三維建模在船舶管系放樣中的應用

張志城

摘? 要：文章將從三維管系放樣軟件在船舶管系放樣設計中運用的現狀、三維管系放樣的優點等方面對船舶管系放樣設計中三維管系放樣軟件的應用進行研究。

關鍵詞：三維建模;船舶;管系放樣

中圖分類號：U664.841 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）34-0175-02

Abstract： This paper will study the application of 3D pipe system lofting software in ship piping lofting design from the aspects of the present situation of the application of 3D piping lofting software in ship piping lofting design and the advantages of 3D piping lofting design.

Keywords： 3D modeling; ship; pipe lofting

引言

隨著信息技術的發展，三維模擬技術越發成熟，各種三維模型設計軟件應運而生，為三維管系放樣提供了技術支持，利用三維建模對管系進行建模設計，不僅簡單明了、清晰直觀，而且操作方便，準確度高。目前很多大型軟件公司相繼對這項技術進行了研發，比如TRIBON、NAPA、CADDS5、滬東SPD、SB3DS等三維設計軟件在國內外各大船廠和設計院得到廣泛使用。它們將管子、彎頭、法蘭、各種附件以及閥件等零部件都設定了相應的符號，并且根據相關要求給予尺寸標注、文字說明等，將船舶系統中的管路數字化，從而生成直觀的立體化模型，同時能對管子系統進行相關匹配和預裝配模擬，顯著提升放樣的精度和準度，縮短設計周期，節約經濟成本。本文就三維建模在船舶管系放樣中的發展和應用展開了相關論述。

1 傳統管系放樣模式與弊端

在三維技術成熟之前，船舶設計中樣棒法放樣因設計費時費力，準確度低而被放棄，主要以二維管系放樣為主。以AUTOCAD為平臺構建二維平面的船體型線圖、相關結構圖、設備布置、艙室布置圖等，繪制出實船布置圖。在設計、安裝管子時，根據二維圖紙繪制、加工、制作、安裝和修改，二維管系放樣比樣棒法更便捷，生產效率也有所提高。但是二維管系放樣對工作人員的要求較高，要求他們有較好的空間概念，能在腦海中構建管系布局空間結構圖，以避免出現與結構碰撞干涉等造成的錯誤，導致返工和人力物力的大量浪費。而新興的三維管系放樣技術使模型立體化，清晰直觀，降低了對操作人員的專業性要求，同時三維模擬技術能對船舶全系統通過預裝配來檢驗設計的合理性，并提高管子制造的精度和準確度。三維管路放樣不僅包括二維放樣中的基本常用功能，還加入了特定的實用建模操作功能。比如數據處理功能，能在保證正確的基礎上快速為用戶生成各類零件圖、托盤表、安裝圖等。

2 引入三維建模在船舶管系放樣中的優勢

在船舶設計中，管系放樣的主要內容有三個：首先對管子原理圖紙進行繪制，然后根據管系原理圖完成管系綜合放樣后再生成管子零件圖，最后完成明細表的編制。明細表中必須明確標出管系系統中所需要的管子、型號、附件、閥件的標準及數量。而將新興的三維技術引入船舶管系放樣中，不僅能順利地完成上述內容，還能準確有效地呈現直觀、真實的模型，通過模擬裝配功能將管系放樣和建造階段完美結合，及時修正錯誤和不足，減少建造的工作強度，盡可能避免返工，提高生產效率，縮短建造周期。經調查，國外的三維放樣技術相對國內發展迅速，已經成規模使用，國內的發展相對緩慢，但部分開發企業也取得了不少成績，如滬東SPD、Sb3ds等軟件在國內船企廣泛使用。綜合來說，三維船舶管系放樣技術主要有以下四個優勢：

2.1 圖表生成方便快捷

使用三維建模技術設計最大的優點是能準確快速地生成相應圖表，對每根管子以模塊為單元完成建模。通過建模實現智能化完成尺寸標準進程，為文字編輯和表格的制作提供便利。通過這一功能實現EXCEL圖表和AUTOCAD的有效的關聯（圖1）。

2.2 數據管理安全

在船舶管系放樣設計中，數據的安全性和一致性關系著設計的成敗。在三維管系放樣設計軟件中，它的數據庫結構具有靈活、開放和高安全性的優點。在設計過程中出現文件丟失或者損壞時，使用數據庫能及時還原或是重生模型，且能保證其數據的有效性。此外，操作人員還能通過對數據系統進行分類整理，與其他管理系統實現有效鏈接，方便快捷。當操作人員熟練掌握數據庫時，可利用標準數據庫中大量現有標準件數據，縮短設計前準備工作，提高設計效率。

2.3 預舾裝程度高

船舶設計過程中的一個難度是船舶內部設備如管系、電纜通道等的合理布置，以及實現各個系統的協調平衡。三維建模引入船舶管系放樣能輕易解決這個難題。可視化交互設計技術能將復雜的船舶系統以立體化形式直觀清晰地表示出來，實現合理布局。此外，三維建模中的快速生成技術、預裝配技術的應用大大縮短了船舶的設計周期。它能在電腦上提前進行舾裝件生產組裝，模擬管子的預制和預裝流程，及時發現設計缺陷，還能避免多工種交叉作業導致意外事故，管子大量預裝可以極大的縮短船舶建造周期。在順利完成模擬組裝后便能按照模擬流程上船進行管子安裝，能極大提高建造效率，節約生產成本。采用三維管系放樣技術后，工作人員只需要按照圖紙進行備料、下料、管子生產、安裝等操作即可，減少了工作強度，增加了工作效率。

2.4 準確程度高

在三維建模過程中，我們能直觀了解船體的三維空間結構，及時掌握管路的具體位置，較好地完成相關設計。通過船體結構、舾裝件、設備模型及電氣設備的準確定位，可以減少管子和船體、托架及管子自身的干涉和摩擦。對于在建造方案中出現的優秀想法和設計缺陷能清晰直觀地通過三維管系放樣技術表現出來，能及時加以改進，提高船舶設計生產效率。此外還能在管系放樣設計中及時對管路布置的美觀性、船艙布局的合理性等進行調整。且所有數據均來自于數據庫，在進行管路調節改進時能保證精度、閥附件使用的準確度。

3 結束語

將三維建模技術應用在船舶管系放樣中，使其從二維設計突破到三維設計，不僅能清晰直觀地展示管道的三維實體模型，還能極大減少設計周期，提高生產效率。另外，將三維技術引入船舶設計，能極大提升設計的準確性，保證預舾裝精準有效，以及完成數據的安全管理。隨著船舶設計向著殼、舾、涂三位一體發展，大規模應用三維綜合放樣技術設計是必然趨勢。進一步研究和改進這項技術是船舶行業未來的發展重點。

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