| 标题 | 《内河船舶计算系统》在型线放样检验工作中的应用 |
| 范文 | 郭豪 摘 要：型线放样是船舶建造周期的一个极其重要的阶段，在满足标准化船型的前提下，随着船东对订造船舶个性化需求的增加，要求变更设计现象较多，采用更加高效、准确、科学的型线放样检验新技术手段日益紧迫。本文介绍了将最新发布的《内河船舶计算系统2016》三维建模功能应用在型线放样检验工作中，结合新形势，计算系统最新三维建模功能的特点以及目前现状存在的难题，证明该系统的应用能对变更设计型线现象所导致的不安全因素进行及时地定量分析，使得检验工作更为高效，从而加强船检部门的监管职能。 关键词：型线放样；放样检验；变更设计；三维建模 中图分类号：U66 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）3-0039-04 隨着国家确立粤港澳大湾区和北部湾经济区开发的重大战略，倾力打造珠江——西江经济带的机遇，货运船舶大主尺度、大载重吨的需求进一步提高，旅游船、巡逻船、工作船、工程船、客渡船需求旺盛以及船东对于订造船舶个性化的需求，船舶制造业已迎来新一轮的发展升级，给广西船舶检验工作提出了新的要求。为满足国家战略发展和西江造船业升级对船舶检验的新要求，在船舶检验工作应用新技术、新手段，加强对新建船舶的建造质量、安全性和动态监控，是广西船检部门当前面临的重要课题。 船体放样既是处于船舶建造的最初阶段，也是船体材料号料之前的重要阶段，每艘新建船舶除同批次系列新建船外，都需要经过放样的过程，船舶型线的型值是船舶进行静水力、稳性、结构强度计算的重要数据，因此确保实船型线放样满足规程、法规的检验要求，是把好船舶安全技术质量关的“第一道关”。 中国船级社武汉规范研究所最新开发的《内河船舶计算系统2016》增加了最新的几何功能模块，通过计算机三维建模对进行船舶的静水力性能计算、稳性校核等，使得计算结果更为准确。同时，由于最新的系统增加的三维建模功能，使得将该系统强大的电算校核能力应用在船舶型线放样一致性和光顺性的检验工作成为了可能。目前，笔者经过一段时间的探索和实践，将该系统的三维建模功能应用到船舶型线放样检验工作中，取得了不错的效果。 1 现状分析 笔者在长期现场检验工作中发现，船东对于订造船舶的个性化需求客观存在，因此新建船舶在船体型线放样阶段存在变更设计图纸型线的现象。同时广西区内几乎所有的民营船厂从厂方的效益出发，为满足船东对加快造船进度的要求，提高造船市场占额比例，采取先报批开工，而后在型线放样阶段根据船东要求变更设计以加快建造进度，最后在完工阶段出实船完工图的方法。目前广西民营造船厂采用的船体型线放样方法绝大部分仍采用手工放样。手工放样即船厂的放样人员根据设计图纸的理论站位型值或肋骨型值在钢板、木板上确定型值点位置，后用样条画样条曲线的方法，画出实船1：1的型线。但是，笔者在实际检验工作中发现，船厂的手工放样工作由于受到实际放样场地的限制，一般只对船舶的艏、艉部分进行放样，而放样人员的技术水平参差不齐，无法保证型线放样的质量，经常在艏、艉部分结构装配后通过切割，或塞补实肋板腹板才能保证实船型线光顺。手工放样的方法在应对大主尺度船型放样时会对型线放样技术难度提出更高的要求，在实践中往往出现造船方应船东个性化需求而变更设计型线的情况，加上广西船检机构普遍存在基层验船师人员偏少，造船厂分布区域广、造船数量多，面对“人少、点多、面广”的现状，基层验船师往往很难从现场检验工作中短时间内高效、及时地发现变更后实船型线的光顺程度，对静水力数据、稳性衡准值、结构强度等安全性能参数的变化存在的不利影响。 1.1对船舶性能的不利 一般船东要求在同等投资的情况下增加船舶承载能力，增加承载能力最为简单直接的方式是增大船舶的排水量。因此，在船舶型线放样阶段会要求船厂将审批图纸的型线变得更为“肥胖”以增大船舶的排水量，但在获得大排水量的同时，由船舶静力学和船舶快速性可得知，“肥胖”的船型会增加船舶的湿表面积S，从而增加了的船舶摩擦阻力降低船舶快速性能，而目前的现场检验方法很难在型线放样之后短时间内对变更后型线造成航速的影响作定量分析，只能依靠船舶试航阶段时才能获得具体的航速数据，这一点对于巡逻船、高速客船等对航速要求严格的船型来说是不利的。 而另一些船东出于提高航速、降低船舶阻力的需求，在船舶放样阶段会要求造船厂将审批图纸的型线变得更为“尖瘦”以减少船舶航行时候的阻力，但在获得低阻力的同时，“尖瘦”的船型是必然会牺牲船舶的稳性作为代价，同样，目前的检验手段很难在放样后及时地对变更型线造成船舶稳性衡准值的变化作出量化的判断，只能依靠船舶建成下水之后的倾斜试验获得初步的稳性数据，若到时才发现稳性不满足衡准要求则会处于木已成舟的“被动”局面，这一点在客船、油船等对稳性要求十分高、设计图纸稳性衡准余量不足的船型上尤为不利。 1.2对实船与完工图一致性的不利 船体型表面是一个三维光顺的曲面，由于船厂存在放样技术、步骤不规范等客观因素限制，以及变更型线的不确定性，从而增加了保证型线三项光顺的难度，导致放样线型不光顺的情况出现的概率很大，然而从现场检验却无法获得的实船样值可视的船舶三维型表面，很难发现变更型线不光顺的问题，所以船舶往往在号料之后，建造装配过程中才发现问题，不得已采用切割、塞补构件腹板高度的措施修正船体型线，这不仅可能造成结构构件实际剖面模数不足、焊接缺陷等问题，而且处于装配阶段经割补修正型线之后的实船型表面，要测量其型值的工作技术难度大，且装配精度难以保证，而船舶的完工图纸、完工计算资料是以实际放样时型值、型线为基础数据来制作，若在型线放样检验阶段时不能及时发现和指出型线不光顺的位置，经装配阶段的割补修正，会造成实船型线与完工图纸型线的不一致，完工图纸计算得到的静水力数据、稳性衡准值、结构强度校核结果则不能为船舶的安全性分析起到可靠的“支撑”作用。 1.3对监控“临界总吨位”的不利 船舶的总吨位是船舶进行船员配员、设备配备、过闸计费等直接关系到船舶运营成本的基本参数。船舶的总吨位与上述运营成本成正相关的关系，如货船消防泵的配备，低于1000总吨的船舶按照法规要求配1台独立动力驱动，超过1000总吨的货船按要求配2台独立动力驱动，又如固定灭火系统的配备，超过2000总吨的货船按要求配二氧化碳、压力水雾、气溶胶、七氟丙烷固定灭火系统保护机器处所。因此船舶设计公司为满足船东降低运营成本的需求，往往设计出“临界吨位”的船型，如总吨位997，总吨位1998的船型。据统计目前广西区内在建的货船当中属于这类“临界吨位”船型占总的新造货船数量超五成以上。对于内河货船，量吨甲板下围壁处所的容积V1对船舶的总吨位与净吨位的计算结果有决定性影响，而V1是由船舶实际放样的型线所决定的，所以“临界吨位”的船型在型线放样阶段变更设计图的偶然性加上建造公差的存在，通过船舶设计总吨位及完工总吨位的数据对比如表1，吨位突破临界的可能性十分大，但变更设计的总吨位变化的准确数值在做完工资料时才能最终确定，此时对变更设计型线吨位变化的相对滞后不具备时效性，让控制船舶吨位在临界吨位以下的检验工作变得相当困难。 2《内河船舶计算系统》概述及优势 2.1《内河船舶计算系统》概述 《内河船舶计算系统2016》是由中国船级社武汉规范研究所研制开发，于2016年11月8日正式发布使用。该系统增加了三维模型的最新功能，该功能基于船舶的型值、型线通过计算机模拟建立船舶实船的型表面，然后对静水力、舱容曲线、完整稳性、许用重心和破损稳性进行计算，并根据现行法规的要求进行衡准校核，为船舶设计、图纸审查、检验发证提供科学可靠的依据。 2.2《内河船舶计算系统》的优势 《内河船舶计算系统2016》较以前所有的船舶稳性衡准计算系统，最大的特点在于其升级更新的三维建模功能。三维建模功能的加入，使得稳性计算衡准的过程不再停留在纯数值计算的层面，而是让整个计算过程在计算机中通过实船1：1三维建模变得直观和可视。 在实船三维建模后如图1所示，通过系统内置的旋转、平移功能，可以很直观、明了地看到设计中的船、或者已经建造完工的船型表面的光顺程度。因此该功能应用于型线放样检验，与传统的近观检验方法相比，对经船厂放样后型线，包括变更后型线的光顺程度的检验结论具有直观、可预见性、精确定位的优势。 3 《内河船舶计算系统》在型线放样检验的应用分析 为满足国家战略发展和西江造船业升级对船舶检验的需求，进一步提升船检部门技术能力，丰富船舶检验工作的新技术、新手段，加强对新建船舶质量的监控，将《内河船舶计算系统》应用于型线放样检验工作中具有突破性的意义。结合新形势，《内河船舶计算系统》最新三维建模功能的特点以及目前现状存在的难题，笔者认为内河船舶计算系统在型线放样检验中具有以下应用。 3.1对型线光顺性判断具有预见性 因船东对于运营实际情况的不同，即使是同一套设计图纸，不同的船东要求变更的尺度、位置不尽相同，但能在现场放样检验时拿到船厂实船放样的肋骨型值，将肋骨型值输入进《内河船舶计算系统》中，通过三维建模把经变更的实船放样型表面模拟建立后，在计算机可视窗口中对船舶的光顺性进行检查，不仅能判断型线的光顺性，而且能预见性地发现实船型表面缺陷的具体位置和尺度范围如图2所示，进而及时指导和要求船厂对实船放样型线进行重新光顺，并且让船舶设计公司进行相关结构强度补充计算，从而能避免在施工装配过程中出现的割补船体结构构件修正实船型线的问题，也能保证结构强度能充分满足规范要求。 3.2确保实船型值与完工图纸的一致性 船舶完工后需要向船检部门提交完工资料审核，为的是在新船建造过程中出现变更设计的情况确保完工图纸、資料与实船一致，其中事关船舶安全的静水力、稳性、结构强度等的核查是船舶检验工作的重要“收尾”环节之一。《内河船舶计算系统2016》计算校核完工稳性基于实船型值建立三维模型后，根据实际核查检验工作的需要，在实船三维模型上建立任意高度水线、任意宽度纵剖线，并调用“显示曲线肋位点坐标”功能显示各型值点的半宽水线值或高度值，最后通过对比船厂或者设计公司提交的船舶实船放样型值数据如表2，确保实船型值与完工稳性资料的一致。 3.3稳性衡准变化的定量分析 设计图纸的稳性衡准值计算以及衡准校核是以设计型线、型值为基础计算数据，因此应船东方要求变更后的型线虽说能满足个性化的需求，但变更后的放样型线稳性衡准的变化将成为影响船舶稳性安全的重要因素之一，利用《内河船舶计算系统》，通过将变更后的实船放样型表面模拟建立，并进行静水力、船舶稳性计算校核，便可根据“控制变量法”的原则，在相同装载状况、相同舱室划分、相同上层建筑受风面积等前提下，在型线放样检验阶段中便能及时地得到变更后实船的型线与设计图纸的型线两者稳性衡准变化的量化区别，从而在“源头”上对实船的船体稳性安全、准确的把控。 3.4严格监控“临界总吨位” 如果说船东变更型线的目的着眼于获得更大的载货量，那么变更后型线船舶总吨位是不希望变大的，尤其是本身设计总吨位就是“临界吨位”的敏感船型，作为船检部门应遵守忠实履行国家船舶法定检验法律、法规的基本要求和保障，实事求是地把变更型线后实船的吨位计算出来，应用《内河船舶计算系统》的三维建模建立实船模型，在现场型线放样检验后能在短时间内计算出实船V1容积，得出总吨位和净吨位，及时地通过计算结果判断其变更后是否超过“临界吨位”，使实船总吨位的计算过程处于实时动态的有效监控之下，达到严格监控“临界吨位”船型变更型线后实船吨位变化的要求。 4 结束语 目前，《内河船舶计算系统2016》在广西船舶建造检验的型线放样检验工作中尚在探索试用阶段，在能满足西江造船业升级和船舶订造个性化需求的同时，其破解传统型线放样检验方法面对新形势存在的技术难题的效果是明显的。 由于应用《内河船舶计算系统》辅助型线放样检验这一新技术的支撑，解决放样检验工作目前存在难题的同时，梧州辖区船检部门创新性地向船东、船厂、船舶设计公司提出“先放样，后审图”的工作思路，即船东需要在母型船、原设计图纸变更设计的，先根据自身实际使用需求进行变更型线的放样及计算机辅助光顺，敲定后放样型线后，设计公司再根据实船放样型线出设计图然后送审，如此将变更型线的工序调整到送审图纸之前，既能保证实船放样型线型值与设计图纸、完工图纸一致，也能满足船东订造船舶个性化需求和帮助船东降低以往型线放样过程中空闲占用船台的时间、费用，还能为船舶设计公司在船舶完工阶段出完工资料、完工图纸时减少以往因变更设计产生繁琐变更图纸内容的工作量。该做法应用新技术加强船检部门的技术监管职能，符合全国深化“放管服”改革的要求，为船舶检验工作应用新技术、新手段、新思路，朝着更安全、高效、优化的发展方向提供了可借鉴的经验。 参考文献： [1] 徐兆康，胡毛字.《船舶建造工艺学》（船舶工程专业用）修订版[M].北京：人民交通出版社，2000：18-68. [2] 盛振邦，杨尚荣，陈雪深.《船舶静力学》[M].上海：上海交通大学出版社 [3] 盛振邦，刘应中.《船舶原理》（上册）[M].上海：上海交通大学出版社，2003：160-186，248-258. [4]中国船级社武汉规范研究所.《内河船舶计算系统2016 COMPASS Inland用户手册iStability》[EB].2017. [5] 中华人民共和国海事局.《船舶与海上设施法定检验规则内河船舶法定检验技术规则》[H].北京：人民交通出版社，2011：第3篇第4节. [6]中华人民共和国海事局.《船舶与海上设施法定检验规则内河船舶法定检验技术规则》（2015修改通报）[H].北京：人民交通出版社，2015：69. |
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