線型光順過(guò)渡在船舶新舊分段合龍中的應(yīng)用

屈鳳鳴，王佳波

(廣州文沖船舶修造有限公司，廣東 廣州 511462)

某科考船為多用途工程船改裝深潛器支持母船項(xiàng)目，改裝后全船長(zhǎng)94.45 m、型深8 m、型寬17.9 m。專業(yè)的支持母船需要具備為載人深潛器提供布放回收、維護(hù)維修、水下定位、深潛勘探數(shù)據(jù)分析和取樣研究等綜合的水面支持后勤保障的能力[1]。因此，需在甲板上安裝起吊裝置和萬(wàn)米絞車，這些都對(duì)甲板面積提出了一定的要求。此外為了能全面拓展深海取樣、樣品快速分析處理、實(shí)驗(yàn)研究及海洋探測(cè)調(diào)查的能力，生活區(qū)需設(shè)有實(shí)驗(yàn)室的空間。

新改造的艏半船采用了將整個(gè)上層建筑涵蓋在外板曲線里的形式，改裝范圍從FR75往艏及上部生活區(qū)，半船改裝加長(zhǎng)。由于原船船齡較長(zhǎng)，中間多次改裝，相關(guān)圖紙資料缺失較多，初始線型圖是根據(jù)舊船的紙質(zhì)版圖紙描繪所得，誤差較大，如何做到新舊船型光順過(guò)渡，完成新舊船體的一次性對(duì)接成為一大難題。

1 流程原理及工具

首先根據(jù)詳設(shè)改裝圖紙與原船圖紙進(jìn)行初始光順，待原船進(jìn)入干塢，借助儀器對(duì)新舊合龍口處的原船外板線型數(shù)據(jù)進(jìn)行勘測(cè)采集，將采集的數(shù)據(jù)梳理重組整理成線型，然后對(duì)合龍口處的線型進(jìn)行對(duì)比，對(duì)光順好的改裝線型進(jìn)行幾何劃分，確定新舊過(guò)渡要修改的曲面范圍，建立幾何約束。插入原船采集的數(shù)據(jù)，解除舊型值的約束，重新插值代替原來(lái)的控制點(diǎn)，并進(jìn)行局部調(diào)整光順，使修改后的曲面保持光順連續(xù)。光順過(guò)渡后船殼模型圖如圖1所示，將生成的二次修順的新線型運(yùn)用于生產(chǎn)中，在新舊分段進(jìn)行合龍時(shí)，對(duì)二次測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)原船數(shù)據(jù)和新分段數(shù)據(jù)進(jìn)行微量調(diào)整，完成對(duì)接，對(duì)合龍的船體進(jìn)行型值復(fù)核。涉及運(yùn)用到的儀器、軟件有全站儀、型線光順設(shè)計(jì)軟件SPD等。

圖1 光順過(guò)渡后船殼模型圖

圖2 肋骨型線和三維模型圖

光順工具為設(shè)計(jì)軟件SPD的光順系統(tǒng)，其具有光順效率快，三向光順性的優(yōu)點(diǎn)。將船東提供的型值表和站線型線圖通過(guò)此軟件轉(zhuǎn)化為三維線型并對(duì)曲面數(shù)據(jù)進(jìn)行三向處理，肋骨型線、三維模型圖如圖2所示，為后續(xù)外板加工數(shù)據(jù)的提取和生產(chǎn)設(shè)計(jì)建模及輸出提供基礎(chǔ)。

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的工具利用了全站儀，利用激光定點(diǎn)掃描出原船合龍區(qū)域的線型，提高了新舊船體間的合龍及線型過(guò)渡的精度把控，進(jìn)一步了解合龍?zhí)幵那婢€型走勢(shì)，并與新造船體作對(duì)比。

數(shù)據(jù)加工輸出工具為設(shè)計(jì)軟件SPD，用其中外板系統(tǒng)功能輸出船體外板的加工樣條、樣箱數(shù)據(jù)以及零件庫(kù)，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)功能輸出外板骨材逆直線加工表、板材零件庫(kù)。

生產(chǎn)設(shè)計(jì)建模及圖紙輸出工具同為設(shè)計(jì)軟件SPD，根據(jù)光順系統(tǒng)輸出的三維船體線型數(shù)據(jù)建立工程，劃分分段，設(shè)置框架、骨材、肘板、外板，建立三維船體模型，以便后續(xù)船、機(jī)、電專業(yè)的干涉檢查，制作輸出生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙。

2 初步光順及線型特點(diǎn)介紹

該船改裝后的線型具有明顯的特征，整個(gè)上層建筑包裹在曲面線型里，艏部型寬由下至上不斷增大，在4～12 m處又逐漸收小，形成一個(gè)Y字型的球艏。新改造的艏半船與原船保留的艉半船均為曲面船體，這樣改裝后的新船船殼從艉到艏均為曲面線型，不存在船中平行船體。對(duì)改裝來(lái)說(shuō)，曲面船殼的光順過(guò)渡形成了一個(gè)難點(diǎn)。

初步接收到詳設(shè)方面的站位型線圖及改裝圖紙，數(shù)據(jù)與信息全部源自原船圖紙和設(shè)計(jì)院提供的詳設(shè)圖紙，未經(jīng)過(guò)實(shí)船勘測(cè)。以此信息在設(shè)計(jì)軟件中建立文件，輸入站線水線交點(diǎn)表、站線縱剖線交點(diǎn)表相關(guān)數(shù)據(jù)，處理水線圓頭，三向修正型值，轉(zhuǎn)化出肋骨線，得到初步光順的三維線型船型數(shù)據(jù)文件，并建立工程，開始建模及生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作。

3 實(shí)船數(shù)據(jù)勘測(cè)

本船的改裝區(qū)域?yàn)镕R75+450到船首端及上部生活區(qū)，為半船整體改裝加長(zhǎng)，新舊對(duì)接的分段縫處存在曲面曲率，非平行中體，從船底往上到主甲板均存在曲率變化，在靠近主甲板護(hù)舷處，縱向肋位間的數(shù)值變化對(duì)比同肋位的其他地方差值最大?？紤]到全站儀激光掃點(diǎn)的合理性，確定單肋位高度方向以800 mm為間距、從距基線0.8 m高開始到主甲板8.0 m處進(jìn)行實(shí)船數(shù)據(jù)勘測(cè)，縱向以合龍口為準(zhǔn)，往船尾擴(kuò)展3個(gè)肋位進(jìn)行線型數(shù)據(jù)勘測(cè)。肋位寬度測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可知，因?yàn)闇y(cè)量偏心，左右舷型寬存在著明顯的差值，數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)調(diào)正處理。先在CAD中用樣條曲線，根據(jù)測(cè)量的型寬值繪出各肋位的型線，將型線調(diào)正對(duì)中，然后將初步光順的同肋位型線以船中原點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)疊合在一起做對(duì)比。在各測(cè)量高度上，理論型線與實(shí)際測(cè)量型值存在差距，原船實(shí)際型值與理論型值差值如表2所示，其中負(fù)值表示向船中，正值表示向舷側(cè)。

由表2知，合龍區(qū)域初步光順的線型略寬于實(shí)際測(cè)量的原船線型，從船尾往船首縱向方向上差值逐漸變大，并在合龍口區(qū)域差值達(dá)到最大，再往船首方向差值又逐漸縮?。辉诤淆埧趨^(qū)域FR75～FR76,差值從下往上逐漸增大，到主甲板8 m附近差值已經(jīng)達(dá)到110 mm左右。在肋距僅有650 mm的情況下，調(diào)整處理110 mm寬度的型值差值是一個(gè)較難的攻關(guān)點(diǎn)。

表1 肋位寬度測(cè)量數(shù)據(jù) mm

表2 原船實(shí)際型值與理論型值差值 mm

4 過(guò)渡范圍確定

調(diào)整理論型值與實(shí)際測(cè)量型值的偏差量，首先要根據(jù)差值來(lái)確定修改理論線型，光順過(guò)渡的范圍，這個(gè)需要根據(jù)實(shí)際需求通過(guò)基準(zhǔn)、范圍、修改方式3個(gè)方面考慮來(lái)建立幾何約束。

1)因?yàn)榇蟓h(huán)縫FR75+450的位置要做新舊船體的合龍對(duì)接，這個(gè)位置應(yīng)該參考實(shí)際測(cè)量的型值，以原船的實(shí)際型值為準(zhǔn)，需要將FR75+450的實(shí)船勘測(cè)型值直接應(yīng)用到初次軟件光順的數(shù)據(jù)中，并以此為準(zhǔn)向艏、艉雙向光順。

2)從表2的數(shù)據(jù)可以看出，合龍口處往艏的差量在FR86處就已經(jīng)縮小到30 mm左右，為施工現(xiàn)場(chǎng)容易控制的范圍，同時(shí)還要考慮生產(chǎn)建造過(guò)程中的分段劃分問題。從FR75+450到FR86+450為連接新舊對(duì)接處的改造分段，為了不影響往艏前面的改造工程，過(guò)渡修改線型的范圍控制在了FR70～FR86的范圍內(nèi)。

3)修改范圍的控制。以FR75+450原船線型作為基準(zhǔn)，因此可以修改的線型弧度就得到了控制。然后處理合龍口FR76靠近主甲板處(為偏差量最大的地方，差值達(dá)到了110 mm)，此處往艏修改線型，如果順應(yīng)曲面走勢(shì)進(jìn)行修順，會(huì)影響到FR86往艏前面2個(gè)段的線型，并且考慮到要保證不能影響艙容及系列船體系數(shù)，在與船東設(shè)計(jì)院詳設(shè)人員溝通后，決定將此處進(jìn)行部分小弧度拉直處理。

5 二次線型修順

確定了修順的范圍和方式以后，同樣運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件SPD進(jìn)行備份修改數(shù)據(jù)，首先將勘測(cè)的新舊合龍縫FR75+450實(shí)船數(shù)據(jù)，以建立站線的形式輸入型值表中，并以此作為光順基準(zhǔn)，盡量不要修改此站線上的型值；然后在縱剖型值圖和水線圖里拉出FR70、FR75+450、FR86的位置作標(biāo)準(zhǔn)線，建立起幾何約束，釋放調(diào)整產(chǎn)生變形量的型值點(diǎn)，解除舊型值的約束，重新插值代替原來(lái)的控制點(diǎn)，先修正光順縱剖線上的型值點(diǎn)，再處理水線上的點(diǎn)，局部調(diào)整修順曲面，通過(guò)第二次三向光順，得到了新的肋骨型線。原船實(shí)際型值與二次光順后型值差值如表3所示，表3中的負(fù)值表示向船中，正值表示向舷側(cè)。

表3 原船實(shí)際型值與二次光順后型值差值 mm

通過(guò)表3可以看出，在新舊合龍區(qū)域FR75～FR76，二次光順的結(jié)果與勘測(cè)的實(shí)船型值偏差已在現(xiàn)場(chǎng)修正的可控范圍內(nèi)。將結(jié)果再次送審詳設(shè)，經(jīng)確認(rèn)后，最終以此船體型線為準(zhǔn)進(jìn)行后續(xù)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)與建造，通過(guò)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行船體建模，處理輸出相關(guān)生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙，提取數(shù)據(jù)，導(dǎo)出零件庫(kù)及型材加工數(shù)據(jù)、外板樣箱樣條加工數(shù)據(jù)，并做好分段建造過(guò)程中的精度控制。

6 改造后線型復(fù)核

本船新舊對(duì)接在塢內(nèi)完成，在FR75+450的位置直接將舊船體斷開，利用浮吊將艏半船的舊船體吊上碼頭，再將新改造艏分段吊進(jìn)塢內(nèi)，用全站儀在原船艉半船主甲板船中位置定位，使新船體與舊船體船中對(duì)心，并與原船艉半船對(duì)接。圖3為新舊船體塢內(nèi)合龍的現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程圖，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)微調(diào)，整個(gè)對(duì)接過(guò)程順利完成，沒有發(fā)生板材挖換以補(bǔ)齊偏差量的現(xiàn)象，縮短了工期，降低了現(xiàn)場(chǎng)施工難度。完成新舊對(duì)接后，需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)船體線型進(jìn)行復(fù)核，檢驗(yàn)加工精度，并在新舊對(duì)接口的區(qū)域根據(jù)船東建議在新結(jié)構(gòu)拉平處理的地方添加護(hù)舷，提升整體效果。

圖3 新舊船體塢內(nèi)合龍的現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程圖

7 結(jié)束語(yǔ)

新舊船體分段合龍對(duì)接這個(gè)環(huán)節(jié)不僅在本船中存在，在其他船體改裝中也經(jīng)常出現(xiàn)，利用全站儀掃出原船的實(shí)際合龍口線型，然后將改裝的新線型做光順過(guò)渡處理，將后期的施工過(guò)渡問題提前在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行控制，避免了因新線型與實(shí)船線型不合而導(dǎo)致的現(xiàn)場(chǎng)換板散裝，從而達(dá)到節(jié)省工期和降低施工難度的效果。

因近年來(lái)經(jīng)濟(jì)航速政策的影響，多數(shù)集裝箱船都有了減速和減少燃油消耗的需求，通過(guò)改裝球鼻艏來(lái)達(dá)到此目的項(xiàng)目這幾年里也明顯增多，線型光順過(guò)渡在這些改裝項(xiàng)目中都得到了很好的應(yīng)用，更為以后同類型的改裝問題做好了鋪墊。