《內河船舶計算系統》在型線放樣檢驗工作中的應用

郭豪

摘 要：型線放樣是船舶建造周期的一個極其重要的階段，在滿足標準化船型的前提下，隨著船東對訂造船舶個性化需求的增加，要求變更設計現象較多，采用更加高效、準確、科學的型線放樣檢驗新技術手段日益緊迫。本文介紹了將最新發布的《內河船舶計算系統2016》三維建模功能應用在型線放樣檢驗工作中，結合新形勢，計算系統最新三維建模功能的特點以及目前現狀存在的難題，證明該系統的應用能對變更設計型線現象所導致的不安全因素進行及時地定量分析，使得檢驗工作更為高效，從而加強船檢部門的監管職能。

關鍵詞：型線放樣；放樣檢驗；變更設計；三維建模

中圖分類號：U66 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）3-0039-04

隨著國家確立粵港澳大灣區和北部灣經濟區開發的重大戰略，傾力打造珠江——西江經濟帶的機遇，貨運船舶大主尺度、大載重噸的需求進一步提高，旅游船、巡邏船、工作船、工程船、客渡船需求旺盛以及船東對于訂造船舶個性化的需求，船舶制造業已迎來新一輪的發展升級，給廣西船舶檢驗工作提出了新的要求。為滿足國家戰略發展和西江造船業升級對船舶檢驗的新要求，在船舶檢驗工作應用新技術、新手段，加強對新建船舶的建造質量、安全性和動態監控，是廣西船檢部門當前面臨的重要課題。

船體放樣既是處于船舶建造的最初階段，也是船體材料號料之前的重要階段，每艘新建船舶除同批次系列新建船外，都需要經過放樣的過程，船舶型線的型值是船舶進行靜水力、穩性、結構強度計算的重要數據，因此確保實船型線放樣滿足規程、法規的檢驗要求，是把好船舶安全技術質量關的“第一道關”。

中國船級社武漢規范研究所最新開發的《內河船舶計算系統2016》增加了最新的幾何功能模塊，通過計算機三維建模對進行船舶的靜水力性能計算、穩性校核等，使得計算結果更為準確。同時，由于最新的系統增加的三維建模功能，使得將該系統強大的電算校核能力應用在船舶型線放樣一致性和光順性的檢驗工作成為了可能。目前，筆者經過一段時間的探索和實踐，將該系統的三維建模功能應用到船舶型線放樣檢驗工作中，取得了不錯的效果。

1 現狀分析

筆者在長期現場檢驗工作中發現，船東對于訂造船舶的個性化需求客觀存在，因此新建船舶在船體型線放樣階段存在變更設計圖紙型線的現象。同時廣西區內幾乎所有的民營船廠從廠方的效益出發，為滿足船東對加快造船進度的要求，提高造船市場占額比例，采取先報批開工，而后在型線放樣階段根據船東要求變更設計以加快建造進度，最后在完工階段出實船完工圖的方法。目前廣西民營造船廠采用的船體型線放樣方法絕大部分仍采用手工放樣。手工放樣即船廠的放樣人員根據設計圖紙的理論站位型值或肋骨型值在鋼板、木板上確定型值點位置，后用樣條畫樣條曲線的方法，畫出實船1：1的型線。但是，筆者在實際檢驗工作中發現，船廠的手工放樣工作由于受到實際放樣場地的限制，一般只對船舶的艏、艉部分進行放樣，而放樣人員的技術水平參差不齊，無法保證型線放樣的質量，經常在艏、艉部分結構裝配后通過切割，或塞補實肋板腹板才能保證實船型線光順。手工放樣的方法在應對大主尺度船型放樣時會對型線放樣技術難度提出更高的要求，在實踐中往往出現造船方應船東個性化需求而變更設計型線的情況，加上廣西船檢機構普遍存在基層驗船師人員偏少，造船廠分布區域廣、造船數量多，面對“人少、點多、面廣”的現狀，基層驗船師往往很難從現場檢驗工作中短時間內高效、及時地發現變更后實船型線的光順程度，對靜水力數據、穩性衡準值、結構強度等安全性能參數的變化存在的不利影響。

1.1對船舶性能的不利

一般船東要求在同等投資的情況下增加船舶承載能力，增加承載能力最為簡單直接的方式是增大船舶的排水量。因此，在船舶型線放樣階段會要求船廠將審批圖紙的型線變得更為“肥胖”以增大船舶的排水量，但在獲得大排水量的同時，由船舶靜力學和船舶快速性可得知，“肥胖”的船型會增加船舶的濕表面積S，從而增加了的船舶摩擦阻力降低船舶快速性能，而目前的現場檢驗方法很難在型線放樣之后短時間內對變更后型線造成航速的影響作定量分析，只能依靠船舶試航階段時才能獲得具體的航速數據，這一點對于巡邏船、高速客船等對航速要求嚴格的船型來說是不利的。

而另一些船東出于提高航速、降低船舶阻力的需求，在船舶放樣階段會要求造船廠將審批圖紙的型線變得更為“尖瘦”以減少船舶航行時候的阻力，但在獲得低阻力的同時，“尖瘦”的船型是必然會犧牲船舶的穩性作為代價，同樣，目前的檢驗手段很難在放樣后及時地對變更型線造成船舶穩性衡準值的變化作出量化的判斷，只能依靠船舶建成下水之后的傾斜試驗獲得初步的穩性數據，若到時才發現穩性不滿足衡準要求則會處于木已成舟的“被動”局面，這一點在客船、油船等對穩性要求十分高、設計圖紙穩性衡準余量不足的船型上尤為不利。

1.2對實船與完工圖一致性的不利

船體型表面是一個三維光順的曲面，由于船廠存在放樣技術、步驟不規范等客觀因素限制，以及變更型線的不確定性，從而增加了保證型線三項光順的難度，導致放樣線型不光順的情況出現的概率很大，然而從現場檢驗卻無法獲得的實船樣值可視的船舶三維型表面，很難發現變更型線不光順的問題，所以船舶往往在號料之后，建造裝配過程中才發現問題，不得已采用切割、塞補構件腹板高度的措施修正船體型線，這不僅可能造成結構構件實際剖面模數不足、焊接缺陷等問題，而且處于裝配階段經割補修正型線之后的實船型表面，要測量其型值的工作技術難度大，且裝配精度難以保證，而船舶的完工圖紙、完工計算資料是以實際放樣時型值、型線為基礎數據來制作，若在型線放樣檢驗階段時不能及時發現和指出型線不光順的位置，經裝配階段的割補修正，會造成實船型線與完工圖紙型線的不一致，完工圖紙計算得到的靜水力數據、穩性衡準值、結構強度校核結果則不能為船舶的安全性分析起到可靠的“支撐”作用。endprint

1.3對監控“臨界總噸位”的不利

船舶的總噸位是船舶進行船員配員、設備配備、過閘計費等直接關系到船舶運營成本的基本參數。船舶的總噸位與上述運營成本成正相關的關系，如貨船消防泵的配備，低于1000總噸的船舶按照法規要求配1臺獨立動力驅動，超過1000總噸的貨船按要求配2臺獨立動力驅動，又如固定滅火系統的配備，超過2000總噸的貨船按要求配二氧化碳、壓力水霧、氣溶膠、七氟丙烷固定滅火系統保護機器處所。因此船舶設計公司為滿足船東降低運營成本的需求，往往設計出“臨界噸位”的船型，如總噸位997，總噸位1998的船型。據統計目前廣西區內在建的貨船當中屬于這類“臨界噸位”船型占總的新造貨船數量超五成以上。對于內河貨船，量噸甲板下圍壁處所的容積V1對船舶的總噸位與凈噸位的計算結果有決定性影響，而V1是由船舶實際放樣的型線所決定的，所以“臨界噸位”的船型在型線放樣階段變更設計圖的偶然性加上建造公差的存在，通過船舶設計總噸位及完工總噸位的數據對比如表1，噸位突破臨界的可能性十分大，但變更設計的總噸位變化的準確數值在做完工資料時才能最終確定，此時對變更設計型線噸位變化的相對滯后不具備時效性，讓控制船舶噸位在臨界噸位以下的檢驗工作變得相當困難。

2《內河船舶計算系統》概述及優勢

2.1《內河船舶計算系統》概述

《內河船舶計算系統2016》是由中國船級社武漢規范研究所研制開發，于2016年11月8日正式發布使用。該系統增加了三維模型的最新功能，該功能基于船舶的型值、型線通過計算機模擬建立船舶實船的型表面，然后對靜水力、艙容曲線、完整穩性、許用重心和破損穩性進行計算，并根據現行法規的要求進行衡準校核，為船舶設計、圖紙審查、檢驗發證提供科學可靠的依據。

2.2《內河船舶計算系統》的優勢

《內河船舶計算系統2016》較以前所有的船舶穩性衡準計算系統，最大的特點在于其升級更新的三維建模功能。三維建模功能的加入，使得穩性計算衡準的過程不再停留在純數值計算的層面，而是讓整個計算過程在計算機中通過實船1：1三維建模變得直觀和可視。

在實船三維建模后如圖1所示，通過系統內置的旋轉、平移功能，可以很直觀、明了地看到設計中的船、或者已經建造完工的船型表面的光順程度。因此該功能應用于型線放樣檢驗，與傳統的近觀檢驗方法相比，對經船廠放樣后型線，包括變更后型線的光順程度的檢驗結論具有直觀、可預見性、精確定位的優勢。

3 《內河船舶計算系統》在型線放樣檢驗的應用分析

為滿足國家戰略發展和西江造船業升級對船舶檢驗的需求，進一步提升船檢部門技術能力，豐富船舶檢驗工作的新技術、新手段，加強對新建船舶質量的監控，將《內河船舶計算系統》應用于型線放樣檢驗工作中具有突破性的意義。結合新形勢，《內河船舶計算系統》最新三維建模功能的特點以及目前現狀存在的難題，筆者認為內河船舶計算系統在型線放樣檢驗中具有以下應用。

3.1對型線光順性判斷具有預見性

因船東對于運營實際情況的不同，即使是同一套設計圖紙，不同的船東要求變更的尺度、位置不盡相同，但能在現場放樣檢驗時拿到船廠實船放樣的肋骨型值，將肋骨型值輸入進《內河船舶計算系統》中，通過三維建模把經變更的實船放樣型表面模擬建立后，在計算機可視窗口中對船舶的光順性進行檢查，不僅能判斷型線的光順性，而且能預見性地發現實船型表面缺陷的具體位置和尺度范圍如圖2所示，進而及時指導和要求船廠對實船放樣型線進行重新光順，并且讓船舶設計公司進行相關結構強度補充計算，從而能避免在施工裝配過程中出現的割補船體結構構件修正實船型線的問題，也能保證結構強度能充分滿足規范要求。

3.2確保實船型值與完工圖紙的一致性

船舶完工后需要向船檢部門提交完工資料審核，為的是在新船建造過程中出現變更設計的情況確保完工圖紙、資料與實船一致，其中事關船舶安全的靜水力、穩性、結構強度等的核查是船舶檢驗工作的重要“收尾”環節之一。《內河船舶計算系統2016》計算校核完工穩性基于實船型值建立三維模型后，根據實際核查檢驗工作的需要，在實船三維模型上建立任意高度水線、任意寬度縱剖線，并調用“顯示曲線肋位點坐標”功能顯示各型值點的半寬水線值或高度值，最后通過對比船廠或者設計公司提交的船舶實船放樣型值數據如表2，確保實船型值與完工穩性資料的一致。

3.3穩性衡準變化的定量分析

設計圖紙的穩性衡準值計算以及衡準校核是以設計型線、型值為基礎計算數據，因此應船東方要求變更后的型線雖說能滿足個性化的需求，但變更后的放樣型線穩性衡準的變化將成為影響船舶穩性安全的重要因素之一，利用《內河船舶計算系統》，通過將變更后的實船放樣型表面模擬建立，并進行靜水力、船舶穩性計算校核，便可根據“控制變量法”的原則，在相同裝載狀況、相同艙室劃分、相同上層建筑受風面積等前提下，在型線放樣檢驗階段中便能及時地得到變更后實船的型線與設計圖紙的型線兩者穩性衡準變化的量化區別，從而在“源頭”上對實船的船體穩性安全、準確的把控。

3.4嚴格監控“臨界總噸位”

如果說船東變更型線的目的著眼于獲得更大的載貨量，那么變更后型線船舶總噸位是不希望變大的，尤其是本身設計總噸位就是“臨界噸位”的敏感船型，作為船檢部門應遵守忠實履行國家船舶法定檢驗法律、法規的基本要求和保障，實事求是地把變更型線后實船的噸位計算出來，應用《內河船舶計算系統》的三維建模建立實船模型，在現場型線放樣檢驗后能在短時間內計算出實船V1容積，得出總噸位和凈噸位，及時地通過計算結果判斷其變更后是否超過“臨界噸位”，使實船總噸位的計算過程處于實時動態的有效監控之下，達到嚴格監控“臨界噸位”船型變更型線后實船噸位變化的要求。

4 結束語

目前，《內河船舶計算系統2016》在廣西船舶建造檢驗的型線放樣檢驗工作中尚在探索試用階段，在能滿足西江造船業升級和船舶訂造個性化需求的同時，其破解傳統型線放樣檢驗方法面對新形勢存在的技術難題的效果是明顯的。

由于應用《內河船舶計算系統》輔助型線放樣檢驗這一新技術的支撐，解決放樣檢驗工作目前存在難題的同時，梧州轄區船檢部門創新性地向船東、船廠、船舶設計公司提出“先放樣，后審圖”的工作思路，即船東需要在母型船、原設計圖紙變更設計的，先根據自身實際使用需求進行變更型線的放樣及計算機輔助光順，敲定后放樣型線后，設計公司再根據實船放樣型線出設計圖然后送審，如此將變更型線的工序調整到送審圖紙之前，既能保證實船放樣型線型值與設計圖紙、完工圖紙一致，也能滿足船東訂造船舶個性化需求和幫助船東降低以往型線放樣過程中空閑占用船臺的時間、費用，還能為船舶設計公司在船舶完工階段出完工資料、完工圖紙時減少以往因變更設計產生繁瑣變更圖紙內容的工作量。該做法應用新技術加強船檢部門的技術監管職能，符合全國深化“放管服”改革的要求，為船舶檢驗工作應用新技術、新手段、新思路，朝著更安全、高效、優化的發展方向提供了可借鑒的經驗。

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