無圖紙資料漁船技術(shù)狀況評估與圖紙還原研究

趙新穎胡佩玉張 怡李 超張 舒

（1農(nóng)業(yè)部遠(yuǎn)洋漁船與裝備重點(diǎn)實驗室，上海200092；2中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海200092）

無圖紙資料漁船技術(shù)狀況評估與圖紙還原研究

趙新穎1，2，胡佩玉2，張 怡2，李 超2，張 舒2

（1農(nóng)業(yè)部遠(yuǎn)洋漁船與裝備重點(diǎn)實驗室，上海200092；2中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海200092）

為準(zhǔn)確掌握無圖紙資料漁船的技術(shù)狀況，實現(xiàn)漁船的有效檢驗和管理，提升我國漁船技術(shù)水平，促進(jìn)漁業(yè)健康持續(xù)發(fā)展，在實船測量、掃描和數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，對無圖紙資料漁船的技術(shù)評估和圖紙還原工作進(jìn)行了研究探討。研究認(rèn)為，應(yīng)首先通過現(xiàn)場人工勘測獲取漁船的總布置、主體結(jié)構(gòu)狀況和機(jī)電設(shè)備配置等信息，通過精準(zhǔn)線型掃描獲取漁船的線型數(shù)據(jù)，通過傾斜試驗獲取漁船的重量、重心信息；然后利用CAD軟件將人工勘測獲得的數(shù)據(jù)還原漁船的總布置圖、機(jī)艙布置圖、舾裝布置圖等，利用三維掃描處理軟件將獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為漁船的型線圖，用NAPA軟件進(jìn)行三維建模；再結(jié)合傾斜試驗獲取的漁船重量、重心數(shù)據(jù)，按照現(xiàn)行的檢驗法規(guī)對漁船的穩(wěn)性進(jìn)行核算。結(jié)果表明，使用科學(xué)精確的手段進(jìn)行技術(shù)狀況評估和圖紙資料還原后，可以對漁船的穩(wěn)性及其它性能是否符合法規(guī)要求做出判斷，對不符合要求的漁船可以提出相應(yīng)的解決方案。

漁船；技術(shù)狀況評估；圖紙還原；人工勘測；三維激光掃描；傾斜試驗

截至 2015年底，我國共有漁船 104.2萬艘［1］。數(shù)量龐大的漁船對漁業(yè)安全生產(chǎn)、漁業(yè)資源和生態(tài)環(huán)境具有重要影響。因此，對漁船進(jìn)行有效的檢驗和管理具有重要意義。

作為漁船管理中的重要一環(huán)，漁船的圖紙資料與漁船的營運(yùn)檢驗、日常維護(hù)保養(yǎng)、修理、事故應(yīng)急處理都有密切聯(lián)系［2］。

針對我國無圖紙資料漁船的現(xiàn)狀，在現(xiàn)場工作的基礎(chǔ)上，研究提出了通過人工勘測、線型測繪、傾斜試驗和數(shù)據(jù)處理、計算等步驟開展技術(shù)狀況評估和圖紙還原工作。

1 人工勘測

人工勘測的目的是了解漁船的主要要素尺寸與總布置情況，重點(diǎn)掌握漁船的結(jié)構(gòu)形式、主要構(gòu)件的規(guī)格尺寸、腐蝕現(xiàn)狀、漁船的艙室布置、液艙分布、安全及消防設(shè)備配置情況、機(jī)械設(shè)備配置情況、機(jī)艙布置、電氣和通訊導(dǎo)航設(shè)備配置等。

為盡量準(zhǔn)確獲得上述信息，勘測采用現(xiàn)場測量和口頭詢問并記錄的方法，對外部可及的部分，采用卷尺或紅外測距儀進(jìn)行測量記錄，對內(nèi)部已被覆蓋而無法直接測量的部分，如部分液艙的分布等，采用詢問船舶所有者的方式，盡可能準(zhǔn)確還原船舶的技術(shù)細(xì)節(jié)。

人工勘測在漁船上排或停泊在碼頭時均可進(jìn)行，勘測前應(yīng)保證船上無影響開展測量工作的網(wǎng)具、雜物等，并保證勘測時沒有影響勘測人員安全的施工狀況出現(xiàn)。勘測前應(yīng)準(zhǔn)備好測量、照明、記錄等勘測工具及必要的防護(hù)措施，勘測人員按船體、輪機(jī)和電氣專業(yè)進(jìn)行分工。

1.1 船體專業(yè)

船體專業(yè)的勘測按主船體、機(jī)艙、舾裝等部分逐一測量，涉及到總布置情況的需要進(jìn)行草圖繪制。具體勘測項目見表1。

DF101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鄭州長城科工貿(mào)有限公司）；SHZ-DL(Ⅲ)循環(huán)式真空泵（鞏義予華儀器有限公司）；DHG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（鞏義予華儀器有限公司）；Cary 60紫外可見分光光度計（美國安捷倫公司）。

表1 船體專業(yè)勘測項目Tab.1 Items of vessel hull reconnaissance

1.2 輪機(jī)專業(yè)

輪機(jī)專業(yè)勘測目的是掌握漁船推進(jìn)和其他機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)的技術(shù)狀況，勘測地點(diǎn)主要集中在機(jī)艙。應(yīng)根據(jù)機(jī)艙實際設(shè)備布置情況，首先繪制草圖，然后進(jìn)行勘測，并將尺寸和位置信息記錄在草圖上。主要勘測項目見表2。

表2 輪機(jī)專業(yè)勘測項目Tab.2 Items of vessel engine reconnaissance

1.3 電氣專業(yè)

電氣專業(yè)勘測目的是了解漁船電力系統(tǒng)和通信導(dǎo)航系統(tǒng)的基本情況，主要勘測地點(diǎn)集中在機(jī)艙和駕駛室?？睖y項目見表3。

表3 電氣專業(yè)勘測項目Tab.3 Items of electric reconnaissance

2 漁船線型測繪

型線圖是船舶重要的技術(shù)資料之一，不但能準(zhǔn)確表達(dá)船體的形狀和大小，同時還是計算船舶容積、重量、航海性能以及繪制其它船舶圖樣和進(jìn)行船體放樣的主要依據(jù)。實船的型線勘測可采用不同的手段，如：使用光學(xué)經(jīng)緯儀的測量方法［4］；利用水平儀、鋼絲繩、玻璃軟管等測量型線的方法［5］。上述測量方法不但耗費(fèi)較多人工，測量時間較長，而且均存在一定程度的測量誤差，影響船體線型的真實反映。隨著現(xiàn)代測量技術(shù)的發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)已經(jīng)成為測繪領(lǐng)域中的一個新的熱點(diǎn)［6］。作為繼GPS技術(shù)后又一測繪領(lǐng)域的技術(shù)革新，三維激光掃描技術(shù)在非接觸、獲取信息量、掃描時間、數(shù)據(jù)精度等方面有其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢［7］，能夠在復(fù)雜的空間環(huán)境下進(jìn)行自動化的數(shù)據(jù)采集工作，完整獲取各種復(fù)雜、不規(guī)則實體對象的三維空間信息，在船體型線測量中具有一定的可行性［8］。利用三維激光掃描儀對某36 m拖網(wǎng)漁船進(jìn)行掃描后獲得的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖和拼接后的數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 36 m拖網(wǎng)漁船掃描后獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)Fig.1 Original point clouds data of 36 meter long trawler obtained by 3D laser scanning

根據(jù)漁船線型掃描的需求和三維激光掃描儀的特點(diǎn)，進(jìn)行三維掃描時，漁船必須上排。船舶的一側(cè)以及前后要有至少3 m以上的距離，以保證能掃描到船舶舷側(cè)頂部；船舶底部要盡量留有0.8 m以上的距離并保持船體周圍無雜物。為了能將全船掃描完全，需要在不同位置掃描多個站位。首先要根據(jù)船舶的總體情況以及船舶周圍場地情況，預(yù)估大致需要掃描多少站位才能將該船掃描完全。由于船體是對稱的，如條件受限，掃描船型的半邊即可。此外應(yīng)合理設(shè)置掃描分辨率，如果分辨率設(shè)置得比較高，掃描的點(diǎn)就比較密集，精度會比較高，但數(shù)據(jù)量會比較大，導(dǎo)致后期處理比較困難，如果有批量船需要掃描，掃描時間過長會影響工作進(jìn)度；如果分辨率太低，會影響掃描的精度。因此需設(shè)置合理的分辨率，以便于后期數(shù)據(jù)的處理。

3 傾斜試驗

船舶的穩(wěn)性是關(guān)系到船舶使用安全的重要性能。對于缺少圖紙資料的漁船，其重心位置無法知曉，為了確保船舶使用時的穩(wěn)性，必須進(jìn)行傾斜試驗，以測得船舶的真正重心位置，從而進(jìn)行各種工況的穩(wěn)性核算，若穩(wěn)性不能滿足規(guī)范要求，可以采取補(bǔ)救措施使穩(wěn)性達(dá)到要求［9］。因此，傾斜試驗的結(jié)果正確與否，直接關(guān)系到船舶穩(wěn)性校核的正確與否，傾斜試驗必須嚴(yán)格、準(zhǔn)確。為了確保結(jié)果準(zhǔn)確，試驗過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）風(fēng)力和試驗地點(diǎn)。漁船是小型船舶，由于排水量小，極易受到外界因素影響，因此在進(jìn)行傾斜試驗時，應(yīng)選擇2級風(fēng)以下的天氣［10］。試驗地點(diǎn)盡量選擇在船塢內(nèi)或相對平靜的水域內(nèi)，以減少外界因素的干擾。

（2）試驗條件。一般選擇在港內(nèi)維修時進(jìn)行船舶傾斜試驗，因此船上臨時安裝的物件及廢料較多，應(yīng)注意全部清除，初始橫傾不超過0.5°才能進(jìn)行試驗。魚艙艙口蓋應(yīng)關(guān)閉，船上所有的發(fā)動機(jī)都應(yīng)關(guān)閉，否則傾斜試驗數(shù)據(jù)就不夠準(zhǔn)確。

（3）船舶吃水讀數(shù)。由于部分漁船缺乏水尺圖，無法校核水尺位置，因此吃水可以通過從液面量至船體某一處取得，并多取幾點(diǎn)，要注意使基準(zhǔn)點(diǎn)與勘測時的尺寸一致。對于有水尺標(biāo)志圖的船，可由專業(yè)測量人員待船舶穩(wěn)定后讀取，并注意檢查水尺位置是否與水尺標(biāo)志圖一致。

（4）移動重物。傾斜試驗最好使用外形規(guī)則的壓塊作為重物，但很多漁船修造廠由于條件簡陋，往往用沙袋作傾斜試驗，由于沙袋形狀不規(guī)則，容易造成重量不準(zhǔn)，重心高度也難以計算，因此堆放沙袋時應(yīng)注意保持沙袋堆形狀規(guī)則。

4 數(shù)據(jù)處理、繪圖、計算和評估

4.1 數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過人工勘測、線型掃描和傾斜試驗后，已基本掌握了反映漁船技術(shù)狀況的重要數(shù)據(jù)，后期的主要工作是將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計算整理，形成評價漁船安全技術(shù)狀況所需的圖紙或資料。三維掃描數(shù)據(jù)的處理是后期數(shù)據(jù)處理的核心和難點(diǎn)，經(jīng)準(zhǔn)確處理后可獲得漁船的型線圖和型值表，再結(jié)合傾斜試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行漁船穩(wěn)性計算。型值表的形成過程如下。

（1）定義基準(zhǔn)面。將掃描的數(shù)據(jù)導(dǎo)入專業(yè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，處理軟件（如SCENE）將掃描得到的各站點(diǎn)云進(jìn)行拼接，去除雜點(diǎn)，并導(dǎo)出供后續(xù)建模軟件（如NAPA、AutoCAD等）使用的文件格式。處理過程中的關(guān)鍵步驟是定義船型的坐標(biāo)系。3個基準(zhǔn)面的選取方法為：將通過舵桿中心線與船首中縱剖線上一點(diǎn)決定的平面定為中縱面，將垂直于舵桿中心線并通過舵桿中心線上位置較低一點(diǎn)的平面定為基平面，將通過舵桿中心線并垂直于中縱面的平面定義為基準(zhǔn)橫剖面。確定好基準(zhǔn)面后，即可利用一系列平行于基準(zhǔn)面的平面，從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取數(shù)據(jù)點(diǎn)。提取過程中應(yīng)注意依據(jù)形狀選取合適的疏密程度的點(diǎn)，線型曲率變化越劇烈，選取的平行面數(shù)量應(yīng)趨于密集，線型變化較和緩，選取的平行面數(shù)量可趨于稀疏。36 m拖網(wǎng)漁船的三維模型如圖2所示。

圖2 36 m拖網(wǎng)漁船船體部分三維模型Fig.2 3D model of the hull part of 36 meter long trawler

（2）擬合建模橫剖面曲線。依據(jù)選取的橫剖線形狀，選取合適的疏密程度的控制點(diǎn)來擬合模型控制曲線，控制點(diǎn)分布應(yīng)較為均衡，曲率變化大的區(qū)域應(yīng)適當(dāng)加密。

（3）獲取擬合控制點(diǎn)的型值。應(yīng)用AutoCAD的list功能將選取擬合出的橫剖線生成相對于世界坐標(biāo)系的擬合點(diǎn)型值數(shù)據(jù)［11］。為了獲得更精確的型值，應(yīng)將AutoCAD默認(rèn)的毫米級精度調(diào)低至掃描精度。利用得到的型值信息，應(yīng)用相應(yīng)的計算工具軟件（如NAPA、FLUENT等［12］）即可對漁船進(jìn)行建模。依據(jù)點(diǎn)、線、面、體的順序逐步定義船體模型，并檢查模型的準(zhǔn)確性，依據(jù)給定的設(shè)計吃水，確定垂線間長、船舯、型深、基線位置，并調(diào)整船體模型坐標(biāo)系基點(diǎn)與之一致［13－14］。

4.2 繪圖

利用數(shù)據(jù)處理后得到的漁船型線信息，可以繪制漁船的型線圖，再結(jié)合人工勘測獲得的數(shù)據(jù)，利用AutoCAD軟件將其還原成評估漁船安全性能，以及漁船檢驗所必需的總布置圖、結(jié)構(gòu)圖、機(jī)艙布置圖和舾裝布置圖等。

4.3 性能計算

依據(jù)需要補(bǔ)充圖紙的漁船登記信息，選取相適應(yīng)的漁檢規(guī)則（如《漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)則2000》［15］），采用前述的船體模型與試驗數(shù)據(jù)，應(yīng)用總體性能分析軟件進(jìn)行相應(yīng)的總體性能計算并給出分析結(jié)果。結(jié)果可以包括以下內(nèi)容：靜水力曲線表，邦戎曲線表，液艙容積信息，規(guī)則要求的典型裝載工況校核（浮態(tài)信息，穩(wěn)性曲線數(shù)據(jù)，穩(wěn)性衡準(zhǔn)和危險開口點(diǎn)信息）［16］，根據(jù)上述結(jié)果可評估漁船的安全狀況，并提出相應(yīng)的整改措施。

4.4 評估

評估主要針對漁船的安全性開展：綜合考慮漁船是否能夠保證規(guī)則對干舷和穩(wěn)性的要求；結(jié)合實際勘察情況考慮補(bǔ)圖漁船是否滿足規(guī)則對防火、輪機(jī)設(shè)備配置和電氣裝置布置的要求；通過對排水舷口面積的核算，考慮補(bǔ)圖漁船是否存在排水舷口面積不足的問題；對實測的主甲板厚度、外板厚度及主要構(gòu)件尺寸，利用現(xiàn)行規(guī)則進(jìn)行強(qiáng)度校核，判斷是否滿足要求。

5 結(jié)論

無圖紙資料漁船的技術(shù)狀況評估與圖紙還原工作應(yīng)通過現(xiàn)場人工勘測、精準(zhǔn)線型掃描和傾斜試驗獲取與漁船的技術(shù)狀況緊密相關(guān)的數(shù)據(jù)，利用三維掃描處理軟件、CAD軟件以及NAPA等計算軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、繪圖和計算，并按照現(xiàn)行的檢驗法規(guī)對漁船的主要性能進(jìn)行核算。結(jié)果表明，使用科學(xué)精確的手段進(jìn)行技術(shù)狀況評估和圖紙資料還原后，可以對漁船的穩(wěn)性及其他性能是否符合法規(guī)要求做出判斷，對不符合要求的漁船可以提出相應(yīng)的解決方案。 □

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Technical assessment on fishing vessels without design drawings and drawing recovery research

ZHAO Xinying1，2，HU Peiyu2，ZHANG Yi2，LI Chao2，ZHANG Shu2
（1 Key laboratory of Ocean Fishing Vessel and Engineering，Ministry of Agriculture，Shanghai 200092，China；2 Fishery Machinery and Instrument Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Shanghai 200092，China）

In order to learn the technical condition of fishing vessels without design drawings，realize their effective inspection and management，improve their technological level and promote thesustainable development of fisheries，research has been conducted into the technical assessment and drawings recovery of these vessels based on real vessel measurement，scanning and data processing.It shows that on－site artificial reconnaissance should be first carried out to obtain information on the vessel’s overall layout，main structure，machinery and electricity equipment etc.，and to get the molded lines information by three－dimensional laser scanning as well as the weight and gravity center information by inclining test.Next，using the data from the reconnaissance，the drawings of the overall layout，engine room layout，outfitting layout etc.could be recovered by AutoCAD，the point cloud data could be transformed into the molded lines of the vessel by 3D laser scanning and 3D numerical model could be built using NAPA.Then，based on data gained from the inkling test，the stability of the vessel could be calculated following the current inspection regulations.The results show that，through the precise technical assessment by scientific methods and the drawings recovery，judgement could be made on whether the vessel complies with regulations in terms of its stability and other attributes，and countermeasures could be proposed for those that cannot meet the requirement.

fishing vessel；technical assessment；drawings recovery；artificial reconnaissance；3D laser scanning；inclining test

U662.2

A

1007－9580（2007）02－067－05

10.3969／j.issn.1007?9580.2017.02.012

2016－08－31

農(nóng)業(yè)部遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源調(diào)查與探捕項目“遠(yuǎn)洋漁船標(biāo)準(zhǔn)化研究和標(biāo)準(zhǔn)化船型設(shè)計論證”

趙新穎（1979—），男，高級工程師，碩士，研究方向：漁船輪機(jī)工程與節(jié)能技術(shù)。E－mail：zhaoxinying＠fmiri.ac.cn