船舶主船體高效率布置設(shè)計(jì)方法研究

許高輝

（蓬萊中柏京魯船業(yè)有限公司，山東 蓬萊 265601）

在船舶設(shè)計(jì)螺旋線的單向設(shè)計(jì)中，有許多重復(fù)的設(shè)計(jì)過程。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的缺乏使得設(shè)計(jì)任務(wù)無法同步和修改，也沒有從整體上有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。因此，在船舶設(shè)計(jì)螺桿的基礎(chǔ)上，如何進(jìn)一步提高船舶設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率是船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。

1 船體線型的表達(dá)和設(shè)計(jì)方法研究

1.1 船體線型設(shè)計(jì)的雙向可逆設(shè)計(jì)過程

在船舶設(shè)計(jì)過程中，每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都是以主船體為基礎(chǔ)的，概括為形狀和位置的確定。在沿設(shè)計(jì)螺旋單向進(jìn)行的船舶設(shè)計(jì)中，各設(shè)計(jì)任務(wù)都是以船體內(nèi)部的坐標(biāo)體系為參照進(jìn)行定位和設(shè)計(jì)。然而，這種定位方法分離了設(shè)計(jì)對(duì)象之間的關(guān)系，導(dǎo)致了設(shè)計(jì)任務(wù)的相對(duì)獨(dú)立性。為了改變這種狀況，有必要尋找一種新的定位方法。由于每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都是以船體線型為基礎(chǔ)的，因此本文選擇船體線型作為參考來定義。從船體定線的設(shè)計(jì)內(nèi)容可以看出，船體定線的主要設(shè)計(jì)要素包括基準(zhǔn)面、縱斷面和型值點(diǎn)。將參考面與船體表面相交可得到剖面，將參考面與剖面相交可得到剖面點(diǎn)。基準(zhǔn)面是船體定線的底部設(shè)計(jì)要素。在船體定線設(shè)計(jì)過程中，以基準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面來確定縱斷面和數(shù)值點(diǎn)的位置。因此，其他設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的設(shè)計(jì)對(duì)象也可以使用參照平面作為參照標(biāo)準(zhǔn)。研究了每項(xiàng)任務(wù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并在船體線形設(shè)計(jì)中加入相應(yīng)的基準(zhǔn)面，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供所需的形狀參考和位置參考。為每個(gè)參考平面建立距離和角度等約束，這些約束將每個(gè)設(shè)計(jì)鏈接的設(shè)計(jì)對(duì)象鏈接起來，使每個(gè)任務(wù)能夠在相同的設(shè)計(jì)環(huán)境中執(zhí)行設(shè)計(jì)過程。當(dāng)一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可以根據(jù)參考平面退回到上層設(shè)計(jì)過程，并有針對(duì)性地修改相關(guān)設(shè)計(jì)對(duì)象。通過在船體線形設(shè)計(jì)中增加豐富的位置和形狀參考，為沿設(shè)計(jì)螺旋線的雙向可逆設(shè)計(jì)過程提供了依據(jù)，為分叉螺旋線的引入創(chuàng)造了條件。推動(dòng)了船舶設(shè)計(jì)螺旋線并行化、協(xié)同化、多學(xué)科的發(fā)展與進(jìn)步。

1.2 船體線型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的船體定線設(shè)計(jì)主要通過船體定線圖和形值表來表達(dá)設(shè)計(jì)方案。船體剖面通過將船體剖面的相交線和特征輪廓投影到相應(yīng)的基準(zhǔn)面來表示。船體橫截面交線是指平行于每一基準(zhǔn)面的三組平面與船體表面的交線，對(duì)應(yīng)的交線是船體橫截面交線（即橫截面線，縱剖面線和水線）。每一橫截面的交線分別代表船體表面沿船長(zhǎng)、船型寬度和船型深度三個(gè)方向的變化規(guī)律。特征輪廓線是指表征船體曲面邊緣和折角位置形狀特征的輪廓線，即首尾輪廓線、甲板邊線、甲板中心線、舷墻頂線、平邊線、平底線和折角線等。船體型值表是通過將船體線型圖中各型值點(diǎn)的位置信息編列成數(shù)據(jù)表格，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)船體線型進(jìn)行表達(dá)。

2 船舶分艙優(yōu)化布置方法研究

2.1 船舶分艙布置的雙向可逆設(shè)計(jì)過程

基于沿設(shè)計(jì)螺旋雙向可逆的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)船舶分艙可回溯的設(shè)計(jì)過程。以船體線型屬性化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，根據(jù)貨船艏艉尖艙、機(jī)艙、貨艙和邊艙等各主要艙室的布置需求，在船體線型設(shè)計(jì)過程中預(yù)制船舶分艙布置中各水密艙壁和甲板平臺(tái)所需的位置參考和形狀參考。這些參考面作為船體線型設(shè)計(jì)與船舶分艙布置的特征屬性，將船體線型與船舶分艙布置聯(lián)系起來。在分艙布置過程中發(fā)現(xiàn)船體型線不能滿足分艙布置的要求，不是按設(shè)計(jì)螺旋往前進(jìn)行機(jī)艙布置設(shè)計(jì)，而是立刻返回到型線設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，根據(jù)相應(yīng)參考面對(duì)船體線型進(jìn)行修改，使型線與分艙達(dá)到協(xié)調(diào)后，再繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的逆向進(jìn)程。也就是說，在任何設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，當(dāng)出現(xiàn)與前面設(shè)計(jì)不協(xié)調(diào)因素時(shí)，立刻返回到前面設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)調(diào)整其設(shè)計(jì)，以達(dá)到二者協(xié)調(diào)。如此，可以及時(shí)消除設(shè)計(jì)過程中隨時(shí)出現(xiàn)的不同設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)之間的不協(xié)調(diào)因素，避免不協(xié)調(diào)因素在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中的累加，從而縮短整個(gè)總體設(shè)計(jì)過程，提高設(shè)計(jì)效率。

2.2 貨船主船體劃分的基本準(zhǔn)則

主船體是連續(xù)開放甲板（通常是上層甲板） 下整個(gè)船體的一部分。根據(jù)不同船型的要求，通過設(shè)置水密艙壁、甲板、平臺(tái)和雙層底來劃分主船體的內(nèi)部空間區(qū)域。貨船主船體艙室布置時(shí)，通過水密艙壁沿船長(zhǎng)方向分為艏尖艙、機(jī)艙、貨艙和側(cè)艙。首尖艙是船舶前部的艙室，通常包括第一個(gè)壓載艙和錨艙。船舶的艏尖艙通常由船體的防撞艙壁與后艙隔開。規(guī)范對(duì)不同類型船舶的防撞艙壁位置有不同的要求。一般用防撞艙壁與船首垂線的距離來定位。

艉尖艙是位于船舶最尾端的艙室，它通常包括舵艙和船尾壓載艙。它主要用于布置舵機(jī)和調(diào)整船距。根據(jù)尾架布置和母船布置方案選擇尾吊艙長(zhǎng)度。艉管盡量布置在艉艙內(nèi)。

機(jī)艙是船舶內(nèi)安裝主機(jī)和其他機(jī)電設(shè)備的艙室。根據(jù)機(jī)長(zhǎng)沿途機(jī)艙的不同位置，機(jī)艙可分為尾機(jī)型、中置機(jī)型和中置后機(jī)型。機(jī)艙長(zhǎng)度根據(jù)主要機(jī)電設(shè)備布置和機(jī)艙位置確定。在機(jī)艙設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量縮短機(jī)艙長(zhǎng)度，在允許機(jī)艙高度的情況下，設(shè)置相應(yīng)的機(jī)艙平臺(tái)。從而充分利用空間布置機(jī)電設(shè)備，提高機(jī)艙容量利用率。

壓載艙位于主船內(nèi)雙層底、船首尖艙和側(cè)艙。側(cè)艙主要包括雙殼結(jié)構(gòu)的下側(cè)艙、上側(cè)艙和側(cè)艙。壓載艙主要用于保證船舶在不同的裝載條件下具有適當(dāng)?shù)母⌒院头€(wěn)定性。