内河船舶型线设计思考

内河船舶型线设计思考

刘德绪,杨洪路

 重庆市船舶检验中心有限公司 ，重庆，40000  

摘要：内河船舶是联结国际、国内市场的纽带，是综合运输体系和水资源综合利用的重要组成部分，笔者拟通过简析重庆地区内河船舶型线设计现状，及其在船舶设计、审图、建造、检验中的关注度，思考未来内河船舶型线设计手段创新，找寻更简便、高效的船舶型线优化方式。

关键字：船舶；型线；创新；优化

引言：船舶型线图是在三个相互垂直的投影面上，以船体型表面的截交线，投影线和外廓线表示船体外形的图样。它是一张重要的船舶图样，不仅表示了船体的外形和大小，还是计算船舶航海性能，绘制其它船舶图形，进行船体放样的主要依据，是决定船舶技术性能的原始DNA。

一、内河船舶型线设计方法

母型船改造法是利用母型船的型线运用恰当的方法、结合船舶的主尺度、船形系数等船体主要要素保持其型线特征设计符合要求的新船型，这是长期以来运用最广泛的方法。船舶设计人员在绘制型线图时一般将船首放在右,船尾在左,并使船舶置于正浮状态,将船体外形投影到三个相互垂直的基本平面来表示，这三个基本投影平面称为主坐标平面。下面简要介绍单体船舶型线图的绘制作。

1、绘制格子线

所谓格子线即水线面图上的站号线（横剖线)与纵剖线,纵剖面图上的水线与站号线,横剖面图上的水线和纵剖线，他们之间是相互垂直的直线。

2、横剖线的绘制

绘制横剖线图的前提是设计横剖面面积曲线，他表示横剖面面积沿船长的分布,据此用近似积分法可算出所设计船舶的排水量,如与预想的排水量有出入,可适当调整横剖面面积曲线。横剖面面积曲线所围面积形心即船舶的浮心，改变横剖面面积曲线也可调节浮心位置。横剖线图则是按照设计横剖面面积曲线在各站的面积绘制，一般可采用梯形法、矩形法确定横剖线的基本轮廓，同时将各站处的横剖线的甲板边缘连接起来为甲板边线，舷墙顶点的连线也画出为舷墙顶线，即得横剖线图。横剖面面积曲线是绘制型线图的基础,它必须光顺,否则对阻力性能影响极大。

3、纵剖线的绘制

以纵向平面截切外板型表面所得交线即为纵剖线。纵向平面与船中外板型表面的交线称为中纵剖线,它的形状与外廓线一致。中纵剖线由龙骨线、首轮廓线、尾轮廓线组成，将这些线分别在各站位上的高度值分别量取后，标记在纵剖线图的格子线中的对应站号上，然后将这些点依次连接起来，形成中纵剖面线，同理将其他的纵剖线的在各站位上的高度值量取，标记在纵剖线图的格子线中的对应站号上，绘制出其他纵剖线。此外,在纵剖线图中还需要画出甲板边线、首尾升高甲板边线和舷墙顶线等的测投影，以反映出它们的俯视轮廓。

4、半宽水线的绘制

以水平面截切外板型表面所得的交线即为水线。水线的绘制是将每条水线对应在横剖线图中各站线的半宽值分别量取，在分别标记在水线图中对应的站号线上，然后依次连接出对应的水线，即成半宽水线图。此外,在半宽水线图中还需要画出甲板边线、首尾升高甲板边线和舷墙顶线等的水平投影，以反映出它们的俯视轮廓。

5、型线的验证

光顺性验证：型线的光顺性是指型线的曲率应缓和地变化,不应存在局部凹凸起伏和局部突变现象。每根型线的光顺性通过目测加以检验。

协调性验证：型线的协调性是指各组型线间的间距大小应有规律地变化,不应存在时大时小的现象。

投影一致性验证：从上述的横剖线图、纵剖线图、半宽水线图的绘制中不难看出，型线图即为船舶的三视图。即在型线型线上的任意一个点，都能够在其他两个图中对应的线上找到，这就是我们验证型线投影一致性的基本原则。

二、内河船舶型线设计工具

1、手工绘制设计

手工绘制设计是船舶设计乃至全世界所有工业设计的初始形态，手工绘制船舶型线是一个相对浩大的工程，影响其设计质量的因素较多，除考验设计师的船舶设计理论知识外还考验设计师的耐心细心也是极大的考验，甚至是煎熬，因为手绘图纸有较强的个人色彩、且极其不便于传播、其在在数据表达上也存在先天性缺陷，所以早在上世纪90年代，手工绘制船舶型线就开始慢慢退出历史舞台，直至今日几乎已无船舶设计师使用手工绘制进行设计。

2、AutoCAD绘制设计

AutoCAD（Autodesk Computer Aided Design）是Autodesk（欧特克）公司首次于1982年开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行。AutoCAD绘制设计是当前内河船舶型线设计应用最广的一种设绘方式，因为其页面友好，功能性强而深受船舶设计师的喜欢，大部分船舶设计师在大学期间就开始使用CAD进行图纸设计，从而一直沿用到自己职业生涯中。CAD在船舶设计中有长足的优势，有较大的用户群体，但也有明显的缺点，一是AutoCAD支持的文件格式数量非常有限，设计元数据及其不利于协作及转化；二是AutoCAD是非参数编辑，因此3D模型非常耗时。对于编辑，它必须遵循太多的步骤，相对需要投入更多的人力资源。

三、内河船舶型线设计现状分析

不难看出，当前内河船舶型线设计依旧沿用原始的母型船型线改造设计方式，采用二维设计是当前内河船舶型线设计的主流，自上世纪90年代开始持续至今，30年内设计思路及手段几乎没有变化。笔者认为主要原因有三。

一是按需求船舶主尺度，寻找母型船型线进行改造是“最高效”的设计方式，且母型船的技术积累可以帮助设计师进行一定程度的避险，但此设计方法也很大程度上阻止了船舶型线设计的创新。

二是型线设计在内河造船工程中型线设计的重要性未引起足够的重视，一般内河船舶建造船厂按照放样线型进行生产下料后，船壳板焊接过程中和焊接完成成后，并不会再对船舶线型进行复核，施工队甚至为了施工的方便，在构件装配和焊接过程中随意进行“水火校正”，随意变更船舶构件几何形状。

三是船舶建造完成后，型线的校正难度相对较大。

四是Autodesk公司产品市场占有率太大，即使更好的设计软件出现，考虑到客户和管理机关对数据格式的要求，设计师不敢轻易更换设计软件，同时更换设计软件又需要进行一定的资金及人力学习成本的投入。

四、内河船舶型线设计思考和展望

为实现国家“双碳”目标，我们需要设计更高装载率、更低能耗的标准化船舶，因此船体型线的设计现得尤为重要。特别是在减少粘性阻力和兴波阻力方面。粘性阻力和兴波阻力都与船体形状设计有很大的关系，既与船舶型线设计密切关联。基于人工智能技术的机器学习可能是作为未来船舶型线设计的一个主要发展方向，运用新建3D算法模型，在确定了船舶功能后，通过机器学习方式让算法自动优化设计方案，并将类似快速性、经济性、舒适性等一些船舶拟实现的功能性需求设定输出变量，通过大量数据训练，不断优化设计本身，提高设计质量，把设计过程变为与传统设计相反的3D到2D的方法。同时通过现在市场上成熟的手持式、轨道式或无人机挂载等方式对船舶建造过程不断进行数据采集，将数据信息流不断导入所建立的算法模型中，即可以监督当前建造工作，也可以优化建造施工工序、同时也可以将数据流引入至船舶建造质量管理机关，时时动态掌握船舶建造进度及在重要建造节点进行远程监督、指导等。

参考文件：1.《船体制图》，杨永祥 茆文玉 翁士纲，哈尔滨工程大学出版社