3D技术在船舶内装设计平台的应用

袁作栋

摘要：招商局重工自2006年转型进入船舶及海洋工程制造领域以来，自行设计并建造完成了多型国内领先的海洋工程项目及高附加值船舶。3D数字化设计技术是一种基于3D软件、互联网的新技术，在机械结构的三维建模与仿真等方面有明显的优势。本文结合3D数字化设计软件Solidworks，构建了船舶3D设计与仿真平台，并分析了船舶数字化设计的三维建模过程。

关键词：3D技术;船舶;内装设计;应用

一、导言

随着人们物质生活水平的提高，人们开始追求舒适、自由的生活方式，人类工程学受到了越来越多的关注。此外，在船舶内部设计中也可以看到人体工程学。在组织船舶内部详细设计的过程中，首先编制船舶内部详细设计的基本方案。然后，根据计划的要求，设计人员应逐步推进整个设计过程，并根据项目管理计划组织详细设计图纸的校对、审核和评价。

二、船舶3D曲面建模技术

众所周知，曲面结构件的设计与加工难度比平面工件要难得多，船舶上含有大量的曲面工件，包括具有復杂曲面的螺旋桨、船舱壳状结构等。为了提高船舶曲面工件的设计水平，采用3D数字化技术是有效的措施。船舶三维曲面设计的核心是利用二次样条函数将数据点云连接成曲线，然后生成三维曲面结构。船舶三维曲面设计流程。船舶三维曲面设计流程包括尺寸设计、静水力计算、肋位设计、二维型线设计等，其中，型线设计时常采用比例变换的方法。假设船舶型线参数包括船体长度L、宽度B和高度H，线型的比例变换函数如下式：

三、内装详细设计的输入

（1）总合同及整船技术规范要求（签署版）

整个船舶的总合同和技术规范，作为本工程施工的一般技术要求，等同于本工程的“宪法性”文件。本工程设备选型、客舱布置、安装工艺及质量标准应完全符合规范要求。因此，任何客舱布置图或设备安装图应充分理解并充分响应规范中的相应内容，以确保设计过程中不存在设计偏差和遗漏。

（2）了解各项规范和标准的要求

在详细设计过程中，我们需要了解以下几种规范和标准：①现行有效的国际通用标准和规范;②规范中的补充标准（重点是分类符号对应的标准条款）;③船级社的要求和为本项目指定的船级社;④本项目船旗国海事组织的要求;⑤可能包括;交付后，项目应符合在特殊海域工作的海事机构的要求（如北海挪威标准等）。

上述标准涉及多种类别。在设计过程中，必须考虑标准的有效性（何时和何时实施、所涵盖的设备类型等）、实施标准的优先顺序（以何种标准和何种规范为优先顺序）以及实施标准的合法性（是否有海事机构、工作海域和船级社要求之间的矛盾或冲突）。对特定标准的敏感性（即使不熟悉在项目设计和施工中涉及更大风险的标准，也必须保持高度的警觉性和敏感性，或寻求帮助或自我检查，以尽可能避免技术缺陷和风险）。

（3）选用的设备、材料必须参数准确，资料齐全

经过设备选型、技术谈判、技术协议发布、厂家业务确认、图纸资料获取、认可回复、认可意见关闭、工作图纸提供等一系列过程，设计人员应获得DET所需的各种设备、材料信息。在组织详细设计工作之前，设计人员应充分考虑设备信息的准确性和可靠性，满足技术协议和商务合同的严肃性，以及接口要求、安装过程、质量标准和维护空间。在设计过程中，应考虑必要的设计手段（计算或三维建模等），将安装布置信息如实反映在详细设计图纸上。

四、3D技术在船舶内装设计平台的应用

（一）3D船舶设计平台

Solidworks软件是基于Windows系统开发的一款三维CAD软件，Solidworks不仅具有强大的二维绘图功能，还具有强大的三维实体建模功能，在三维模型动画演示和有限元分析等方面表现出色。近年来，在各大车企、船企有广泛的应用。基于Solidworks软件的3D实体建模流程。

模型显示功能是3D技术的基础，基于Solidworks软件平台的不仅具有点的定义、标注和显示功能，还可以显示三维模型的配准，保证用户能够随时随地的修改和编辑建模结果。在Solidworks的显示界面，用户的每一个指令都能迅速得到反馈，保证了用户对三维模型的更改效率。

3D技术在建立装配模型时，往往需要生成和处理海量的数据，且在模型的定义和编辑时会生成大量的中间数据。因此，3D技术需要具有良好的数据存储功能，配置大容量、高性能的存储设备。在3D技术中，用户界面是系统与用户之间连接的纽带，Solidworks具有友好的用户界面，保证了用户建模效率与建模水平。

（二）船舶的Solidworks三维建模

对基于Solidworks软件的船舶三维建模过程进行介绍，建模可以分为甲板上层建筑建模、围板建模和货舱壁建模、肋骨围板建模等。

（1）甲板上层建筑建模

船舶的甲板上层建筑根据船舶类型的不同有多种形式，为了简化基于3D技术的船舶数字化设计过程，本研究简化了甲板上层建筑的多个细节，只采用拉伸曲面函数和填充曲面的命令建立上层建筑的3D模型。

（2）船舶围板建模

船舶围板是典型的曲面建模，本研究利用Solid-works软件的曲面拉伸函数进行建模。此外，由于船舶围板与主甲板相交的地方有开口，本文采用特征切除函数获得开口。

（3）货舱壁建模

船舶货舱壁的形状受限于货舱的形状，因此在建立模型时需要先建立一个平面区域，然后利用裁剪函数对该平面进行剪裁。

（三）详细设计的组织管理

在准备好详细设计的输入后，根据设计计划书的要求，组织人力资源配置，编制设计软件，依次按设计计划推进相应的设计工作。船舶内部的详细设计、组织和管理一般应按以下要求进行：

（1）根据技术中心管理文件中的设计编码要求编制详细的设计目录，根据工程总体设计和施工进度要求，编制相应的图纸计划和图纸负责人。（2）清晰的三维设计软件，充分考虑二维设计图纸和三维造型检验相结合的设计先进性。在二维图形的基础上，组织人力资源对本专业进行三维建模，并以建模和布局过程中的干扰检查和空间优化作为二维图形的补充和验证，确保二维输出图形的信息（CAD版本sion）相对准确。（3）尽量选用必要的图纸管理软件，作为管理载体，实现对本工程整个详细设计工作的监控和管理，并通过检查表严格执行图纸的自检、验证和标准检验工作。（4）在进行相应的详细设计修改时，必须明确修改的原因。特别是在考虑业主的修改意见时，如果与商务合同和整艘船的技术规格有任何差异，则应充分考虑向业主提交设计变更单的签字。（5）在推进室内深化设计时，应重点考虑对其他专业的连锁效应，特别是在本专业设计修改后可能影响其他专业的联合和多次修改。因此，专业之间的内部联系清单是必不可少的。

结论：

为了提高船舶设计的数字化水平，越来越多的计算机辅助设计方法应用于船舶设计过程中。因此，从整体上考虑详细设计和生产设计，结合船厂实际造船管理模式，以造船成本控制为指导，以商业绩效为核心，详细船舶设计的过程和方法研究将是船舶设计发展的主要方向。在未来。研究了船舶内部设计的详细设计过程和方法，以提高我国船舶内部设计的设计水平，这是今后进入豪华邮轮内部设计领域的重要依据。

参考文献：

[1]忻刚明.船舶设计中人体工程学的应用[J].造船技术，2002（04）.

[2]曹文君，严俊.三维技术在船舶结构生产设计中的应用[J].船海工程，2004（3）：7-9.