基于Rhino的小型游艇初步设计建模

郭 涛 刘伟秋

（上海振华重工（集团）股份有限公司 上海200125）

引 言

随着我国经济不断发展，国民生活水平不断提高，游艇产业也随之兴起，广东、福建、浙江等沿海省份的游艇设计单位与生产厂商不断增加。［1］在游艇出口量逐年增加的同时，游艇也越来越多地进入我国部分富裕人群的休闲生活中，而这一群体的人数也在逐年增加。［2］这部分人群多以家庭为单位，因此，小型家用游艇的市场前景定将十分广阔。根据小型家用游艇的使用特性，设计时应注意舒适性、美观性和实用性相结合。［3-4］

游艇与普通船舶在使用功能上具有本质区别，当客户有购买或建造游艇的意向时，就要求设计厂商能够快速、有效地为客户提供游艇初步设计方案。游艇设计一般分为自主设计和母型参考设计，自主设计的周期与成本相对较高，故现阶段多采用母型参考设计。本文即采用母型参考设计法对10 m小型家用游艇进行初步设计，并使用Rhino软件对设计的小型游艇进行建模。

1 游艇的母型选择

合理选择母型游艇，可以提高游艇在初步设计时的效率，相应减少设计过程中的循环往复次数，保证游艇的航行和使用性能。在对游艇进行初步设计时，一般可将游艇以折角线或主甲板为界分为船体和上层建筑两部分：船体部分一般包括动力舱室和居住舱室，上层建筑一般以驾驶和休闲功能为主。为保证船舶主要性能可以满足航行要求，故初步设计时，船体部分的型线与母型的型线应基本相同，上层建筑则可根据母型的优缺点、使用者的要求及个人习惯进行相应设计和调整。

选择母型游艇时，应遵循以下原则：

（1）母型游艇与设计游艇类型相同，大小及尺寸应相同或相近，母型游艇的长度与设计游艇的长度差应在2 m以内。

（2）母型游艇与设计游艇的使用功能及环境应相同或相近。

（3）上层建筑的布置应与使用者要求基本相同，但还应选择几种不同的布置方式进行对比优化。

（4）应选择几艘不同的母型游艇（一般为3～4艘），但母型游艇的设计生产商应处于相近水平，不宜选择设计生产商水平差异较大的游艇，而使其失去参考性；此外，应由设计游艇的造价及功能等决定母型游艇的选择范围。

（5）可对首、尾、折角线等局部位置选择多种母型进行设计组合优化，以满足不同的需求［5］。

在母型选择完成后，应对各母型的主要参数、整体外观、分层布置以及局部特点等进行分析（如图1所示），选定主要参照的母型游艇，并结合其他母型特点及使用者需求提出设计游艇的初步设计构想，形成初步设计手稿。

2 游艇初步平面设计

游艇的初步平面设计主要是初步确定游艇的主尺度和游艇的外部轮廓及各层甲板的布置情况等，为后续建模、修改和性能核算提供原始参考。

2.1 初步估算游艇主尺度

在确定设计游艇的主尺度前，应先对所选取的主要母型游艇的船体部分进行分析并建立船体模型，再依据设计手稿中设计游艇的折角线形式对母型游艇船体进行修改，这样便可得到设计游艇的初步船体形状（如图2所示）。

然后，通过测量得到相应的主尺度和排水量，再按照估算公式以及性能计算校核、调整模型，完善船体形状，从而得到设计游艇的型线图（如图3所示）。

由于母型游艇的性能已在设计和实际使用中得到检验，因此该方法可以更快速有效地完成设计游艇的相关工作，降低重复工作次数，缩短设计周期。

2.2 游艇的平面设计

小型家用游艇一般包含三层甲板，即飞行甲板、主甲板和下甲板。平面设计主要是对三层甲板及游艇外观进行设计。在完成游艇的船体建模后，根据下甲板及主甲板位置便可得到其外围轮廓，从而确定该层甲板的布置空间。该设计过程如下页图4所示。

在布置过程中应注意以下事项：

（1）各甲板间所设计的通道口、楼梯、舱口等位置是否一一对应；

（2）各舱室空间是否满足使用要求；

（3）门、窗的设置是否合适，能否保证正常的采光需要；

（4）驾驶台、床、家具、沙发等位置及大小在实际使用时是否舒适；

（5）注意上层甲板布置对下层甲板布置的空间、采光等条件的限制。

图5、图6为游艇的部分甲板布置图以及平面布置图。

3 游艇初步建模

在游艇的初步平面设计完成后，为更好地检查设计的空间位置关系以及游艇上层建筑的形式是否合适，我们对游艇进行了初步建模。此外，模型也有助于客户更直观且全方位了解该游艇，并加强客户与制造商、设计者之间的沟通与交流。

3.1 游艇的空间布置

在游艇建模时，首先应明确各层甲板的空间位置是否合理。应该注意的是游艇属于消费品，故在空间布置中应注意以下几个方面：

（1）空间布置合理性

甲板之间层高是否满足人员站立行走的需求，楼梯的步阶高度与宽度是否合适，开口位置是否合适，舷窗的高度是否合适等。

（2）空间布置安全性

是否留有足够的安全移动位置，栏杆、围板是否能够达到保护安全的作用等。

（3）空间布置使用性

由于小型家用游艇本身空间有限，因此要确定所有具备必需功能的舱室都已布置妥当，例如：主卧、客卧可以提供的居住人数是否满足要求，厨房、卫生间、贮藏室、驾驶室等是否满足使用需求等。

（4）空间布置舒适性

小型家用游艇主要是为使用者提供休闲服务的，因此必须保证游艇的舒适性达到使用要求。

3.2 游艇的初步建模

由于Rhino软件对空间曲线和曲面具有良好的可塑性，因此本文采用Rhino软件对游艇进行初步建模。对外观进行建模时应尽量采取在两个平面中曲线映射的方式形成空间曲线以保证游艇模型与平面设计图纸相吻合，再对光顺度不够的局部进行修改与完善，最终通过光顺后的曲线形成并完善模型曲面。其建模流程如图7所示。

在建模过程中应注意以下事项：

（1）形成空间曲线时要注意对曲率的检查，以防出现看似光顺但曲率变化较大的情况；

（2）建模过程中由于多数为对称结构，故建模时可建立模型的一半，但最后镜像为整体时要注意连接处的曲率是否平滑；

（3）检查模型各板面之间的连接是否完全，船体和上层建筑能否形成整体；

（4）检查上层建筑的垂向舱壁的倾斜度是否合适，能否满足实际需要；

（5）能否满足各种舾装的空间要求。

图8为游艇的三维模型图。

游艇的空间布置参见图9。

3.3 游艇的局部设计

小型的家用游艇在初步设计中有些局部设计应该予以重点考虑，以保证游艇的外观和使用性等。这些局部的形式和连接的方式会对游艇的整体性产生如下不同程度的影响：

（1）折角线

折角线是整个游艇船体与上层建筑之间的界线，也是这两部分的结合处（如图10所示）。折角线的形式将直接关系到游艇外观整体形状的样式，因此折角线是游艇外观中最鲜明的特点，很多游艇甚至以此来区分其所属的设计公司。

（2）尾部形式

尾部一般是人们在游艇上休闲娱乐的重要的场所之一，因此对于尾部的设计中通常要考虑不同使用需求，尾部的开放形式也需综合考虑其各项性能和使用要求来进行不同的设计。

（3）首部形式

首部通常根据下部主卧的空间需要会有不同程度的升高，同时由于使用者的需求以及游艇首部流线形式的不同，在首部设置采光窗和日光床等方式也会有所不同。

（4）舷窗

根据游艇不同舱室的使用情况，舷窗的布置位置会有所不同。同时出于对游艇的整体性、美观性的考虑，舷窗样式和开闭方式应有所不同。

图11为游艇模型不同角度的展示图。

4 结 论

应用母型游艇参考的设计方法对小型家用游艇进行初步设计和建模，有利于更快速有效地完成小型游艇的初步设计，能够为客户提供对游艇的直观了解与感受，方便客户作出决定。初步完成的游艇建模也将减少后期详细设计和舾装设计的工作量。此外，这种设计方式还可用于教学实践中，以提升学生的认知和理解能力。综合来看，该方法具有较强的实际应用意义。

［1］ 李明，李华彦，张莹.现代玻璃钢游艇综述［J］.船舶，2006（3）：1-5．

［2］ 夏琦.运动游艇造型参数化设计［D］.武汉：武汉理工大学，2009：7-25.

［3］ 郑刚强，葛璐璐，李颂.游艇概念设计方法与技术研究［J］．艺术与设计（理论），2012（5）：128-130．

［4］ 孙博伟.小型游艇造型设计［D］.长春：吉林大学，2014：4-8.

［5］ 华承昌.游艇基本知识［J］.船舶工业技术信息，2005（3）：12-14．