基于Rhino的小型游艇初步設(shè)計建模

郭 濤 劉偉秋

（上海振華重工（集團）股份有限公司 上海200125）

引 言

隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，國民生活水平不斷提高，游艇產(chǎn)業(yè)也隨之興起，廣東、福建、浙江等沿海省份的游艇設(shè)計單位與生產(chǎn)廠商不斷增加。［1］在游艇出口量逐年增加的同時，游艇也越來越多地進入我國部分富裕人群的休閑生活中，而這一群體的人數(shù)也在逐年增加。［2］這部分人群多以家庭為單位，因此，小型家用游艇的市場前景定將十分廣闊。根據(jù)小型家用游艇的使用特性，設(shè)計時應(yīng)注意舒適性、美觀性和實用性相結(jié)合。［3-4］

游艇與普通船舶在使用功能上具有本質(zhì)區(qū)別，當客戶有購買或建造游艇的意向時，就要求設(shè)計廠商能夠快速、有效地為客戶提供游艇初步設(shè)計方案。游艇設(shè)計一般分為自主設(shè)計和母型參考設(shè)計，自主設(shè)計的周期與成本相對較高，故現(xiàn)階段多采用母型參考設(shè)計。本文即采用母型參考設(shè)計法對10 m小型家用游艇進行初步設(shè)計，并使用Rhino軟件對設(shè)計的小型游艇進行建模。

1 游艇的母型選擇

合理選擇母型游艇，可以提高游艇在初步設(shè)計時的效率，相應(yīng)減少設(shè)計過程中的循環(huán)往復(fù)次數(shù)，保證游艇的航行和使用性能。在對游艇進行初步設(shè)計時，一般可將游艇以折角線或主甲板為界分為船體和上層建筑兩部分：船體部分一般包括動力艙室和居住艙室，上層建筑一般以駕駛和休閑功能為主。為保證船舶主要性能可以滿足航行要求，故初步設(shè)計時，船體部分的型線與母型的型線應(yīng)基本相同，上層建筑則可根據(jù)母型的優(yōu)缺點、使用者的要求及個人習(xí)慣進行相應(yīng)設(shè)計和調(diào)整。

選擇母型游艇時，應(yīng)遵循以下原則：

（1）母型游艇與設(shè)計游艇類型相同，大小及尺寸應(yīng)相同或相近，母型游艇的長度與設(shè)計游艇的長度差應(yīng)在2 m以內(nèi)。

（2）母型游艇與設(shè)計游艇的使用功能及環(huán)境應(yīng)相同或相近。

（3）上層建筑的布置應(yīng)與使用者要求基本相同，但還應(yīng)選擇幾種不同的布置方式進行對比優(yōu)化。

（4）應(yīng)選擇幾艘不同的母型游艇（一般為3～4艘），但母型游艇的設(shè)計生產(chǎn)商應(yīng)處于相近水平，不宜選擇設(shè)計生產(chǎn)商水平差異較大的游艇，而使其失去參考性；此外，應(yīng)由設(shè)計游艇的造價及功能等決定母型游艇的選擇范圍。

（5）可對首、尾、折角線等局部位置選擇多種母型進行設(shè)計組合優(yōu)化，以滿足不同的需求［5］。

在母型選擇完成后，應(yīng)對各母型的主要參數(shù)、整體外觀、分層布置以及局部特點等進行分析（如圖1所示），選定主要參照的母型游艇，并結(jié)合其他母型特點及使用者需求提出設(shè)計游艇的初步設(shè)計構(gòu)想，形成初步設(shè)計手稿。

2 游艇初步平面設(shè)計

游艇的初步平面設(shè)計主要是初步確定游艇的主尺度和游艇的外部輪廓及各層甲板的布置情況等，為后續(xù)建模、修改和性能核算提供原始參考。

2.1 初步估算游艇主尺度

在確定設(shè)計游艇的主尺度前，應(yīng)先對所選取的主要母型游艇的船體部分進行分析并建立船體模型，再依據(jù)設(shè)計手稿中設(shè)計游艇的折角線形式對母型游艇船體進行修改，這樣便可得到設(shè)計游艇的初步船體形狀（如圖2所示）。

然后，通過測量得到相應(yīng)的主尺度和排水量，再按照估算公式以及性能計算校核、調(diào)整模型，完善船體形狀，從而得到設(shè)計游艇的型線圖（如圖3所示）。

由于母型游艇的性能已在設(shè)計和實際使用中得到檢驗，因此該方法可以更快速有效地完成設(shè)計游艇的相關(guān)工作，降低重復(fù)工作次數(shù)，縮短設(shè)計周期。

2.2 游艇的平面設(shè)計

小型家用游艇一般包含三層甲板，即飛行甲板、主甲板和下甲板。平面設(shè)計主要是對三層甲板及游艇外觀進行設(shè)計。在完成游艇的船體建模后，根據(jù)下甲板及主甲板位置便可得到其外圍輪廓，從而確定該層甲板的布置空間。該設(shè)計過程如下頁圖4所示。

在布置過程中應(yīng)注意以下事項：

（1）各甲板間所設(shè)計的通道口、樓梯、艙口等位置是否一一對應(yīng)；

（2）各艙室空間是否滿足使用要求；

（3）門、窗的設(shè)置是否合適，能否保證正常的采光需要；

（4）駕駛臺、床、家具、沙發(fā)等位置及大小在實際使用時是否舒適；

（5）注意上層甲板布置對下層甲板布置的空間、采光等條件的限制。

圖5、圖6為游艇的部分甲板布置圖以及平面布置圖。

3 游艇初步建模

在游艇的初步平面設(shè)計完成后，為更好地檢查設(shè)計的空間位置關(guān)系以及游艇上層建筑的形式是否合適，我們對游艇進行了初步建模。此外，模型也有助于客戶更直觀且全方位了解該游艇，并加強客戶與制造商、設(shè)計者之間的溝通與交流。

3.1 游艇的空間布置

在游艇建模時，首先應(yīng)明確各層甲板的空間位置是否合理。應(yīng)該注意的是游艇屬于消費品，故在空間布置中應(yīng)注意以下幾個方面：

（1）空間布置合理性

甲板之間層高是否滿足人員站立行走的需求，樓梯的步階高度與寬度是否合適，開口位置是否合適，舷窗的高度是否合適等。

（2）空間布置安全性

是否留有足夠的安全移動位置，欄桿、圍板是否能夠達到保護安全的作用等。

（3）空間布置使用性

由于小型家用游艇本身空間有限，因此要確定所有具備必需功能的艙室都已布置妥當，例如：主臥、客臥可以提供的居住人數(shù)是否滿足要求，廚房、衛(wèi)生間、貯藏室、駕駛室等是否滿足使用需求等。

（4）空間布置舒適性

小型家用游艇主要是為使用者提供休閑服務(wù)的，因此必須保證游艇的舒適性達到使用要求。

3.2 游艇的初步建模

由于Rhino軟件對空間曲線和曲面具有良好的可塑性，因此本文采用Rhino軟件對游艇進行初步建模。對外觀進行建模時應(yīng)盡量采取在兩個平面中曲線映射的方式形成空間曲線以保證游艇模型與平面設(shè)計圖紙相吻合，再對光順度不夠的局部進行修改與完善，最終通過光順后的曲線形成并完善模型曲面。其建模流程如圖7所示。

在建模過程中應(yīng)注意以下事項：

（1）形成空間曲線時要注意對曲率的檢查，以防出現(xiàn)看似光順但曲率變化較大的情況；

（2）建模過程中由于多數(shù)為對稱結(jié)構(gòu)，故建模時可建立模型的一半，但最后鏡像為整體時要注意連接處的曲率是否平滑；

（3）檢查模型各板面之間的連接是否完全，船體和上層建筑能否形成整體；

（4）檢查上層建筑的垂向艙壁的傾斜度是否合適，能否滿足實際需要；

（5）能否滿足各種舾裝的空間要求。

圖8為游艇的三維模型圖。

游艇的空間布置參見圖9。

3.3 游艇的局部設(shè)計

小型的家用游艇在初步設(shè)計中有些局部設(shè)計應(yīng)該予以重點考慮，以保證游艇的外觀和使用性等。這些局部的形式和連接的方式會對游艇的整體性產(chǎn)生如下不同程度的影響：

（1）折角線

折角線是整個游艇船體與上層建筑之間的界線，也是這兩部分的結(jié)合處（如圖10所示）。折角線的形式將直接關(guān)系到游艇外觀整體形狀的樣式，因此折角線是游艇外觀中最鮮明的特點，很多游艇甚至以此來區(qū)分其所屬的設(shè)計公司。

（2）尾部形式

尾部一般是人們在游艇上休閑娛樂的重要的場所之一，因此對于尾部的設(shè)計中通常要考慮不同使用需求，尾部的開放形式也需綜合考慮其各項性能和使用要求來進行不同的設(shè)計。

（3）首部形式

首部通常根據(jù)下部主臥的空間需要會有不同程度的升高，同時由于使用者的需求以及游艇首部流線形式的不同，在首部設(shè)置采光窗和日光床等方式也會有所不同。

（4）舷窗

根據(jù)游艇不同艙室的使用情況，舷窗的布置位置會有所不同。同時出于對游艇的整體性、美觀性的考慮，舷窗樣式和開閉方式應(yīng)有所不同。

圖11為游艇模型不同角度的展示圖。

4 結(jié) 論

應(yīng)用母型游艇參考的設(shè)計方法對小型家用游艇進行初步設(shè)計和建模，有利于更快速有效地完成小型游艇的初步設(shè)計，能夠為客戶提供對游艇的直觀了解與感受，方便客戶作出決定。初步完成的游艇建模也將減少后期詳細設(shè)計和舾裝設(shè)計的工作量。此外，這種設(shè)計方式還可用于教學(xué)實踐中，以提升學(xué)生的認知和理解能力。綜合來看，該方法具有較強的實際應(yīng)用意義。

［1］ 李明，李華彥，張瑩.現(xiàn)代玻璃鋼游艇綜述［J］.船舶，2006（3）：1-5．

［2］ 夏琦.運動游艇造型參數(shù)化設(shè)計［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2009：7-25.

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

［4］ 孫博偉.小型游艇造型設(shè)計［D］.長春：吉林大學(xué)，2014：4-8.

［5］ 華承昌.游艇基本知識［J］.船舶工業(yè)技術(shù)信息，2005（3）：12-14．