淺析水尺勘劃方法及要點

劉 宏, 翟高進, 譚新東

(泰州口岸船舶有限公司, 江蘇 泰州 225313)

淺析水尺勘劃方法及要點

劉 宏, 翟高進, 譚新東

(泰州口岸船舶有限公司, 江蘇 泰州 225313)

水尺勘劃是船舶施工中比較重要的一個環節，勘劃準確性直接關系到船舶空船重量和船舶載重的計算。這里主要對水尺的作用、安裝標準、勘劃前的準備工作、勘劃方法和勘劃注意事項等進行了介紹與分析，并對相關勘劃方法進行了比較，此水尺勘劃方法可以指導相關船廠進行實船水尺勘劃。

水尺 水尺勘劃 精度控制 最小二乘法 全站儀

1 前言

通過水尺讀數可以計算出船舶的空船重量和載重量。水尺的安裝精度直接影響空船重量和載重量的計算，比如五萬噸左右船舶，水尺相差10 mm，則船舶載重量相差大約50 t，因此船東、船檢和船廠三方對水尺的勘劃都比較重視，水尺勘劃是船舶施工中比較重要的一個環節。

2 水尺的作用和安裝標準

根據水尺能判斷船舶在任意狀態的外形吃水(外形吃水指包括船舶任何附體或水線下突出物在內的船舶最低點致水面的垂直距離)，根據水尺讀數能夠迅速計算出船舶在此狀態下的排水量。

水尺安裝標準為：標準±1 mm，極限±2 mm，水尺勘劃前的準備工作和勘劃方法的選擇比較重要。

3 水尺勘劃前準備

由于船舶是由若干個分段總組焊接而成，船舶的重量分布不均勻，且支撐船舶的船臺墩彈性模量也不同，造成船臺墩受力不一致，因此在建造完工后的船底龍骨線不是一條直線。勘劃水尺前必須對龍骨撓度進行測量，修正龍骨線，確定水尺勘劃的基準線，從而減小由于龍骨線的不準確引起的排水量誤差。

龍骨基線的撓度計算方法有以下幾種：

(1) 平均值法。將所有測量數據進行平均，此種方法計算結果比較粗糙，一般不采用。

(2) 面積法。

(1)

分別將Z1、Z2…Z(n-1)、Zn減去Z值即得各位置點距修正后龍骨基線的撓度值。

式中：L1～2為第一測量點至第二測量點距離；L1～n為第一測量點距最后一測量點距離。

此種計算方法雖然能近似修正排水量，但不能準確反映建造后的龍骨坡度，從而不能準確反映水尺勘劃基準點。

(3) 最小二乘法。

雖然船舶合攏時是按固定龍骨坡度進行合攏，由于前述因素的影響，最終測量時的龍骨坡度與原先的龍骨坡度不再相同。最小二乘法計算方法能將直線測量值回歸成線性方程，從而能準確反映船舶在船臺的龍骨坡比，準確提供水尺勘劃在各個位置的基準點。表1為最小二乘法計算撓度表格。

表1 最小二乘法計算表格

與平均值法和面積法相比，最小二乘法能準確反映船舶在船臺的龍骨坡度，從而準確提供水尺勘劃在各個位置的基準點，目前我廠在龍骨坡度的計算使用最小二乘法。

4 勘劃注意事項

水尺勘劃時的主要注意事項如下所示。

(1) 按《載重線及水尺標志圖》的要求，水尺標志分別設于艏、舯、艉的左右舷，位置左右對稱，兩位數以上文字按橫寫慣例從左到右，文字底邊緣即名義水線值。

(2) 水尺字大小一般為字高100 mm(指垂直投影高度)，字寬70 mm(最終以施工圖為準)。遇到船線型突變處，字高應由放樣伸長定，但其垂直投影高度仍應保持100 mm，當然也可在勘劃前征求船東意見是否按線型進行放樣制作，取得一致意見后再確定最終放樣依據。

(3) 由于舯部設有水尺標志，經常與載重線標志重疊，兩者需要避讓。習慣上將水尺字標志向船艉方向移動，實際尺寸以《水尺及載重線標志圖》為準。

(4) 當水尺標志沿著艏柱或艉柱設置時，水尺字底邊緣距外板與艏、艉柱焊縫最小水平距離取100～150 mm為宜，如圖1所示。

圖1 艏柱和艉柱區域的水尺

(5) 作為球鼻艏船，艏部水尺標志應設在艏垂線處，水尺字底邊緣應距艏柱包板焊縫距離大約為100～150 mm處，如圖2所示。

圖2 球鼻艏船艏處的水尺

(6) 環境對水尺勘劃的影響。

由于撓度受環境等因素的影響較大，因此首先在兩舷的艏、舯、艉水尺肋位線上標出初步基準參考水線，并向船東、船檢交驗，然后再進行撓度測量、計算。最后根據各水尺肋位位置的撓度值修正水尺高度基準點。只有這樣，才能準確模擬撓度測量和水尺放樣測量時的環境等狀況。如不采取此措施，則會發生交驗時船上基準點與船臺上基準點存在偏差，從而導致水尺交驗的困難。

水尺勘劃時應在船舶沒有直接受陽光照射的情況下連續進行。如不能連續進行或環境氣溫發生較大變化，則在過程中不斷檢驗船上基準點與船臺基準點的變化差值，從而修正船上各水尺高度位置的準確值。

5 水尺基準點的確定

水尺基準點是以修正后的龍骨基線加上龍骨板厚度，作為該水尺的基準0位點，主要分為以下幾種情況。

(1) 當船體是平板龍骨時，修正龍骨板底緣中心線處，即為0位點，如圖3所示。

圖3 平板龍骨處0位點

(2) 當艏艉水尺標志所在位置船體線型升高時，則應按其相近的平直部分肋骨或艙壁處龍骨板底線延伸的交點為0位點，如圖4所示。

圖4 艏艉水尺升高處0位點

(3) 當船底為方形龍骨斜底型的船舶時，考慮到其有較大的艉縱傾和艏柱前傾，勘劃水尺標志時應特別注意。方形龍骨斜底船舶的舯部和艉部水尺標志劃線方法相同，是取水尺標志處的船底基線到方形龍骨底的垂直距離h處為0位點，如圖5所示。

圖5 方形龍骨斜底船舶0位點

(4) 艏部水尺標志是以設計水線與艏柱交點作垂線，再與艏底方形龍骨底線延長相交點作為0位點，如圖6所示。

圖6 艏部0位點的確定

6 水線勘劃方法

6.1 常規勘劃方法

(1) 按《載重線及水尺標志圖》的設計要求，分別將艏、舯、艉各處水尺標志0位點用水平管駁到船旁的標桿上，如圖7所示。

圖7 常規勘劃圖步驟1

(2) 用同一水平尺、樣棒或水平管，作出艏、舯、艉各水尺標志所在肋位左右舷參考線，參考線距0位水線高度可視船體線型變化程度不同，可取500mm，1 000mm，1 500mm，2 000mm等數值，如圖8所示。

(3) 用鋼帶或樣棒條預先在樣臺上按線型(加上板厚)駁制水尺所需數據，對準參考線將水尺標高反饋到實船上。當外板線型變化較大，劃制水尺標高容易產生超差時，要求間隔一定距離，用水平管進行校核，如圖9所示。

圖8 常規勘劃圖步驟2

圖9 常規勘劃圖步驟3

(4) 待水尺線勘劃完畢，經檢驗處檢查認可后，方可裝配水尺標志字樣。

6.2 全站儀堪劃方法

(1) 在船臺外側引出與船臺中心線相平行的一條線，如圖10所示。

圖10 全站儀勘劃步驟1

(2) 根據水尺肋位，在船臺外側豎立標桿，并表示出基準點，如圖11所示。

圖11 全站儀勘劃步驟2

(3) 在合適的位置放置全站儀，并通過測量水尺功能,設置傾斜比例為1/20(船臺坡度)，水尺字間距為200mm，如圖12所示。

圖12 全站儀勘劃步驟3

(4) 使用全站儀測量外側上述(1)中引出線上的兩點，并根據船艏艉方向確定坐標，然后測量基準點，比較基準點的高度坐標“Z”值和理論高度值，并記錄偏差值，如圖13所示。

圖13 全站儀勘劃步驟4

(5) 全站儀激光對準水尺肋位進行劃線。通過反復測量功能進行測量，并滿足以下條件①全站儀的十字中心在水尺肋位上；②全站儀測量出的值是水尺高度值；③“Z”值和基準點的偏差在需用誤差1mm之內；④對于水尺讀數的大字體(如8M等)，只需測量3個點，然后和標準尺寸進行對照，如果吻合就停止測量。劃線作業者根據激光點的位置，在肋位線上標示水尺高度點，并使用水平尺劃水平線，以及標示水尺字體的高度值，如圖14所示。

圖14 全站儀勘劃步驟5

(6) 反復進行(5)項作業，表示出水尺的所有點并劃線，如圖15所示。

圖15 全站儀勘劃步驟6

(7) 待水尺線勘劃完畢，經檢驗部門檢查認可后，方可裝配水尺標示字樣。

通過上述介紹和實船施工顯示：全站儀的水尺勘劃方法的精度明顯高于常規勘劃方法。

7 結束語

目前我廠在水尺堪劃過程中，龍骨坡度的計算使用最小二乘法,使用全站儀進行了92 500dwt散貨船、3 820TEU集裝箱船、83m打樁船和客滾船的水尺勘劃，結果顯示通過此方法堪劃的水尺安裝滿足精度要求。船級社、船檢和船東三方檢驗時一次性通過，此方法可供相關船廠水尺勘劃時進行參考。

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[4] 應長春.船舶工藝技術[M]. 上海:上海交通大學出版社,2013.

Initial Analysis on Method and Points of Signing the Water Gauge

LIU Hong, ZHAI Gao-jin, TAN Xin-dong

(Department of design and technology, Taizhou KouAn Shipbuilding Co., Ltd.,Taizhou Jiangsu 225313, China)

Signing the water gauge is the key stage during ship constructing, the accuracy of signing can relate to the calculation of lightweight and deadweight of ship. The paper introduces and analyzes the function of water gauge, installation standard, the preparation work before signing, signing method and precautions during signing the water gauge, and compares different signing methods.The technology of signing the water gauge can supply a reference for related shipyards.

Water gauge Signing the water gauge Accuracy control Least square method Total station apparatus

劉 宏(1968-)，男，高級工程師。

U671

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