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]開發了快速創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，關鍵環節是重構外觀造型，同時導出上建線型。上建線型圖是后續船體生產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、尾側面上建造型的重構，提出了構建空間輪廓線的方法；結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船體生產放樣的需求。

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、規范、船廠的施工工藝及船舶設備的布置，從專業的角度來講，內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、衛星電視、雷達、信號燈等 ；6）上建線型要滿足通風系統，消防系統的隱藏式布置要求，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，設計航速10 kn,上層建筑共3層，主要參數如表1所示。

表1 主要參數

本船上層建筑的外觀造型特點如下：1）在船首部側面采用水晶造型過渡到駕駛室前檔；2）在船中部側面，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）在船尾部側面采用鋼結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構形式。

2.2 定義坐標系統

本船采用傳統船舶坐標系統，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

根據內河游覽船艙室功能布局圖，整理出初步的三視圖。側視圖主要包含幕墻玻璃輪廓線、特殊造型、結構線、舷墻欄桿。各層甲板俯視圖主要包含艙室區域、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 首部側面水晶造型

船舶首部側面為水晶造型，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，線型從船中側面的斜線逐漸向船首內縮，發展到最前端后線形再向前傾，體現了船舶前臉水晶造型的新穎、時尚、大氣。構造首部側面水晶造型時，先由主甲板上的線型拉伸成曲面，再將側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。最終的首部側面水晶造型，如圖3所示。

圖3 水晶造型

3.2 中部側面造型

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，從而越來越受到內河旅游市場的歡迎。本船船中側面采用超大幕墻玻璃結構形式，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。在構造側面造型時，關鍵點是找到鋼結構邊界線，鋼結構面是平面，其在水平方向為直線，在垂直方向為斜線；根據側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構面及幕墻玻璃面。構造的邊界線應光順協調，避免扭曲。

3.3 尾部側面塌陷造型

本船尾部側面的塌陷造型，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構寬度，再確定門框向內的傾斜量。在構造格柵造型時，格柵分三段，逐漸向內傾斜，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。先利用側視圖和俯視圖構造空間折角線后，再通過調整曲線角度來避免產生銳角，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《鋼質內河船舶建造規范》[7]及2021年修改通報執行，通過規范計算得到幕墻玻璃的厚度、搭接寬度、膠接厚度。結合生產實際最終給出本船幕墻玻璃安裝節點，即玻璃與結構之間節點，玻璃與玻璃之間節點。通過幕墻玻璃的安裝節點，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構厚度內，結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點，即玻璃與扶手之間節點，玻璃與立柱之間節點。通過幕墻玻璃欄桿的安裝節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 側面造型

5 結語

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，能夠為后續上層建筑的生產放樣提供重要信息。上建造型的重構為軟件后續開發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。