基于仿生學(xué)的游艇造型概念設(shè)計(jì)

王小亮

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

基于仿生學(xué)的游艇造型概念設(shè)計(jì)

王小亮

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

我國(guó)“十二五”發(fā)展規(guī)劃中，明確指出要努力培育以游艇、游輪等為載體的高端旅游市場(chǎng)，大力發(fā)展旅游裝備制造業(yè)。但目前我國(guó)游艇制造企業(yè)與國(guó)外的知名游艇廠商還有差距，尤其在游艇設(shè)計(jì)方面差距更大。針對(duì)游艇設(shè)計(jì)領(lǐng)域現(xiàn)況，提出在游艇造型設(shè)計(jì)中引入仿生學(xué)的理念，從形態(tài)、功能、結(jié)構(gòu)、色彩等角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出造型新穎又功能強(qiáng)大的概念游艇，為游艇造型設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和借鑒。

游艇造型；仿生學(xué)；概念設(shè)計(jì)

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平顯著提高，游艇不再是億萬(wàn)富豪獨(dú)有的玩具，正逐漸進(jìn)入人民大眾的生活。一些發(fā)達(dá)國(guó)家各種用途的游艇需求與日俱增，在我國(guó)也逐漸興起了“玩游艇”的熱潮。然而，一段時(shí)間之后，人們就會(huì)厭倦了規(guī)規(guī)矩矩的駕駛游艇，逐漸對(duì)其失去了新鮮感，然后大部分時(shí)間將之?？吭诓次簧稀Ｒ虼?，應(yīng)研究制造一種像魚兒一樣既能暢游海面，又能潛入海底的新型游艇，滿足游艇玩家的需要。

針對(duì)人們對(duì)游艇造型個(gè)性化、功能多樣化的需求，將仿生學(xué)的理念引入游艇造型設(shè)計(jì)中，大膽創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出具有流暢線條、簡(jiǎn)約美觀、動(dòng)感時(shí)尚的造型而又功能強(qiáng)大的概念游艇，為超級(jí)游艇家族增添一名造型獨(dú)特的新成員。

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

全球金融危機(jī)爆發(fā)以來(lái)，全球經(jīng)濟(jì)和制造業(yè)陷入困境，眾多商船制造企業(yè)因缺少訂單而導(dǎo)致破產(chǎn)倒閉。但和全球經(jīng)濟(jì)疲軟形成鮮明對(duì)比的，超級(jí)游艇市場(chǎng)在過(guò)去幾年里整體勢(shì)頭保持良好。世界知名的游艇制造企業(yè)近年來(lái)的超級(jí)游艇定購(gòu)量逐年增加，企業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)穩(wěn)健增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

我國(guó)“十二五”發(fā)展規(guī)劃中，明確指出要努力培育以游艇游輪等為載體的高端旅游市場(chǎng)、大力發(fā)展旅游裝備制造業(yè)。國(guó)家發(fā)改委也鼓勵(lì)發(fā)展豪華游艇設(shè)計(jì)制造及配套產(chǎn)業(yè)，在此形勢(shì)下我國(guó)游艇設(shè)計(jì)制造業(yè)迅猛發(fā)展。但目前我國(guó)游艇制造企業(yè)與國(guó)外的知名游艇廠商還有差距，尤其在游艇設(shè)計(jì)方面差距更大。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)欠缺，設(shè)計(jì)方案平庸、老氣，極少有設(shè)計(jì)師能打破常規(guī)設(shè)計(jì)出新穎、精巧的造型。因此，我國(guó)的游艇制造企業(yè)大多聘請(qǐng)國(guó)外設(shè)計(jì)師，或者是直接購(gòu)買國(guó)外設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)方案，還有部分是直接剽竊國(guó)外的優(yōu)秀設(shè)計(jì)，這將致使國(guó)內(nèi)游艇設(shè)計(jì)水平與歐美越拉越大。

2016年3 月5日李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中指出：“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展第一動(dòng)力，必須擺在國(guó)家發(fā)展全局的核心位置，深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略”。要實(shí)現(xiàn)中國(guó)游艇設(shè)計(jì)制造業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，就必須尋求在設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新或突破。

2 游艇造型概念設(shè)計(jì)具體流程

2.1 仿生對(duì)象的選擇

目前，仿生游艇造型多與海洋生物有關(guān)。由于它們生存的環(huán)境與游艇航行及停靠的背景環(huán)境相似，而且它們的身形及運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，與游艇的造型及內(nèi)涵要素也非常契合，所以海洋生物成為游艇設(shè)計(jì)最常仿照的對(duì)象。

本設(shè)計(jì)的仿生對(duì)象選取被人稱為“水下魔鬼”的古老魚類——蝠鲼，如圖1所示。因其定位為采用仿生學(xué)的多功能游艇概念設(shè)計(jì)，所以在選擇仿生對(duì)象時(shí)，應(yīng)在提取形態(tài)、色彩特征的同時(shí)，對(duì)其功能、結(jié)構(gòu)特征加以提煉，使其融入游艇的設(shè)計(jì)中。

圖1 蝠鲼

2.2 仿生特征的提取

2.2 .1形態(tài)仿生

提取蝠鲼在海中優(yōu)雅飄逸的游姿和凌空出世的整體形態(tài)要素，進(jìn)行變形及抽象化處理，用簡(jiǎn)潔流暢的線條表達(dá)，演變成游艇的流線型造型，展現(xiàn)游艇極具韻律感的優(yōu)美形態(tài)；再把突起的眼睛形象和游艇的功能相關(guān)聯(lián)，演變出游艇的照明及聲吶系統(tǒng)；然后將魚鰓和尾鰭等的具象外形加以提煉，設(shè)計(jì)成游艇的噴水推進(jìn)系統(tǒng)的進(jìn)水口和噴水口，巧妙地將外觀形態(tài)和游艇的功能部件相結(jié)合。

2.2 .2功能仿生

蝠鲼可潛行海底，又能游弋在海面，還有騰躍出海面借助風(fēng)力滑翔的特性，為拓展游艇功能提供了靈感。因此功能仿生方面，可以提取蝠鲼三種不同的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，豐富游艇功能，設(shè)計(jì)出具有水下潛行、水面航行及迎風(fēng)跳躍滑翔等多種功能的超現(xiàn)代仿生游艇。

2.2 .3結(jié)構(gòu)仿生

蝠鲼的魚骨為中空的軟骨結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度和韌性極高，可承受其潛行海底時(shí)，數(shù)百米海水的巨大壓力，及躍出海面下落后，擊打水面產(chǎn)生的巨大沖擊力。仿造蝠鲼的魚骨結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，用先進(jìn)復(fù)合材料制造游艇的耐壓殼體及承力梁，可滿足艇體在極端條件下的強(qiáng)度要求。

2.2 .4色彩仿生

蝠鲼的軀體背面大多為黑色或灰藍(lán)色等較深的顏色，這可以幫助它吸收海面陽(yáng)光帶來(lái)的熱量，維持體溫，同時(shí)在它潛入海底時(shí)充當(dāng)保護(hù)色。腹部表皮為白色，可降低熱量的散失。游艇的配色可仿照蝠鲼，艇體水線之上設(shè)計(jì)成深色的太陽(yáng)電池板，為游艇提供澎湃的動(dòng)力，水線之下則涂裝成白色。

2.3 游艇主尺度參數(shù)

艇名：“魔鬼魚”號(hào)，英文名“Devil Ray”；

總長(zhǎng)Loa=32m； 設(shè)計(jì)水線長(zhǎng)Lwl=30m；

型深T=4.2m； 型寬B=6.9m；

設(shè)計(jì)吃水D=2.15 m；

排水量Δ=240 t；

推進(jìn)系統(tǒng)：噴水推進(jìn)系統(tǒng)；

最高船速≥50 Kn； 水下航速≥12 Kn；

續(xù)航距離≥300 n mile；

航區(qū)：沿海航區(qū)； 船員：4人；

乘客：8人。

2.4 游艇方案設(shè)計(jì)

2.4 .1草圖繪制階段

分析、提煉其整體或局部特征應(yīng)用到游艇設(shè)計(jì)中，形成初始設(shè)計(jì)方案。此階段要進(jìn)行大量的草圖繪制，從中選取理想的方案，如圖2所示。確定方案后，進(jìn)一步優(yōu)化方案，并考慮所用制造材料特點(diǎn)，結(jié)合施工工藝對(duì)方案的細(xì)節(jié)進(jìn)行處理。

圖2 草圖方案

2.4 .2建模階段

優(yōu)化方案之后，進(jìn)一步處理細(xì)節(jié)，再用Auto CAD、3D Maxs、Rhino等軟件完成建模，如圖3所示。

圖3 三維建模

2.4 .3最終效果圖

運(yùn)用3D Maxs里面的燈光系統(tǒng)和VRay材質(zhì)系統(tǒng)對(duì)模型進(jìn)行渲染。再運(yùn)用Photoshop等軟件完成效果圖的最后處理，得到最終效果圖，如圖4所示。

圖4 最終效果圖

2.5設(shè)計(jì)說(shuō)明

“魔鬼魚”號(hào)是一艘多功能運(yùn)動(dòng)型游艇，整體設(shè)計(jì)徹底顛覆了傳統(tǒng)游艇一貫的設(shè)計(jì)風(fēng)格。游艇從造型、功能、色彩、材料、結(jié)構(gòu)、動(dòng)力及配置等各個(gè)方面，都能給人一種新奇、酷炫的感官體驗(yàn)。

2.5 .1造型設(shè)計(jì)

由于采用先進(jìn)復(fù)合材料作為游艇艇身材料，應(yīng)用真空導(dǎo)流技術(shù)的RTM成型工藝，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)美的流線型造型。因此在艇身造型設(shè)計(jì)時(shí)，提取蝠鲼整體形態(tài)要素，進(jìn)行變形及抽象化處理，用簡(jiǎn)潔流暢的線條表達(dá)，演變成游艇的流線型造型，展現(xiàn)游艇極具韻律感的優(yōu)美形態(tài)；然后將魚鰓和尾鰭等的具象外形加以提煉，設(shè)計(jì)成游艇的離心渦輪噴水推進(jìn)系統(tǒng)的進(jìn)水口和噴水口，巧妙地將外觀形態(tài)和游艇的功能部件相結(jié)合。

2.5 .2功能設(shè)計(jì)

該艇主要航線為沿海航區(qū)，具有水面游覽、迎風(fēng)跳躍滑翔、水下潛行觀光等多種功能。

水面游覽模式：如其它豪華游艇，在水面航行，舒適平穩(wěn)。游艇水線以上敷設(shè)超薄太陽(yáng)能電池板，既能為動(dòng)力系統(tǒng)提供強(qiáng)大電力，又能逐塊折疊打開，實(shí)現(xiàn)艙室內(nèi)部通風(fēng)和增強(qiáng)采光，讓人們可以直接享受輕柔的海風(fēng)、觀賞沿岸秀美風(fēng)光。同時(shí)也可透過(guò)底部觀景窗欣賞到水中海洋生物的千姿百態(tài)。

跳躍滑翔模式：尾部離心渦輪噴水推進(jìn)系統(tǒng)在強(qiáng)大動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)游艇達(dá)到最高航速，同時(shí)啟動(dòng)氫-氧燃料電池裝置，當(dāng)高功率蓄電池充滿電力后，發(fā)動(dòng)機(jī)瞬間輸出最大功率，向上拉起操縱桿，調(diào)整噴水推進(jìn)器傾斜角度，輔以艏部下方噴水推進(jìn)器，可以把游艇推向空中最高達(dá)3米，并迎風(fēng)短距離滑翔。艇身落向海面時(shí)，還可在承力梁超強(qiáng)彈性作用下，緩沖游艇底部受到的沖擊力，并連續(xù)向前跳躍，讓人們體驗(yàn)飛一般的刺激感覺。

水下潛行模式：如果騰空之后，調(diào)整入水角度，這艘游艇又能掉頭向下，以快速俯沖的方式進(jìn)入水下，即進(jìn)入水下潛行模式。潛水模式可以讓人體驗(yàn)到水下世界特有的寧?kù)o，還透過(guò)底部觀景窗可以欣賞到瑰麗多彩的海底世界。水下停留一定時(shí)間，在獲得一定速度之后，往回拉操控桿，游艇即可躍出水面。

2.5 .3色彩設(shè)計(jì)

游艇主體涂裝為淺銀灰色和黑色，具有極強(qiáng)的科技感、速度感及神秘感。其中太陽(yáng)能電池板及舷窗的黑色與艇體主體結(jié)構(gòu)的銀灰色，形成鮮明對(duì)比，在給人強(qiáng)烈的視覺沖擊力的同時(shí)，還能讓人感到穩(wěn)重和安全。此外，天藍(lán)色的照明燈飾，對(duì)大面積的色塊進(jìn)行了分割，增添了一絲動(dòng)感和活潑。內(nèi)裝主體采用乳白色，體現(xiàn)出簡(jiǎn)約、整潔的氣質(zhì)，休息室內(nèi)應(yīng)用暖色木紋以突出溫馨舒適的氛圍。

2.5 .4材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該艇主體100%使用先進(jìn)復(fù)合材料，既減輕了游艇重量，又能提高速度，還能保證極高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。底部承力梁采用凱夫拉纖維制造，利用其高強(qiáng)度及彈性以緩沖滑翔跳躍時(shí)游艇底部受到的沖擊力。雙層殼艇體采用PVC泡沫夾芯結(jié)構(gòu)，減少了實(shí)心艇體所具有的共振傳聲特性，還可承受跳躍滑翔時(shí)的巨大沖擊力及水下壓力。

2.5 .5動(dòng)力系統(tǒng)及航行模式設(shè)計(jì)

游艇配備太陽(yáng)能光伏發(fā)電和氫-氧燃料電池發(fā)電裝置來(lái)為全艇提供能源，并真正做到綠色環(huán)保。當(dāng)處于水面游覽模式時(shí)，主要以太陽(yáng)能發(fā)電來(lái)驅(qū)動(dòng)離心渦輪噴水推進(jìn)系統(tǒng)，可以達(dá)到30節(jié)巡航速度；處于水下潛行模式則靠氫-氧燃料電池產(chǎn)生的電力驅(qū)動(dòng)，最高可以達(dá)到12節(jié)航速。當(dāng)兩套動(dòng)力系套同時(shí)啟動(dòng)，可以達(dá)到50節(jié)的最大航速，向上拉起操縱桿，并調(diào)整噴水推進(jìn)器傾斜角度，即可進(jìn)入跳躍滑翔模式。

2.5 .6內(nèi)部配置設(shè)計(jì)

游艇內(nèi)部為駕駛員和乘客配備類似賽車座椅，并且加裝安全帶，可以在高速行駛及連續(xù)跳躍滑翔時(shí)最大限度地保護(hù)乘客。游艇內(nèi)還裝備有GPS設(shè)備和iPod播放器和為乘客提供導(dǎo)航和娛樂服務(wù)，并設(shè)有衛(wèi)星WiFi接收裝置，能實(shí)現(xiàn)游艇與陸地間的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)互通。此外，游艇底部還配備了水下監(jiān)控?cái)z像機(jī)，不但能讓艇上乘客透過(guò)觀景窗欣賞到絢麗的水下風(fēng)光，還能讓更多人通過(guò)網(wǎng)絡(luò)觀看到水下實(shí)時(shí)傳回的畫面。

3 結(jié)論

以仿生學(xué)理論為指導(dǎo)，以海洋生物“蝠鲼”為仿生對(duì)象，設(shè)計(jì)的造型新穎而又功能強(qiáng)大的概念游艇，旨在打破常規(guī)的游艇造型設(shè)計(jì)模式，提出游艇設(shè)計(jì)新思路，為以后的游艇造型設(shè)計(jì)指明方向。

[1]張偉,李長(zhǎng)如,趙心宇.國(guó)內(nèi)外游艇產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r及問(wèn)題分析[J].海洋經(jīng)濟(jì),2013(3):16-20+50.

[2]鄭剛強(qiáng),王晨宇.90 ft-128 ft大型系列化游艇設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐[J].湖北美術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2015(3):80-84.

[3]鄭剛強(qiáng),葛璐璐,李頌.游艇概念設(shè)計(jì)方法與技術(shù)研究[J].藝術(shù)與設(shè)計(jì)(理論),2012(5):128-130.

[4]王充,劉月琴,陳超核.100 ft豪華游艇典型艙室噪聲預(yù)報(bào)與控制[J].船海工程,2016(1):26-31.

［責(zé)任編輯：陸麗娜］

Concept Design of Yacht Modeling Based on Bionics

WANG Xiaoliang
(Bohai Shipbuilding Vocational College,Xingcheng 125105,China)

In the"12th Five-Year" development plan of China,it is pointed out that it is necessary to make efforts to cultivate high-end tourism market with yachts,cruise ships and other carriers,and to develop tourism equipment manufacturing industry vigorously.However,there is still a gap between China's yacht manufacturing enterprises and foreign famous yachtmanufacturers,especially in yacht design.According to the status of yacht design field,the paper proposes the introduction of Bionics concept in the design of the yacht. Starting from the point of view of form,function,structure,color and so on,concept yacht is designed with the feature of novel and powerful function to provide guidance and reference for the future modeling design of yacht.

yachtmodeling;Bionics;concept design

U 674

A

2095-5928（2017）03-49-04

10.16850/j.cnki.21-1590/g4.2017.03.015

2016-12-15

王小亮（1984-），男，遼寧葫蘆島人，講師，學(xué)士，研究方向：船舶與海洋工程及工業(yè)設(shè)計(jì)。