基于Rhino的游览船上建线型分析

曾志威，程海刚，周 成

（无锡东方船研高性能船艇工程有限公司，江苏 无锡 214082）

0 引言

内河游览船[1]外观造型通常由1组效果图来表达，实船与效果图的吻合程度是船东验收的重要指标。国内学者以外观造型为研究对象展开积极探讨。胡学明等[2]介绍了消防船玻璃幕墙的设计研究过程和设计方法；陆江艳等[3]建立了适合大型邮轮外观造型的设计管理方法、流程和模式；蔡薇等[4]开发了快速创建游艇上层建筑三维立体模型的平台。高度还原标书中的效果图，关键环节是重构外观造型，同时导出上建线型。上建线型图是后续船体生产放样过程中的重要文件。

上海40 m纯电动客船采用Rhino[5]软件三维建模，结合上建外观造型重构过程中需要考虑的因素，分析船舶首、中、尾侧面上建造型的重构，提出了构建空间轮廓线的方法；结合幕墙玻璃及栏杆的安装方法，重构上建造型更逼真地反映效果图，导出的上建线型满足后续船体生产放样的需求。

1 重构外观造型需要考虑的问题

从设计的角度来讲，重构上建外观造型必须充分考虑到法则、规范、船厂的施工工艺及船舶设备的布置，从专业的角度来讲，内河游览船上建线型设计原则如下：

1）上建线型应该高度还原效果图中的外观造型；2）上建线型要满足结构件焊接施工工艺要求，主要包括异形板架、锐角拼焊缝、多边形支柱、结构梯等；3）上建线型要满足外舾装设备的安装工艺要求，主要包括幕墙玻璃、栏杆扶手、电梯与梯道、各类门、锚泊系泊设备、桅杆造型等；4）上建线型要满足船舶室内装饰的施工工艺要求，主要包括厨房绝缘材料铺设、甲板敷料铺设、客舱天地围装修、卫生间装修、电动窗帘盒等；5）上建线型要满足电气设备的尺寸安装要求，主要包括灯带的布置、雨刮器、露天电子屏、卫星电视、雷达、信号灯等 ；6）上建线型要满足通风系统，消防系统的隐藏式布置要求，主要包括通风腔和消防设备腔等。

2 建立上建模型

2.1 船舶概况

上海40 m纯电动船入级CCS，属于B级航区，设计航速10 kn,上层建筑共3层，主要参数如表1所示。

表1 主要参数

本船上层建筑的外观造型特点如下：1）在船首部侧面采用水晶造型过渡到驾驶室前档；2）在船中部侧面，从主甲板到三甲板舷墙顶面采用全通透型超大幕墙玻璃[6]造型；3）在船尾部侧面采用钢结构逐渐塌陷的特殊造型；4）二层、三层甲板的首尾舷墙采用幕墙玻璃栏杆结构形式。

2.2 定义坐标系统

本船采用传统船舶坐标系统，X轴表示船长方向；Y轴表示船宽方向；Z轴表示船舶高度方向。上建模型X轴的原点取在零号肋位处，Y轴的原点取在船中处；Z轴的原点取在基线处。

2.3 建立三维框架

根据内河游览船舱室功能布局图，整理出初步的三视图。侧视图主要包含幕墙玻璃轮廓线、特殊造型、结构线、舷墙栏杆。各层甲板俯视图主要包含舱室区域、甲板及舷墙边线、通道、风道、舷墙栏杆、幕墙玻璃。典型横剖面图主要包含甲板梁拱、舱壁、幕墙玻璃。整理后的三视图，如图1所示。

图1 三视图

将三视图导入Rhino中，按照定义的坐标系，建立船体上层建筑的三维框架，如图2所示。

图2 三维框架

3 重构特殊造型

3.1 首部侧面水晶造型

船舶首部侧面为水晶造型，由多块三角形拼接而成。船舶前脸中间为钢板，四周为幕墙玻璃，线型从船中侧面的斜线逐渐向船首内缩，发展到最前端后线形再向前倾，体现了船舶前脸水晶造型的新颖、时尚、大气。构造首部侧面水晶造型时，先由主甲板上的线型拉伸成曲面，再将侧视图上对应的线型拉伸成曲面，两曲面的相交线为空间轮廓线。当遇到异面直线时，采用2个三角形构造拼接面。对于复杂特殊造型，有4种方法构造空间轮廓线：1）根据三视图中已有线型直接构造出空间轮廓线；2）先在任意视图中构造出1条辅助轮廓线，再将其拉伸成曲面与另外1个视图拉伸的曲面相交，得到空间轮廓线；3）在任意视图中，先构造出1条辅助轮廓线，再将其拉伸成曲面，在此曲面内设计空间轮廓线，将此轮廓线投影到另外视图中进行检查；4）将任意2个视图的曲线拉伸得到交线，将其拉伸成曲面，在此曲面内设计空间轮廓线，再将此轮廓线投影到两视图中进行检查。最终的首部侧面水晶造型，如图3所示。

图3 水晶造型

3.2 中部侧面造型

全通透型超大幕墙玻璃能为游船上的乘客提供绝佳的视觉体验，从而越来越受到内河旅游市场的欢迎。本船船中侧面采用超大幕墙玻璃结构形式，范围从主甲板延伸到三甲板舷墙，幕墙玻璃板格之间采用凸出的多边形钢结构搭边形式。在主甲板与二甲板之间，线型向外倾斜；从二甲板到三甲板舷墙顶部，线型向内倾斜；舷墙顶线为光顺的弧线，向首尾两端逐渐过渡。在构造侧面造型时，关键点是找到钢结构边界线，钢结构面是平面，其在水平方向为直线，在垂直方向为斜线；根据侧视图与横剖面视图中的线型构造空间轮廓线，再利用轮廓线构造钢结构面及幕墙玻璃面。构造的边界线应光顺协调，避免扭曲。

3.3 尾部侧面塌陷造型

本船尾部侧面的塌陷造型，由多条折角线构成的三角形和四边形拼接而成，关键点是构造空间折角线。在构造这种特殊造型时，先构造舷墙门框造型，再构造格栅造型，最后构造上方塌陷造型。在构造舷墙门框造型时，先确保门框下端宽度等于舷墙结构宽度，再确定门框向内的倾斜量。在构造格栅造型时，格栅分三段，逐渐向内倾斜，整个格栅造型宽度等于舷墙厚度。在构造塌陷造型时，塌陷分3层，逐渐向上倾斜，与2楼舷墙交接处采用三角形过渡。先利用侧视图和俯视图构造空间折角线后，再通过调整曲线角度来避免产生锐角，最后利用三角形拼接避免形成扭曲曲面。最终的尾部侧面塌陷造型，如图4所示。

图4 塌陷造型

4 重构幕墙玻璃

4.1 构造幕墙玻璃的线型

幕墙玻璃是游览船上层建筑的重要组成部分，大面积的幕墙玻璃不但能增加乘客的观光视域，还大幅度提高外观造型亮化程度，游览船采用全通透型外观造型，越来越受到船东的认可。本船幕墙玻璃强度校核依据《钢质内河船舶建造规范》[7]及2021年修改通报执行，通过规范计算得到幕墙玻璃的厚度、搭接宽度、胶接厚度。结合生产实际最终给出本船幕墙玻璃安装节点，即玻璃与结构之间节点，玻璃与玻璃之间节点。通过幕墙玻璃的安装节点，即可以划分出幕墙玻璃的线型。

4.2 构造幕墙玻璃栏杆的线型

一般客船栏杆分为不锈钢形式、幕墙玻璃形式和不锈钢玻璃混合形式。扶手分为不锈钢椭圆或圆形、柚木或仿木。本船主甲板首尾舷墙上采用不锈钢栏杆，不锈钢栏杆扶手的立柱安装在舷墙结构厚度内，结合立柱及装饰盖直径给出栏杆底座的安装宽度，确定舷墙厚度取100 mm。二甲板与三甲板首尾舷墙均采用幕墙玻璃栏杆形式，结合扶手下端面灯带安装尺寸，给出幕墙玻璃栏杆扶手安装节点，即玻璃与扶手之间节点，玻璃与立柱之间节点。通过幕墙玻璃栏杆的安装节点就能确定玻璃边界线。最后将重构的上建外观造型光顺后，导出上建线型，通过整理，获得供生产放样用的上建线型图，如图5～图7所示。

图5 玻璃与扶手之间

图6 玻璃与立柱之间

图7 侧面造型

5 结语

本文以上海40 m纯电动客船为例，采用Rhino软件重构上建外观造型，对特殊造型轮廓线进行构造分析。结合幕墙玻璃及栏杆扶手的安装工艺要求，确定了玻璃和栏杆的安装面。最终获得的外观造型与效果图高度吻合，能够为后续上层建筑的生产放样提供重要信息。上建造型的重构为软件后续开发自动化生成各视图的线型提供了指导思路，具有较高的工程参考价值。