模糊以及紊乱。（2）不能过分注重或大肆渲染某一个局部细节或者次要部分，以防止造成次要部分造成喧宾夺主的情况发生。（3）一定要及时去除影响整个救援车设计整体主题的次要细节，以免造成冗余从从而影响整个车体的美观程度。要在众多造型要素中寻找一些共同点，用来构成整体的造型的风格和语言。如果对这些造型要素加以合理的规划和设计，就可以获得比较整体的视觉效果。例如曼恩的抢险救援车（图2）使用了大面积的蓝颜色作为主调，少量使用白色作为辅助颜色，并且车辆的轮眉、移植版切口位置等都采用了统一的造型设计，这样就使得整体视觉效果较为整体而有条理。（4）在应急救援车造型的设计中要提倡统一，并不是“一刀切”地排除其中的变化。如果整车的造型只有统一而缺失了变化的话，就使抢险救援车整体的造型变得单调而枯燥；但是如果只去一味地吹求造型细节中的变化，就会使得车辆整体的造型变得杂乱无章。只有在车辆的局部细节和关键部位，如车辆的车头等造型中的变化中追求车辆的整体性，在车辆的造型、线条、模块的同一种追求变化，应急抢险救援车的造型设计才能给人一种秩序感和丰富感。2.变化：如果驾驶者每天对着一个不能给人以精神冲动的造型设计，就会使人产生呆滞感，之前所营造的整体造型感也会随之消失。这就需要车辆的造型设计中具有一定的变化，也就是说需要让车体造型的各个局部细节或各个要素之间需要存在少量的差异性，使人的视觉感官上感受到一定的差异感。在救援车造型设计之中，需要把握好整体与变化的相互关系。整体性是一切造型因素和建立美感的基础，然而这并不是要求所有的部分都千篇一律，如果仅仅是只有整体性，而缺失变化，就会使整体的造型变得单调而乏味。救援车造型获得变化的途径有以下几种：（1）可以在部分细节造型形状等方面追求一些变化，从而获得良好的视觉变化效果。图3以IVECOEurocargo为底盘所改装救援车的造型设计为例，其主要采用直线的设计作为主调，以直线为主的设计风格体现了车辆造型的力量感。车辆的前挡风玻璃、后视镜的造型均采用了直线型的设计，给人以整体统一的感觉，但如果所有的造型要素都完全采用直线的话，则会使人感到单调和乏味，甚至呆板的感觉。因此在进气格栅和前挡风玻璃的下沿的造型上做了一个挑处理和一些弧形的设计元素，不仅没有削弱整车的直线造型风格，反而给造型注入了活力，使整车造型张力十足，技能达到整体统一又能实现变化的效果。（2）可以通过车身造型上的色彩对比获得整体造型中的变化。在现代抢险救援车的造型设计中，为了使车体造型的整体色彩在整体统一中具有一定的变化，会采用在车涂上喷涂一些大型的条纹从而打破车身全部为横线的布局，使得车体造型不至于平淡呆滞，而且更具有动感和活力，从而更具有吸引力。（如图4所示）奥地利Rosenbauer公司生产的RLFA2000型抢险救援车主体采用的是红色设计，在车辆的两侧的工具箱中喷涂了富有力量感的银灰色与红色交叉的装饰色条，为车辆的整体造型融入了动感的变化，与此同时，因为装饰色条的总体形状趋势与城市造型布局整体一致，并没有削弱整个车身的整体性和统一性。（二）车身造型的节奏与韵律。1.节奏：在现代应急抢险救援车的过程中，有一些造型的要素需要进行有秩序而且有变化的连续重复，使车辆给人的第一感觉有一种有秩序、有层次、有节奏变化的形式美感。节奏是车辆运动的重要属性之一，除了表现在车辆的物理运动状态之外，还表现在救援车辆总体外观造型的设计之中，通过车辆的外观造型所使用的线条走势、车体结构的凹凸有致所构成的光影变幻等因素做有规律的局部精准重复或者反复所带来的节奏美感。2.韵律：韵律实在实现节奏感的基础之上更为丰富的表现形式，比节奏更加富有变化，并且更为轻巧而工整。韵律的体现主要表现在车体外观造型的各个结构形式之中，例如车辆的局部造型样式，车辆喷涂的色彩和图案以及每个部分的面积或者体量做到有规律的重复罗列。韵律还可以是通过以上这些表现形式的不同组合来实现的，例如局部造型样式的由小到大排列或者由密集到疏散的排列所形成的变化规律。在应急救援车的造型设计中，有许多车辆的部分结构和造型都会呈现重复拍饿的趋势，例如救援车辆装备箱的卷帘门或者空调出风口，以及最有代表性的车头部位的进气格栅。（如图5所示）以德国梅赛德斯奔驰成产的Atego底盘所改装的应急抢险救援车为例，车头部位的进气格栅采用粗壮的线条，在排列上呈现自上而下、由宽到窄且有规律性的重复排列设计，从而达到一种很美的渐变韵律。

四、应急抢险救援车系统功能探究

（一）救援车的功能概述：为了顺应当下的国际救援新准则，开发一款符合我国国情的应急救援车显得尤为紧迫。为了保障救援工作的连续性和车辆的可靠性，车辆需要具有良好的机动和快速展开功能、动力输出功能、温度调控功能、照明功能、通讯功能、搜索侦测功能、破拆撑顶功能、基础医疗以及排烟和堵漏等主要功能。由于车辆内部空间有限，每次执行任务所携带的设备较多，针对快速抢险救援的实际需要，尽可能采用多功能的工具和设备，扩展现有设备功能。（二）救援车的系统功能。1.应急机动和快速展开功能：救援车的设计首先应当有一个具有可以实现自主机动性的机动车底盘；可以适用于海上、陆地、航空等多种运输方式转换快捷，具有良好的交通适应性；所有救援工具可以直接按期、按计划部署，并从车厢内及时取出。2.动力输出功能：以汶川大地震中受灾最严重的北川为例，城中百分之八十以上的基础设施均遭到了毁灭性的破坏，包括道路、桥梁、电力、通讯等，没有任何能源供应或补给；此外，其他极端自然条件如严寒、酷暑、大风、暴雨、暴雪也是不可忽视的影响。因此救援车辆必须自身拥有发电功能和能源储备以向用电设备供电，而且还必须配备其附件。3.温度调控功能：为了保证救援车辆内电子设备可靠运行工作，提高系统的环境适应性，有必要针对不同工作环境下温度设计隔热和冷却以及加热和保温措施，以确保整车系统安全高效地运行。可以使用蒸汽压缩式制冷机和发动机冷却系统中的冷却液为热源，实现车辆温度的调控。4.照明功能：大地震一旦发生，救援队就要做好连续进行24小时以上不间断救援工作的准备，夜晚是营救工作的一个严峻的挑战，照明设备是夜间救援作业的重要保障。车辆应当设计配备有一个全面的具有旋转、摇摄、倾斜等功能的高功率照明氙灯和气动提升杆，以提供车辆外部强光照明。5.通信功能：抢险救援车辆必须设计配备车载电台、对讲机、扬声器扩音系统以及呼救系统进行数据联络、指挥协调救援现场指挥以实现与各种和协作车辆通信的通信联络。6.搜索侦探功能：由于救援现场环境复杂，救援行动会消耗大量时间。出于这个原因，救援车辆需要携带有各种侦检探测设备，如：先进复合式多气体探测器、音频生命探测器、蛇眼生命探测器、红外热成像仪、折叠声波振动生命探测仪等，以便于快速完成对现场救援的快速环境监测以及被困伤员的实评估，生命探测仪的工作原理是通过感测由人的心脏发出的超低频波产生的电场来发现幸存者的位置。7.破拆、顶升功能：为了应对救援现场可能出现的坍塌、堵塞、各种变形，救援车辆必须装备有电动剪切钳、电动破拆工具、混凝土切割链锯、折叠升顶气垫、液压破拆工具等破拆撑顶工具已完成对现场废墟如：钢筋混凝墙、钢板、木板、砖墙、瓦砾堆的加固。针对钢筋混凝土的切割、扩张以及高危建筑物的撑顶、固定可以有效提升救援效率。8.防护、伤员救治功能：在进行地震救援工作时，必须配备针对各种个人防护装备，例如：呼吸防护设备、消防头盔等，消防车辆要有相对方便取拿的贮存空间，以方便救援人员及时取出或更换，可有效地保护救援人员的身体各个部位，不受救援现场各种突发情况的伤害。此外，为了迅速抢救被困人员，并抬起受人员，救援车还需配备高空救生工具套件、安全带、下降制动器和各类善缘提升搬运担架。9.堵漏功能：建筑物的倒塌会导致各种管线断裂，气体和液体泄漏，然而各种连接管道又不能用简单的修复方法在很短的时间内修复。在实际的操作中，只有快速的小范围内可以实现。出于这个原因，救援车辆需要设计配备有用于不同泄漏的容器和管道防漏装置，主要有捆绑堵包扎带、气动法兰堵漏袋、内外密封式堵漏气袋等。10.设备附件的存放及运输功能：救援设备和配件的主要存放及运输都是依托在设备贮藏柜的基础之上，一个坚实稳固的设备柜应可承受长途跋涉所带来的颠簸，并可根据救援任务目标的不同以及设备大小的不同进行结构的调整。可以选用高强的铝合金型材，具有结构坚固，材料轻便的特点。11.自救或他救功能：在山区或泥泞地区进行救援时，很容易出现侧滑、陷车等紧急情况的发生。绞盘在这时就可以起到自我脱困或者牵引的作用。搭载绞盘的车辆在各种恶劣环境中可以实现进行自救或他救的功能，能够自我保障完成救援任务。

五、我国应急抢险救援车辆的设计趋势

救援车辆的设计不是设备箱和车辆之间的简单结合，这样会造成设备与车辆的功能分离，并不是一个有机的整体。由于存在复杂的驾驶条件，例如行驶过程中的振动，配置的相关设备容易损坏等问题，因此必须做到综合考虑各种因素和配置进行设计。应急抢险救援车总体上呈现以下三种趋势：（一）装备功能集成化：如何高效利用救援装备是地震灾害应急救援的重要基础，一个高效的专业救援队伍必须要保证其救援装备的先进性和数量充足。无论何种类型的灾害救援任务都应当对救援车辆所装载的装备有着共同的要求，向着整备质量更轻、体积更小、操作更加便捷的方向发展，而且要有较高的一般通用性，适合狭小的空间使用，实现一器多能，提高应急抢险救援车辆的空间利用率。装备的集成化必须要注意以下几点：1.要根据救援车所搭载的救援队人数、规模以及救援目标要求来装备集成化的装备。2.每车每次执行任务至少要装备能够满足一个技术营救小组的装备数量，即一名指挥人员和五名救援人员共六人连续至少7天救援工作所需要的装备。3.装备的集成化就要求救援人员充分了解高性能救援装备的参数和使用方法，及时更新车载救援装备，保证车载装备功能的先进性。4.车载装备应当满足在狭小空间适用的能力，尽可能使装备和仪器的尺寸、重量和可操作性更加符合这种条件下的使用要求。（二）设备供能一体化：基于现代应急抢险的要求，应急抢险救援车的设计车辆自身必须配备发电设备，并且车载装备的功能需求需要同时兼容工频交流电和车载交流发电机供能。当灾害现场导致灾区电力基础设施遭受毁灭性打击而无法正常供应工频交流电的情况下采用车载才有发电机进行供电，以维持车上救援装备和大型器械的正常运转。除此之外，目前现有的应急抢险救援车由于车上装载的大型救援设备和大型救援器械选购自不同国家的不同品牌，以及不同规格、不同功能和技术上存在着差异，这就导致了每种救援装备所采用的供能来源也不同，除了车载发电机之外还需要配备诸如气动或者液压的动力供能，同时每种装备还需要各自独立的传动系统和管线，这样就会造车箱空间利用率和救援运转效率的降低。现代抢险救援要求车辆的能源供应会向着一体化的趋势发展，统一化的能源供应可以有效的节约车箱箱体空间，可以利用这些空间装载大型起吊设备或者在救援装备数量上给救援任务提供保障。展望如今，我国已经把提升综合防灾、减灾、救灾能力和维护社会稳定工作作为基本国策，在面对天灾与人祸的时候，抢险救援车辆发挥着不可替代的作用。正因为如此，国家也越来越重视抢险救援车类的车辆的生产设计，并提供了相关的政策支持抢险救援车辆的设计与研究。近年来，国内各特种车辆生产厂家和生产部门也在不断地设计研发新的车辆，以适应日益增长的市场需求；各种新技术、材料、工艺也被不断地开发和应用，极大地提升了我国特种救援车辆的产品力和竞争力。但是，与世界发达国家的救援车辆生产厂家成熟的技术和生产线相比，我国救援车在产品数量和性能方面还存在一定的差距，为了满足未来我国地震救援的需求，开发适应我国国情的救援车具有很高的实用价值与可行性。

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作者:朱斐然 单位:大连理工大学建筑与艺术学院