SPD 在65 t 全回轉(zhuǎn)拖輪管路放樣中的應(yīng)用

陸逸年

（中交四航局江門航通船業(yè)有限公司，江門 529145）

1 前言

SPD 是基于OpenGL 圖形庫(kù)進(jìn)行開發(fā)的造船CAD設(shè)計(jì)軟件，能夠滿足船體結(jié)構(gòu)、管系、風(fēng)管、電氣、鐵舾件、涂裝等專業(yè)三維全數(shù)字化設(shè)計(jì)的需求。通過三維建模布置全船的管系及管系附件，對(duì)管道進(jìn)行工藝合理性和制造可行性分析；方便快捷的生成船舶生產(chǎn)制造所需的圖表數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)舾裝作業(yè)；提高生產(chǎn)準(zhǔn)確程度，為船舶制造提供信息化、高效化手段；取代1:1 現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制放樣，實(shí)現(xiàn)管材定額科學(xué)管理，提供大量加工制造信息，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的潛在問題，減少現(xiàn)場(chǎng)干涉作業(yè)，提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低成本。

65 t 拖力全回轉(zhuǎn)拖輪是一艘具備拖曳、頂推、對(duì)外消防及相關(guān)作業(yè)功能的雙Z 型驅(qū)動(dòng)拖船。該船總長(zhǎng)（不含護(hù)舷）35 m、型寬11m、型深5.5 m、設(shè)計(jì)吃水4.5 m，總噸約497 t；作業(yè)于港口及沿海，入LR 或同等級(jí)別船級(jí)，主要用于拖帶無自航能力的船只、協(xié)助大型船舶進(jìn)出港口及救援海上遇險(xiǎn)船只，也可用于對(duì)外消防。

該船功能需求多，船體尺寸小，有限的機(jī)艙區(qū)域要設(shè)置壓載、艙底、消防、燃油、隔離艙等功能艙室和布置主機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、空調(diào)等各類設(shè)備及管路，同時(shí)要兼顧艙室人孔、機(jī)艙過道及操作檢修通道等整體協(xié)調(diào)。

該船機(jī)艙輪機(jī)管路制造安裝，占整個(gè)船舶管路施工周期的40%～50%工作量，機(jī)艙輪機(jī)管路生產(chǎn)放樣是整船施工建造的重點(diǎn)難點(diǎn)。由于船舶設(shè)計(jì)院所提供的圖紙信息，主要為二維原理圖和平面布置示意圖，無法直接指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工安裝，需要利用船舶輪機(jī)管路三維放樣軟件進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)，輸出詳細(xì)的圖紙信息和數(shù)據(jù)來滿足生產(chǎn)制造需求，而SPD 能很好地滿足65 t 拖輪的設(shè)計(jì)建造需求。

2 SPD 在輪機(jī)管路生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 屬性數(shù)據(jù)及系統(tǒng)定義

應(yīng)用SPD 在輪機(jī)管路生產(chǎn)設(shè)計(jì)前，首先要根據(jù)65 t 船舶設(shè)計(jì)規(guī)格書、技術(shù)圖紙及相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)使用的管子、部件進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入，利用設(shè)備交互建模功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)較復(fù)雜設(shè)備完善的三維實(shí)體創(chuàng)建和編輯；模型關(guān)聯(lián)的屬性數(shù)據(jù)，包含了名稱、通徑、壓力、規(guī)格型號(hào)、材質(zhì)、外徑、壁厚、尺寸標(biāo)注、標(biāo)準(zhǔn)、重量重心、連接點(diǎn)信息和技術(shù)描述等，錄入數(shù)據(jù)的來源需與實(shí)際采購(gòu)件屬性數(shù)據(jù)一致，才能真實(shí)反映部件的特征；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入后，在項(xiàng)目工程圖冊(cè)的管子專業(yè)目錄下，根據(jù)原理圖及工程數(shù)據(jù)庫(kù)，分別定義系統(tǒng)管路、設(shè)備、閥附件。

管路、設(shè)備、閥附件屬性數(shù)據(jù)，是管子建模及布置的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，統(tǒng)一定義可以減少管子生產(chǎn)設(shè)計(jì)規(guī)格、材質(zhì)型號(hào)等數(shù)據(jù)的選用錯(cuò)誤，提高設(shè)計(jì)工作效率；同時(shí)，屬性數(shù)據(jù)定義可以實(shí)現(xiàn)模型與實(shí)體的統(tǒng)一，真實(shí)反映實(shí)體位置重心情況和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理；完成定義后，還可以使用原理清冊(cè)輸出模塊生成原理報(bào)表作為存檔和校對(duì)的數(shù)據(jù)，方便技術(shù)人員對(duì)設(shè)計(jì)院圖紙附表進(jìn)行比對(duì)復(fù)核，同時(shí)指導(dǎo)物資材料的采購(gòu)需求計(jì)劃。

2.2 機(jī)艙設(shè)備管路布置

根據(jù)該船機(jī)艙設(shè)備管線復(fù)雜、空間小的特點(diǎn)，使用SPD 進(jìn)行機(jī)艙區(qū)域輪機(jī)管路生產(chǎn)放樣，實(shí)現(xiàn)船舶輪機(jī)系統(tǒng)的電子化預(yù)制造船。

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的機(jī)艙布置圖、系統(tǒng)原理圖、艙室布置圖，結(jié)合船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)備、管路、閥附件和舾裝件的模型放置定位：首先進(jìn)行機(jī)艙主要設(shè)備和系統(tǒng)管匯的初步定位，利用三維坐標(biāo)定位功能，布置主機(jī)、發(fā)電機(jī)組、壓力水柜、油水分離器、污水處理裝置、甲板機(jī)械液壓站、空壓機(jī)、空氣瓶、空調(diào)壓縮機(jī)、吊機(jī)液壓站、各系統(tǒng)泵組等設(shè)備模型的初定位置，需注意預(yù)留必要的機(jī)艙通道和設(shè)備操作維護(hù)空間；還應(yīng)考慮就近艙室和船舶重量重心的配重情況做整體平衡調(diào)整；管匯及啟動(dòng)電箱的布置也要顧及閥門操作和人員到達(dá)的便捷性。

（2）該船整體尺寸較小，機(jī)艙內(nèi)設(shè)備的重量重心對(duì)船舶整體的重量重心影響較大，需要在設(shè)備及主要系統(tǒng)管匯定位后進(jìn)行機(jī)艙設(shè)備重量重心數(shù)據(jù)的輸出；再與設(shè)計(jì)的船舶重量重心進(jìn)行復(fù)核，并有針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)備及管匯的布置調(diào)整，優(yōu)化機(jī)艙設(shè)備整體重量重心，驗(yàn)證船舶穩(wěn)性。

（3）設(shè)備管匯模型初步定位后，開始各系統(tǒng)管路模型的主要走向布置；校核機(jī)艙設(shè)備初步定位后的空間，是否滿足管路及閥附件的布置，適時(shí)做出調(diào)整；調(diào)整完畢后就可以組織施工人員及船東代表對(duì)機(jī)艙設(shè)備布置進(jìn)行初次會(huì)審，收集問題意見，商討問題的解決方案，形成會(huì)審記錄，在后續(xù)建模中做出相應(yīng)調(diào)整。

（4）經(jīng)過初次評(píng)審主要設(shè)備、管匯定位基本確定，參照系統(tǒng)原理圖和平面布置圖對(duì)系統(tǒng)管路進(jìn)行細(xì)化模型放樣，放樣過程中注意管路及閥附件的布置需要與船體結(jié)構(gòu)及艙室人孔布置相協(xié)調(diào)，避免管路和閥件阻礙艙室人孔的進(jìn)出通道；通常，系統(tǒng)管路除了設(shè)置必要設(shè)備外，還會(huì)配套相應(yīng)的功能艙室，設(shè)計(jì)人員要全面了解機(jī)艙內(nèi)的功能艙室分布與相關(guān)系統(tǒng)的管路設(shè)備走向定位情況，盡量按照管路彎頭設(shè)置少、管路線路短、排管順暢、布置便捷、安裝拆卸方便的原則進(jìn)行管路布置。

（5）在管路模型放樣過程中，可以根據(jù)船體分段劃分情況，將對(duì)應(yīng)船體分段區(qū)域的管路進(jìn)行托盤管理；在分段合攏口區(qū)域設(shè)置合攏管，在設(shè)備接口及走向復(fù)雜管段設(shè)置調(diào)整管，這樣可以在現(xiàn)場(chǎng)管路施工中有效消除船體及管件制造安裝過程中產(chǎn)生的誤差，也可以減少現(xiàn)場(chǎng)合攏管的放樣工作量；根據(jù)管路加工及安裝要求，諸如管子所在區(qū)域長(zhǎng)度是否便于艙內(nèi)運(yùn)送安裝及檢修更換、內(nèi)場(chǎng)預(yù)制加工難易程度、特殊管道安裝后連接口是否便于清潔等，按系統(tǒng)管路要求的連接型式，將管路劃分為尺寸合理和易于加工的若干管子零件，并使所有連接件互不干涉；管道及設(shè)備的布置，還要根據(jù)規(guī)范要求添加適當(dāng)支吊架和基座等鐵舾件，對(duì)管路模型進(jìn)行綜合調(diào)整。盡量使用整體式支吊架，不僅可以節(jié)省材料與安裝成本，還能提高管路整體布置的簡(jiǎn)潔度和美觀性。

（6）由于該船機(jī)艙設(shè)備繁多、管系復(fù)雜、機(jī)電集成程度高，管路放樣過程中需要經(jīng)常進(jìn)行管路與管路、管路與設(shè)備、管路與船體鐵舾件、管路與管件或電氣管線等的干涉檢查，以及管子零件能否進(jìn)行加工的工藝檢查等，干涉檢查可以實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)獲得模型部件間的空間位置關(guān)系，指導(dǎo)碰撞點(diǎn)的修改調(diào)整。

（7）管路布置完畢，就可以組織二次模型評(píng)審，利用三維數(shù)據(jù)可視化交互設(shè)計(jì)技術(shù)，呈現(xiàn)直觀的機(jī)艙管路布置圖形，同時(shí)可通過漫游瀏覽視角，多角度梳理管路走向及布置情況，直觀評(píng)測(cè)系統(tǒng)走向的正確性及合理性；會(huì)審過程中收集現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員及船東的問題意見，評(píng)估對(duì)應(yīng)更改方案，使施工人員提前了解機(jī)艙管路布置和安裝情況，也能提前反饋有利于現(xiàn)場(chǎng)施工的調(diào)整，提高后期模型出圖的準(zhǔn)確性和合理性。

應(yīng)用SPD 進(jìn)行輪機(jī)管路三維模型放樣，組建的輪機(jī)機(jī)電設(shè)備和管路模型的尺寸、結(jié)構(gòu)、重量屬性與實(shí)物保持一致，建立的模型布置容易滿足造船工藝要求，同時(shí)舾裝件的生產(chǎn)設(shè)計(jì)與輪機(jī)電氣同時(shí)展開，相互配合，在出圖階段還能實(shí)現(xiàn)分段管路托盤管理；將機(jī)艙劃分為機(jī)艙底、左右舷艙壁、機(jī)艙蓋板等小型平面零件單元托盤，配合船體分段合攏工序，在船體分段制造過程中或制成后到分段合攏之前，分段托盤內(nèi)的輪機(jī)管道及鐵舾件可以提前進(jìn)行舾裝作業(yè)，減少分段合攏后密閉艙室施工時(shí)間和多工種密集交叉作業(yè)工作量，還能平衡工作人員的勞動(dòng)量；分段預(yù)制時(shí)，機(jī)艙頂部甲板分段為反向平鋪，使傳統(tǒng)的艙內(nèi)懸空仰裝作業(yè)變成艙外落地平裝作業(yè)，更方便借助吊機(jī)吊運(yùn)較重的部件設(shè)備，極大的改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、縮短施工建造周期，提高施工質(zhì)量；提高自動(dòng)化程度，形成與船體設(shè)計(jì)與建造系統(tǒng)相連接的綜合系統(tǒng)。

管路放樣所需要的輸入資料，見表1 所示；管路布置放樣操作流程，見圖1 所示。

表1 管路放樣所需的輸入資料

圖1 管路布置放樣操作流程圖

2.3 生產(chǎn)數(shù)據(jù)圖表輸出

圖紙?zhí)幚砟K，可以便捷輸出供內(nèi)場(chǎng)加工及現(xiàn)場(chǎng)安裝使用的管子加工下料表、管子零件圖、管子腹板圖、管系開孔圖、外板開孔表、管子支架圖、管路系統(tǒng)代碼及安裝基準(zhǔn)表、管子托盤平面及立體安裝圖等指導(dǎo)文件；還可以輸出支持各種生產(chǎn)計(jì)劃管理的表格數(shù)據(jù)，包括管子托盤管理表、管附件管材匯總表、閥附件托盤管理表、托盤重量重心表等；全方位的體現(xiàn)船舶建造系統(tǒng)和船舶管理系統(tǒng)的集成統(tǒng)一，有效縮短了船舶設(shè)計(jì)和建造周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3 結(jié)語

通過應(yīng)用SPD 進(jìn)行65 t 拖輪的機(jī)艙輪機(jī)管路三維模型放樣，體會(huì)到三維綜合放樣具有實(shí)用、靈活、開放、高效和模型精細(xì)的特點(diǎn)，基本能滿足船舶建造施工需求，切實(shí)提高生產(chǎn)精度和效率；利用仿真模型，可提高現(xiàn)場(chǎng)施工精準(zhǔn)度，減少返工現(xiàn)象，有效縮短造船周期，對(duì)推進(jìn)現(xiàn)代造船模式有著重要的作用；通過對(duì)該軟件的實(shí)際應(yīng)用，積累了經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步優(yōu)化其功能奠定了基礎(chǔ)。