SPD 在65 t 全回轉拖輪管路放樣中的應用

陸逸年

（中交四航局江門航通船業有限公司，江門 529145）

1 前言

SPD 是基于OpenGL 圖形庫進行開發的造船CAD設計軟件，能夠滿足船體結構、管系、風管、電氣、鐵舾件、涂裝等專業三維全數字化設計的需求。通過三維建模布置全船的管系及管系附件，對管道進行工藝合理性和制造可行性分析；方便快捷的生成船舶生產制造所需的圖表數據，實現預舾裝作業；提高生產準確程度，為船舶制造提供信息化、高效化手段；取代1:1 現場預制放樣，實現管材定額科學管理，提供大量加工制造信息，盡早發現設計中存在的潛在問題，減少現場干涉作業，提高設計效率和設計質量，降低成本。

65 t 拖力全回轉拖輪是一艘具備拖曳、頂推、對外消防及相關作業功能的雙Z 型驅動拖船。該船總長（不含護舷）35 m、型寬11m、型深5.5 m、設計吃水4.5 m，總噸約497 t；作業于港口及沿海，入LR 或同等級別船級，主要用于拖帶無自航能力的船只、協助大型船舶進出港口及救援海上遇險船只，也可用于對外消防。

該船功能需求多，船體尺寸小，有限的機艙區域要設置壓載、艙底、消防、燃油、隔離艙等功能艙室和布置主機、水泵、壓縮機、空調等各類設備及管路，同時要兼顧艙室人孔、機艙過道及操作檢修通道等整體協調。

該船機艙輪機管路制造安裝，占整個船舶管路施工周期的40%～50%工作量，機艙輪機管路生產放樣是整船施工建造的重點難點。由于船舶設計院所提供的圖紙信息，主要為二維原理圖和平面布置示意圖，無法直接指導現場施工安裝，需要利用船舶輪機管路三維放樣軟件進行生產設計，輸出詳細的圖紙信息和數據來滿足生產制造需求，而SPD 能很好地滿足65 t 拖輪的設計建造需求。

2 SPD 在輪機管路生產設計中的應用

2.1 屬性數據及系統定義

應用SPD 在輪機管路生產設計前，首先要根據65 t 船舶設計規格書、技術圖紙及相關規范要求，對使用的管子、部件進行基礎數據錄入，利用設備交互建模功能，實現對較復雜設備完善的三維實體創建和編輯；模型關聯的屬性數據，包含了名稱、通徑、壓力、規格型號、材質、外徑、壁厚、尺寸標注、標準、重量重心、連接點信息和技術描述等，錄入數據的來源需與實際采購件屬性數據一致，才能真實反映部件的特征；基礎數據錄入后，在項目工程圖冊的管子專業目錄下，根據原理圖及工程數據庫，分別定義系統管路、設備、閥附件。

管路、設備、閥附件屬性數據，是管子建模及布置的基礎數據，統一定義可以減少管子生產設計規格、材質型號等數據的選用錯誤，提高設計工作效率；同時，屬性數據定義可以實現模型與實體的統一，真實反映實體位置重心情況和相應的數據處理；完成定義后，還可以使用原理清冊輸出模塊生成原理報表作為存檔和校對的數據，方便技術人員對設計院圖紙附表進行比對復核，同時指導物資材料的采購需求計劃。

2.2 機艙設備管路布置

根據該船機艙設備管線復雜、空間小的特點，使用SPD 進行機艙區域輪機管路生產放樣，實現船舶輪機系統的電子化預制造船。

（1）根據設計院提供的機艙布置圖、系統原理圖、艙室布置圖，結合船體結構進行設備、管路、閥附件和舾裝件的模型放置定位：首先進行機艙主要設備和系統管匯的初步定位，利用三維坐標定位功能，布置主機、發電機組、壓力水柜、油水分離器、污水處理裝置、甲板機械液壓站、空壓機、空氣瓶、空調壓縮機、吊機液壓站、各系統泵組等設備模型的初定位置，需注意預留必要的機艙通道和設備操作維護空間；還應考慮就近艙室和船舶重量重心的配重情況做整體平衡調整；管匯及啟動電箱的布置也要顧及閥門操作和人員到達的便捷性。

（2）該船整體尺寸較小，機艙內設備的重量重心對船舶整體的重量重心影響較大，需要在設備及主要系統管匯定位后進行機艙設備重量重心數據的輸出；再與設計的船舶重量重心進行復核，并有針對性的進行設備及管匯的布置調整，優化機艙設備整體重量重心，驗證船舶穩性。

（3）設備管匯模型初步定位后，開始各系統管路模型的主要走向布置；校核機艙設備初步定位后的空間，是否滿足管路及閥附件的布置，適時做出調整；調整完畢后就可以組織施工人員及船東代表對機艙設備布置進行初次會審，收集問題意見，商討問題的解決方案，形成會審記錄，在后續建模中做出相應調整。

（4）經過初次評審主要設備、管匯定位基本確定，參照系統原理圖和平面布置圖對系統管路進行細化模型放樣，放樣過程中注意管路及閥附件的布置需要與船體結構及艙室人孔布置相協調，避免管路和閥件阻礙艙室人孔的進出通道；通常，系統管路除了設置必要設備外，還會配套相應的功能艙室，設計人員要全面了解機艙內的功能艙室分布與相關系統的管路設備走向定位情況，盡量按照管路彎頭設置少、管路線路短、排管順暢、布置便捷、安裝拆卸方便的原則進行管路布置。

（5）在管路模型放樣過程中，可以根據船體分段劃分情況，將對應船體分段區域的管路進行托盤管理；在分段合攏口區域設置合攏管，在設備接口及走向復雜管段設置調整管，這樣可以在現場管路施工中有效消除船體及管件制造安裝過程中產生的誤差，也可以減少現場合攏管的放樣工作量；根據管路加工及安裝要求，諸如管子所在區域長度是否便于艙內運送安裝及檢修更換、內場預制加工難易程度、特殊管道安裝后連接口是否便于清潔等，按系統管路要求的連接型式，將管路劃分為尺寸合理和易于加工的若干管子零件，并使所有連接件互不干涉；管道及設備的布置，還要根據規范要求添加適當支吊架和基座等鐵舾件，對管路模型進行綜合調整。盡量使用整體式支吊架，不僅可以節省材料與安裝成本，還能提高管路整體布置的簡潔度和美觀性。

（6）由于該船機艙設備繁多、管系復雜、機電集成程度高，管路放樣過程中需要經常進行管路與管路、管路與設備、管路與船體鐵舾件、管路與管件或電氣管線等的干涉檢查，以及管子零件能否進行加工的工藝檢查等，干涉檢查可以實現在短時間內獲得模型部件間的空間位置關系，指導碰撞點的修改調整。

（7）管路布置完畢，就可以組織二次模型評審，利用三維數據可視化交互設計技術，呈現直觀的機艙管路布置圖形，同時可通過漫游瀏覽視角，多角度梳理管路走向及布置情況，直觀評測系統走向的正確性及合理性；會審過程中收集現場施工作業人員及船東的問題意見，評估對應更改方案，使施工人員提前了解機艙管路布置和安裝情況，也能提前反饋有利于現場施工的調整，提高后期模型出圖的準確性和合理性。

應用SPD 進行輪機管路三維模型放樣，組建的輪機機電設備和管路模型的尺寸、結構、重量屬性與實物保持一致，建立的模型布置容易滿足造船工藝要求，同時舾裝件的生產設計與輪機電氣同時展開，相互配合，在出圖階段還能實現分段管路托盤管理；將機艙劃分為機艙底、左右舷艙壁、機艙蓋板等小型平面零件單元托盤，配合船體分段合攏工序，在船體分段制造過程中或制成后到分段合攏之前，分段托盤內的輪機管道及鐵舾件可以提前進行舾裝作業，減少分段合攏后密閉艙室施工時間和多工種密集交叉作業工作量，還能平衡工作人員的勞動量；分段預制時，機艙頂部甲板分段為反向平鋪，使傳統的艙內懸空仰裝作業變成艙外落地平裝作業，更方便借助吊機吊運較重的部件設備，極大的改善勞動環境，減輕勞動強度，提高勞動生產率、縮短施工建造周期，提高施工質量；提高自動化程度，形成與船體設計與建造系統相連接的綜合系統。

管路放樣所需要的輸入資料，見表1 所示；管路布置放樣操作流程，見圖1 所示。

表1 管路放樣所需的輸入資料

圖1 管路布置放樣操作流程圖

2.3 生產數據圖表輸出

圖紙處理模塊，可以便捷輸出供內場加工及現場安裝使用的管子加工下料表、管子零件圖、管子腹板圖、管系開孔圖、外板開孔表、管子支架圖、管路系統代碼及安裝基準表、管子托盤平面及立體安裝圖等指導文件；還可以輸出支持各種生產計劃管理的表格數據，包括管子托盤管理表、管附件管材匯總表、閥附件托盤管理表、托盤重量重心表等；全方位的體現船舶建造系統和船舶管理系統的集成統一，有效縮短了船舶設計和建造周期，提高設計質量。

3 結語

通過應用SPD 進行65 t 拖輪的機艙輪機管路三維模型放樣，體會到三維綜合放樣具有實用、靈活、開放、高效和模型精細的特點，基本能滿足船舶建造施工需求，切實提高生產精度和效率；利用仿真模型，可提高現場施工精準度，減少返工現象，有效縮短造船周期，對推進現代造船模式有著重要的作用；通過對該軟件的實際應用，積累了經驗，為進一步優化其功能奠定了基礎。