基于Rhino的游覽船上建線型分析

曾志威，程海剛，周 成

（無錫東方船研高性能船艇工程有限公司，江蘇 無錫 214082）

0 引言

內(nèi)河游覽船[1]外觀造型通常由1組效果圖來表達，實船與效果圖的吻合程度是船東驗收的重要指標。國內(nèi)學者以外觀造型為研究對象展開積極探討。胡學明等[2]介紹了消防船玻璃幕墻的設計研究過程和設計方法；陸江艷等[3]建立了適合大型郵輪外觀造型的設計管理方法、流程和模式；蔡薇等[4]開發(fā)了快速創(chuàng)建游艇上層建筑三維立體模型的平臺。高度還原標書中的效果圖，關鍵環(huán)節(jié)是重構外觀造型，同時導出上建線型。上建線型圖是后續(xù)船體生產(chǎn)放樣過程中的重要文件。

上海40 m純電動客船采用Rhino[5]軟件三維建模，結(jié)合上建外觀造型重構過程中需要考慮的因素，分析船舶首、中、尾側(cè)面上建造型的重構，提出了構建空間輪廓線的方法；結(jié)合幕墻玻璃及欄桿的安裝方法，重構上建造型更逼真地反映效果圖，導出的上建線型滿足后續(xù)船體生產(chǎn)放樣的需求。

1 重構外觀造型需要考慮的問題

從設計的角度來講，重構上建外觀造型必須充分考慮到法則、規(guī)范、船廠的施工工藝及船舶設備的布置，從專業(yè)的角度來講，內(nèi)河游覽船上建線型設計原則如下：

1）上建線型應該高度還原效果圖中的外觀造型；2）上建線型要滿足結(jié)構件焊接施工工藝要求，主要包括異形板架、銳角拼焊縫、多邊形支柱、結(jié)構梯等；3）上建線型要滿足外舾裝設備的安裝工藝要求，主要包括幕墻玻璃、欄桿扶手、電梯與梯道、各類門、錨泊系泊設備、桅桿造型等；4）上建線型要滿足船舶室內(nèi)裝飾的施工工藝要求，主要包括廚房絕緣材料鋪設、甲板敷料鋪設、客艙天地圍裝修、衛(wèi)生間裝修、電動窗簾盒等；5）上建線型要滿足電氣設備的尺寸安裝要求，主要包括燈帶的布置、雨刮器、露天電子屏、衛(wèi)星電視、雷達、信號燈等 ；6）上建線型要滿足通風系統(tǒng)，消防系統(tǒng)的隱藏式布置要求，主要包括通風腔和消防設備腔等。

2 建立上建模型

2.1 船舶概況

上海40 m純電動船入級CCS，屬于B級航區(qū)，設計航速10 kn,上層建筑共3層，主要參數(shù)如表1所示。

表1 主要參數(shù)

本船上層建筑的外觀造型特點如下：1）在船首部側(cè)面采用水晶造型過渡到駕駛室前檔；2）在船中部側(cè)面，從主甲板到三甲板舷墻頂面采用全通透型超大幕墻玻璃[6]造型；3）在船尾部側(cè)面采用鋼結(jié)構逐漸塌陷的特殊造型；4）二層、三層甲板的首尾舷墻采用幕墻玻璃欄桿結(jié)構形式。

2.2 定義坐標系統(tǒng)

本船采用傳統(tǒng)船舶坐標系統(tǒng)，X軸表示船長方向；Y軸表示船寬方向；Z軸表示船舶高度方向。上建模型X軸的原點取在零號肋位處，Y軸的原點取在船中處；Z軸的原點取在基線處。

2.3 建立三維框架

根據(jù)內(nèi)河游覽船艙室功能布局圖，整理出初步的三視圖。側(cè)視圖主要包含幕墻玻璃輪廓線、特殊造型、結(jié)構線、舷墻欄桿。各層甲板俯視圖主要包含艙室區(qū)域、甲板及舷墻邊線、通道、風道、舷墻欄桿、幕墻玻璃。典型橫剖面圖主要包含甲板梁拱、艙壁、幕墻玻璃。整理后的三視圖，如圖1所示。

圖1 三視圖

將三視圖導入Rhino中，按照定義的坐標系，建立船體上層建筑的三維框架，如圖2所示。

圖2 三維框架

3 重構特殊造型

3.1 首部側(cè)面水晶造型

船舶首部側(cè)面為水晶造型，由多塊三角形拼接而成。船舶前臉中間為鋼板，四周為幕墻玻璃，線型從船中側(cè)面的斜線逐漸向船首內(nèi)縮，發(fā)展到最前端后線形再向前傾，體現(xiàn)了船舶前臉水晶造型的新穎、時尚、大氣。構造首部側(cè)面水晶造型時，先由主甲板上的線型拉伸成曲面，再將側(cè)視圖上對應的線型拉伸成曲面，兩曲面的相交線為空間輪廓線。當遇到異面直線時，采用2個三角形構造拼接面。對于復雜特殊造型，有4種方法構造空間輪廓線：1）根據(jù)三視圖中已有線型直接構造出空間輪廓線；2）先在任意視圖中構造出1條輔助輪廓線，再將其拉伸成曲面與另外1個視圖拉伸的曲面相交，得到空間輪廓線；3）在任意視圖中，先構造出1條輔助輪廓線，再將其拉伸成曲面，在此曲面內(nèi)設計空間輪廓線，將此輪廓線投影到另外視圖中進行檢查；4）將任意2個視圖的曲線拉伸得到交線，將其拉伸成曲面，在此曲面內(nèi)設計空間輪廓線，再將此輪廓線投影到兩視圖中進行檢查。最終的首部側(cè)面水晶造型，如圖3所示。

圖3 水晶造型

3.2 中部側(cè)面造型

全通透型超大幕墻玻璃能為游船上的乘客提供絕佳的視覺體驗，從而越來越受到內(nèi)河旅游市場的歡迎。本船船中側(cè)面采用超大幕墻玻璃結(jié)構形式，范圍從主甲板延伸到三甲板舷墻，幕墻玻璃板格之間采用凸出的多邊形鋼結(jié)構搭邊形式。在主甲板與二甲板之間，線型向外傾斜；從二甲板到三甲板舷墻頂部，線型向內(nèi)傾斜；舷墻頂線為光順的弧線，向首尾兩端逐漸過渡。在構造側(cè)面造型時，關鍵點是找到鋼結(jié)構邊界線，鋼結(jié)構面是平面，其在水平方向為直線，在垂直方向為斜線；根據(jù)側(cè)視圖與橫剖面視圖中的線型構造空間輪廓線，再利用輪廓線構造鋼結(jié)構面及幕墻玻璃面。構造的邊界線應光順協(xié)調(diào)，避免扭曲。

3.3 尾部側(cè)面塌陷造型

本船尾部側(cè)面的塌陷造型，由多條折角線構成的三角形和四邊形拼接而成，關鍵點是構造空間折角線。在構造這種特殊造型時，先構造舷墻門框造型，再構造格柵造型，最后構造上方塌陷造型。在構造舷墻門框造型時，先確保門框下端寬度等于舷墻結(jié)構寬度，再確定門框向內(nèi)的傾斜量。在構造格柵造型時，格柵分三段，逐漸向內(nèi)傾斜，整個格柵造型寬度等于舷墻厚度。在構造塌陷造型時，塌陷分3層，逐漸向上傾斜，與2樓舷墻交接處采用三角形過渡。先利用側(cè)視圖和俯視圖構造空間折角線后，再通過調(diào)整曲線角度來避免產(chǎn)生銳角，最后利用三角形拼接避免形成扭曲曲面。最終的尾部側(cè)面塌陷造型，如圖4所示。

圖4 塌陷造型

4 重構幕墻玻璃

4.1 構造幕墻玻璃的線型

幕墻玻璃是游覽船上層建筑的重要組成部分，大面積的幕墻玻璃不但能增加乘客的觀光視域，還大幅度提高外觀造型亮化程度，游覽船采用全通透型外觀造型，越來越受到船東的認可。本船幕墻玻璃強度校核依據(jù)《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》[7]及2021年修改通報執(zhí)行，通過規(guī)范計算得到幕墻玻璃的厚度、搭接寬度、膠接厚度。結(jié)合生產(chǎn)實際最終給出本船幕墻玻璃安裝節(jié)點，即玻璃與結(jié)構之間節(jié)點，玻璃與玻璃之間節(jié)點。通過幕墻玻璃的安裝節(jié)點，即可以劃分出幕墻玻璃的線型。

4.2 構造幕墻玻璃欄桿的線型

一般客船欄桿分為不銹鋼形式、幕墻玻璃形式和不銹鋼玻璃混合形式。扶手分為不銹鋼橢圓或圓形、柚木或仿木。本船主甲板首尾舷墻上采用不銹鋼欄桿，不銹鋼欄桿扶手的立柱安裝在舷墻結(jié)構厚度內(nèi)，結(jié)合立柱及裝飾蓋直徑給出欄桿底座的安裝寬度，確定舷墻厚度取100 mm。二甲板與三甲板首尾舷墻均采用幕墻玻璃欄桿形式，結(jié)合扶手下端面燈帶安裝尺寸，給出幕墻玻璃欄桿扶手安裝節(jié)點，即玻璃與扶手之間節(jié)點，玻璃與立柱之間節(jié)點。通過幕墻玻璃欄桿的安裝節(jié)點就能確定玻璃邊界線。最后將重構的上建外觀造型光順后，導出上建線型，通過整理，獲得供生產(chǎn)放樣用的上建線型圖，如圖5～圖7所示。

圖5 玻璃與扶手之間

圖6 玻璃與立柱之間

圖7 側(cè)面造型

5 結(jié)語

本文以上海40 m純電動客船為例，采用Rhino軟件重構上建外觀造型，對特殊造型輪廓線進行構造分析。結(jié)合幕墻玻璃及欄桿扶手的安裝工藝要求，確定了玻璃和欄桿的安裝面。最終獲得的外觀造型與效果圖高度吻合，能夠為后續(xù)上層建筑的生產(chǎn)放樣提供重要信息。上建造型的重構為軟件后續(xù)開發(fā)自動化生成各視圖的線型提供了指導思路，具有較高的工程參考價值。