基于仿生學的游艇造型概念設計

王小亮

（渤海船舶職業學院，遼寧興城125105）

基于仿生學的游艇造型概念設計

王小亮

（渤海船舶職業學院，遼寧興城125105）

我國“十二五”發展規劃中，明確指出要努力培育以游艇、游輪等為載體的高端旅游市場，大力發展旅游裝備制造業。但目前我國游艇制造企業與國外的知名游艇廠商還有差距，尤其在游艇設計方面差距更大。針對游艇設計領域現況，提出在游艇造型設計中引入仿生學的理念，從形態、功能、結構、色彩等角度出發，設計出造型新穎又功能強大的概念游艇，為游艇造型設計提供指導和借鑒。

游艇造型；仿生學；概念設計

0 引言

進入21世紀，隨著世界經濟的飛速發展和人民生活水平顯著提高，游艇不再是億萬富豪獨有的玩具，正逐漸進入人民大眾的生活。一些發達國家各種用途的游艇需求與日俱增，在我國也逐漸興起了“玩游艇”的熱潮。然而，一段時間之后，人們就會厭倦了規規矩矩的駕駛游艇，逐漸對其失去了新鮮感，然后大部分時間將之停靠在泊位上。因此，應研究制造一種像魚兒一樣既能暢游海面，又能潛入海底的新型游艇，滿足游艇玩家的需要。

針對人們對游艇造型個性化、功能多樣化的需求，將仿生學的理念引入游艇造型設計中，大膽創新，設計出具有流暢線條、簡約美觀、動感時尚的造型而又功能強大的概念游艇，為超級游艇家族增添一名造型獨特的新成員。

1 國內外現狀

全球金融危機爆發以來，全球經濟和制造業陷入困境，眾多商船制造企業因缺少訂單而導致破產倒閉。但和全球經濟疲軟形成鮮明對比的，超級游艇市場在過去幾年里整體勢頭保持良好。世界知名的游艇制造企業近年來的超級游艇定購量逐年增加，企業發展呈現穩健增長態勢。

我國“十二五”發展規劃中，明確指出要努力培育以游艇游輪等為載體的高端旅游市場、大力發展旅游裝備制造業。國家發改委也鼓勵發展豪華游艇設計制造及配套產業，在此形勢下我國游艇設計制造業迅猛發展。但目前我國游艇制造企業與國外的知名游艇廠商還有差距，尤其在游艇設計方面差距更大。國內設計人員的設計經驗欠缺，設計方案平庸、老氣，極少有設計師能打破常規設計出新穎、精巧的造型。因此，我國的游艇制造企業大多聘請國外設計師，或者是直接購買國外設計師的設計方案，還有部分是直接剽竊國外的優秀設計，這將致使國內游艇設計水平與歐美越拉越大。

2016年3 月5日李克強總理在政府工作報告中指出：“創新是引領發展第一動力，必須擺在國家發展全局的核心位置，深入實施創新驅動發展戰略”。要實現中國游艇設計制造業的健康可持續發展，就必須尋求在設計上的創新或突破。

2 游艇造型概念設計具體流程

2.1 仿生對象的選擇

目前，仿生游艇造型多與海洋生物有關。由于它們生存的環境與游艇航行及停靠的背景環境相似，而且它們的身形及運動姿態，與游艇的造型及內涵要素也非常契合，所以海洋生物成為游艇設計最常仿照的對象。

本設計的仿生對象選取被人稱為“水下魔鬼”的古老魚類——蝠鲼，如圖1所示。因其定位為采用仿生學的多功能游艇概念設計，所以在選擇仿生對象時，應在提取形態、色彩特征的同時，對其功能、結構特征加以提煉，使其融入游艇的設計中。

圖1 蝠鲼

2.2 仿生特征的提取

2.2 .1形態仿生

提取蝠鲼在海中優雅飄逸的游姿和凌空出世的整體形態要素，進行變形及抽象化處理，用簡潔流暢的線條表達，演變成游艇的流線型造型，展現游艇極具韻律感的優美形態；再把突起的眼睛形象和游艇的功能相關聯，演變出游艇的照明及聲吶系統；然后將魚鰓和尾鰭等的具象外形加以提煉，設計成游艇的噴水推進系統的進水口和噴水口，巧妙地將外觀形態和游艇的功能部件相結合。

2.2 .2功能仿生

蝠鲼可潛行海底，又能游弋在海面，還有騰躍出海面借助風力滑翔的特性，為拓展游艇功能提供了靈感。因此功能仿生方面，可以提取蝠鲼三種不同的運動姿態，豐富游艇功能，設計出具有水下潛行、水面航行及迎風跳躍滑翔等多種功能的超現代仿生游艇。

2.2 .3結構仿生

蝠鲼的魚骨為中空的軟骨結構，強度和韌性極高，可承受其潛行海底時，數百米海水的巨大壓力，及躍出海面下落后，擊打水面產生的巨大沖擊力。仿造蝠鲼的魚骨結構特點，用先進復合材料制造游艇的耐壓殼體及承力梁，可滿足艇體在極端條件下的強度要求。

2.2 .4色彩仿生

蝠鲼的軀體背面大多為黑色或灰藍色等較深的顏色，這可以幫助它吸收海面陽光帶來的熱量，維持體溫，同時在它潛入海底時充當保護色。腹部表皮為白色，可降低熱量的散失。游艇的配色可仿照蝠鲼，艇體水線之上設計成深色的太陽電池板，為游艇提供澎湃的動力，水線之下則涂裝成白色。

2.3 游艇主尺度參數

艇名：“魔鬼魚”號，英文名“Devil Ray”；

總長Loa=32m； 設計水線長Lwl=30m；

型深T=4.2m； 型寬B=6.9m；

設計吃水D=2.15 m；

排水量Δ=240 t；

推進系統：噴水推進系統；

最高船速≥50 Kn； 水下航速≥12 Kn；

續航距離≥300 n mile；

航區：沿海航區； 船員：4人；

乘客：8人。

2.4 游艇方案設計

2.4 .1草圖繪制階段

分析、提煉其整體或局部特征應用到游艇設計中，形成初始設計方案。此階段要進行大量的草圖繪制，從中選取理想的方案，如圖2所示。確定方案后，進一步優化方案，并考慮所用制造材料特點，結合施工工藝對方案的細節進行處理。

圖2 草圖方案

2.4 .2建模階段

優化方案之后，進一步處理細節，再用Auto CAD、3D Maxs、Rhino等軟件完成建模，如圖3所示。

圖3 三維建模

2.4 .3最終效果圖

運用3D Maxs里面的燈光系統和VRay材質系統對模型進行渲染。再運用Photoshop等軟件完成效果圖的最后處理，得到最終效果圖，如圖4所示。

圖4 最終效果圖

2.5設計說明

“魔鬼魚”號是一艘多功能運動型游艇，整體設計徹底顛覆了傳統游艇一貫的設計風格。游艇從造型、功能、色彩、材料、結構、動力及配置等各個方面，都能給人一種新奇、酷炫的感官體驗。

2.5 .1造型設計

由于采用先進復合材料作為游艇艇身材料，應用真空導流技術的RTM成型工藝，可以實現優美的流線型造型。因此在艇身造型設計時，提取蝠鲼整體形態要素，進行變形及抽象化處理，用簡潔流暢的線條表達，演變成游艇的流線型造型，展現游艇極具韻律感的優美形態；然后將魚鰓和尾鰭等的具象外形加以提煉，設計成游艇的離心渦輪噴水推進系統的進水口和噴水口，巧妙地將外觀形態和游艇的功能部件相結合。

2.5 .2功能設計

該艇主要航線為沿海航區，具有水面游覽、迎風跳躍滑翔、水下潛行觀光等多種功能。

水面游覽模式：如其它豪華游艇，在水面航行，舒適平穩。游艇水線以上敷設超薄太陽能電池板，既能為動力系統提供強大電力，又能逐塊折疊打開，實現艙室內部通風和增強采光，讓人們可以直接享受輕柔的海風、觀賞沿岸秀美風光。同時也可透過底部觀景窗欣賞到水中海洋生物的千姿百態。

跳躍滑翔模式：尾部離心渦輪噴水推進系統在強大動力的驅動下，帶動游艇達到最高航速，同時啟動氫-氧燃料電池裝置，當高功率蓄電池充滿電力后，發動機瞬間輸出最大功率，向上拉起操縱桿，調整噴水推進器傾斜角度，輔以艏部下方噴水推進器，可以把游艇推向空中最高達3米，并迎風短距離滑翔。艇身落向海面時，還可在承力梁超強彈性作用下，緩沖游艇底部受到的沖擊力，并連續向前跳躍，讓人們體驗飛一般的刺激感覺。

水下潛行模式：如果騰空之后，調整入水角度，這艘游艇又能掉頭向下，以快速俯沖的方式進入水下，即進入水下潛行模式。潛水模式可以讓人體驗到水下世界特有的寧靜，還透過底部觀景窗可以欣賞到瑰麗多彩的海底世界。水下停留一定時間，在獲得一定速度之后，往回拉操控桿，游艇即可躍出水面。

2.5 .3色彩設計

游艇主體涂裝為淺銀灰色和黑色，具有極強的科技感、速度感及神秘感。其中太陽能電池板及舷窗的黑色與艇體主體結構的銀灰色，形成鮮明對比，在給人強烈的視覺沖擊力的同時，還能讓人感到穩重和安全。此外，天藍色的照明燈飾，對大面積的色塊進行了分割，增添了一絲動感和活潑。內裝主體采用乳白色，體現出簡約、整潔的氣質，休息室內應用暖色木紋以突出溫馨舒適的氛圍。

2.5 .4材料及結構設計

該艇主體100%使用先進復合材料，既減輕了游艇重量，又能提高速度，還能保證極高的結構強度。底部承力梁采用凱夫拉纖維制造，利用其高強度及彈性以緩沖滑翔跳躍時游艇底部受到的沖擊力。雙層殼艇體采用PVC泡沫夾芯結構，減少了實心艇體所具有的共振傳聲特性，還可承受跳躍滑翔時的巨大沖擊力及水下壓力。

2.5 .5動力系統及航行模式設計

游艇配備太陽能光伏發電和氫-氧燃料電池發電裝置來為全艇提供能源，并真正做到綠色環保。當處于水面游覽模式時，主要以太陽能發電來驅動離心渦輪噴水推進系統，可以達到30節巡航速度；處于水下潛行模式則靠氫-氧燃料電池產生的電力驅動，最高可以達到12節航速。當兩套動力系套同時啟動，可以達到50節的最大航速，向上拉起操縱桿，并調整噴水推進器傾斜角度，即可進入跳躍滑翔模式。

2.5 .6內部配置設計

游艇內部為駕駛員和乘客配備類似賽車座椅，并且加裝安全帶，可以在高速行駛及連續跳躍滑翔時最大限度地保護乘客。游艇內還裝備有GPS設備和iPod播放器和為乘客提供導航和娛樂服務，并設有衛星WiFi接收裝置，能實現游艇與陸地間的網絡實時互通。此外，游艇底部還配備了水下監控攝像機，不但能讓艇上乘客透過觀景窗欣賞到絢麗的水下風光，還能讓更多人通過網絡觀看到水下實時傳回的畫面。

3 結論

以仿生學理論為指導，以海洋生物“蝠鲼”為仿生對象，設計的造型新穎而又功能強大的概念游艇，旨在打破常規的游艇造型設計模式，提出游艇設計新思路，為以后的游艇造型設計指明方向。

[1]張偉,李長如,趙心宇.國內外游艇產業發展狀況及問題分析[J].海洋經濟,2013(3):16-20+50.

[2]鄭剛強,王晨宇.90 ft-128 ft大型系列化游艇設計研究與實踐[J].湖北美術學院學報,2015(3):80-84.

[3]鄭剛強,葛璐璐,李頌.游艇概念設計方法與技術研究[J].藝術與設計(理論),2012(5):128-130.

[4]王充,劉月琴,陳超核.100 ft豪華游艇典型艙室噪聲預報與控制[J].船海工程,2016(1):26-31.

［責任編輯：陸麗娜］

Concept Design of Yacht Modeling Based on Bionics

WANG Xiaoliang
(Bohai Shipbuilding Vocational College,Xingcheng 125105,China)

In the"12th Five-Year" development plan of China,it is pointed out that it is necessary to make efforts to cultivate high-end tourism market with yachts,cruise ships and other carriers,and to develop tourism equipment manufacturing industry vigorously.However,there is still a gap between China's yacht manufacturing enterprises and foreign famous yachtmanufacturers,especially in yacht design.According to the status of yacht design field,the paper proposes the introduction of Bionics concept in the design of the yacht. Starting from the point of view of form,function,structure,color and so on,concept yacht is designed with the feature of novel and powerful function to provide guidance and reference for the future modeling design of yacht.

yachtmodeling;Bionics;concept design

U 674

A

2095-5928（2017）03-49-04

10.16850/j.cnki.21-1590/g4.2017.03.015

2016-12-15

王小亮（1984-），男，遼寧葫蘆島人，講師，學士，研究方向：船舶與海洋工程及工業設計。