趙新穎胡佩玉張 怡李 超張 舒

（1農(nóng)業(yè)部遠(yuǎn)洋漁船與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092；2中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海200092）

無(wú)圖紙資料漁船技術(shù)狀況評(píng)估與圖紙還原研究

趙新穎1，2，胡佩玉2，張 怡2，李 超2，張 舒2

（1農(nóng)業(yè)部遠(yuǎn)洋漁船與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092；2中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海200092）

為準(zhǔn)確掌握無(wú)圖紙資料漁船的技術(shù)狀況，實(shí)現(xiàn)漁船的有效檢驗(yàn)和管理，提升我國(guó)漁船技術(shù)水平，促進(jìn)漁業(yè)健康持續(xù)發(fā)展，在實(shí)船測(cè)量、掃描和數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，對(duì)無(wú)圖紙資料漁船的技術(shù)評(píng)估和圖紙還原工作進(jìn)行了研究探討。研究認(rèn)為，應(yīng)首先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人工勘測(cè)獲取漁船的總布置、主體結(jié)構(gòu)狀況和機(jī)電設(shè)備配置等信息，通過(guò)精準(zhǔn)線型掃描獲取漁船的線型數(shù)據(jù)，通過(guò)傾斜試驗(yàn)獲取漁船的重量、重心信息；然后利用CAD軟件將人工勘測(cè)獲得的數(shù)據(jù)還原漁船的總布置圖、機(jī)艙布置圖、舾裝布置圖等，利用三維掃描處理軟件將獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為漁船的型線圖，用NAPA軟件進(jìn)行三維建模；再結(jié)合傾斜試驗(yàn)獲取的漁船重量、重心數(shù)據(jù)，按照現(xiàn)行的檢驗(yàn)法規(guī)對(duì)漁船的穩(wěn)性進(jìn)行核算。結(jié)果表明，使用科學(xué)精確的手段進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)估和圖紙資料還原后，可以對(duì)漁船的穩(wěn)性及其它性能是否符合法規(guī)要求做出判斷，對(duì)不符合要求的漁船可以提出相應(yīng)的解決方案。

漁船；技術(shù)狀況評(píng)估；圖紙還原；人工勘測(cè)；三維激光掃描；傾斜試驗(yàn)

截至 2015年底，我國(guó)共有漁船 104.2萬(wàn)艘［1］。數(shù)量龐大的漁船對(duì)漁業(yè)安全生產(chǎn)、漁業(yè)資源和生態(tài)環(huán)境具有重要影響。因此，對(duì)漁船進(jìn)行有效的檢驗(yàn)和管理具有重要意義。

作為漁船管理中的重要一環(huán)，漁船的圖紙資料與漁船的營(yíng)運(yùn)檢驗(yàn)、日常維護(hù)保養(yǎng)、修理、事故應(yīng)急處理都有密切聯(lián)系［2］。

針對(duì)我國(guó)無(wú)圖紙資料漁船的現(xiàn)狀，在現(xiàn)場(chǎng)工作的基礎(chǔ)上，研究提出了通過(guò)人工勘測(cè)、線型測(cè)繪、傾斜試驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理、計(jì)算等步驟開展技術(shù)狀況評(píng)估和圖紙還原工作。

1 人工勘測(cè)

人工勘測(cè)的目的是了解漁船的主要要素尺寸與總布置情況，重點(diǎn)掌握漁船的結(jié)構(gòu)形式、主要構(gòu)件的規(guī)格尺寸、腐蝕現(xiàn)狀、漁船的艙室布置、液艙分布、安全及消防設(shè)備配置情況、機(jī)械設(shè)備配置情況、機(jī)艙布置、電氣和通訊導(dǎo)航設(shè)備配置等。

為盡量準(zhǔn)確獲得上述信息，勘測(cè)采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和口頭詢問并記錄的方法，對(duì)外部可及的部分，采用卷尺或紅外測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)量記錄，對(duì)內(nèi)部已被覆蓋而無(wú)法直接測(cè)量的部分，如部分液艙的分布等，采用詢問船舶所有者的方式，盡可能準(zhǔn)確還原船舶的技術(shù)細(xì)節(jié)。

人工勘測(cè)在漁船上排或停泊在碼頭時(shí)均可進(jìn)行，勘測(cè)前應(yīng)保證船上無(wú)影響開展測(cè)量工作的網(wǎng)具、雜物等，并保證勘測(cè)時(shí)沒有影響勘測(cè)人員安全的施工狀況出現(xiàn)?？睖y(cè)前應(yīng)準(zhǔn)備好測(cè)量、照明、記錄等勘測(cè)工具及必要的防護(hù)措施，勘測(cè)人員按船體、輪機(jī)和電氣專業(yè)進(jìn)行分工。

1.1 船體專業(yè)

船體專業(yè)的勘測(cè)按主船體、機(jī)艙、舾裝等部分逐一測(cè)量，涉及到總布置情況的需要進(jìn)行草圖繪制。具體勘測(cè)項(xiàng)目見表1。

DF101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司）；SHZ-DL(Ⅲ)循環(huán)式真空泵（鞏義予華儀器有限公司）；DHG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（鞏義予華儀器有限公司）；Cary 60紫外可見分光光度計(jì)（美國(guó)安捷倫公司）。

表1 船體專業(yè)勘測(cè)項(xiàng)目Tab.1 Items of vessel hull reconnaissance

1.2 輪機(jī)專業(yè)

輪機(jī)專業(yè)勘測(cè)目的是掌握漁船推進(jìn)和其他機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)的技術(shù)狀況，勘測(cè)地點(diǎn)主要集中在機(jī)艙。應(yīng)根據(jù)機(jī)艙實(shí)際設(shè)備布置情況，首先繪制草圖，然后進(jìn)行勘測(cè)，并將尺寸和位置信息記錄在草圖上。主要勘測(cè)項(xiàng)目見表2。

表2 輪機(jī)專業(yè)勘測(cè)項(xiàng)目Tab.2 Items of vessel engine reconnaissance

1.3 電氣專業(yè)

電氣專業(yè)勘測(cè)目的是了解漁船電力系統(tǒng)和通信導(dǎo)航系統(tǒng)的基本情況，主要勘測(cè)地點(diǎn)集中在機(jī)艙和駕駛室?？睖y(cè)項(xiàng)目見表3。

表3 電氣專業(yè)勘測(cè)項(xiàng)目Tab.3 Items of electric reconnaissance

2 漁船線型測(cè)繪

型線圖是船舶重要的技術(shù)資料之一，不但能準(zhǔn)確表達(dá)船體的形狀和大小，同時(shí)還是計(jì)算船舶容積、重量、航海性能以及繪制其它船舶圖樣和進(jìn)行船體放樣的主要依據(jù)。實(shí)船的型線勘測(cè)可采用不同的手段，如：使用光學(xué)經(jīng)緯儀的測(cè)量方法［4］；利用水平儀、鋼絲繩、玻璃軟管等測(cè)量型線的方法［5］。上述測(cè)量方法不但耗費(fèi)較多人工，測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，而且均存在一定程度的測(cè)量誤差，影響船體線型的真實(shí)反映。隨著現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)已經(jīng)成為測(cè)繪領(lǐng)域中的一個(gè)新的熱點(diǎn)［6］。作為繼GPS技術(shù)后又一測(cè)繪領(lǐng)域的技術(shù)革新，三維激光掃描技術(shù)在非接觸、獲取信息量、掃描時(shí)間、數(shù)據(jù)精度等方面有其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)［7］，能夠在復(fù)雜的空間環(huán)境下進(jìn)行自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集工作，完整獲取各種復(fù)雜、不規(guī)則實(shí)體對(duì)象的三維空間信息，在船體型線測(cè)量中具有一定的可行性［8］。利用三維激光掃描儀對(duì)某36 m拖網(wǎng)漁船進(jìn)行掃描后獲得的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖和拼接后的數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 36 m拖網(wǎng)漁船掃描后獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)Fig.1 Original point clouds data of 36 meter long trawler obtained by 3D laser scanning

根據(jù)漁船線型掃描的需求和三維激光掃描儀的特點(diǎn)，進(jìn)行三維掃描時(shí)，漁船必須上排。船舶的一側(cè)以及前后要有至少3 m以上的距離，以保證能掃描到船舶舷側(cè)頂部；船舶底部要盡量留有0.8 m以上的距離并保持船體周圍無(wú)雜物。為了能將全船掃描完全，需要在不同位置掃描多個(gè)站位。首先要根據(jù)船舶的總體情況以及船舶周圍場(chǎng)地情況，預(yù)估大致需要掃描多少站位才能將該船掃描完全。由于船體是對(duì)稱的，如條件受限，掃描船型的半邊即可。此外應(yīng)合理設(shè)置掃描分辨率，如果分辨率設(shè)置得比較高，掃描的點(diǎn)就比較密集，精度會(huì)比較高，但數(shù)據(jù)量會(huì)比較大，導(dǎo)致后期處理比較困難，如果有批量船需要掃描，掃描時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響工作進(jìn)度；如果分辨率太低，會(huì)影響掃描的精度。因此需設(shè)置合理的分辨率，以便于后期數(shù)據(jù)的處理。

3 傾斜試驗(yàn)

船舶的穩(wěn)性是關(guān)系到船舶使用安全的重要性能。對(duì)于缺少圖紙資料的漁船，其重心位置無(wú)法知曉，為了確保船舶使用時(shí)的穩(wěn)性，必須進(jìn)行傾斜試驗(yàn)，以測(cè)得船舶的真正重心位置，從而進(jìn)行各種工況的穩(wěn)性核算，若穩(wěn)性不能滿足規(guī)范要求，可以采取補(bǔ)救措施使穩(wěn)性達(dá)到要求［9］。因此，傾斜試驗(yàn)的結(jié)果正確與否，直接關(guān)系到船舶穩(wěn)性校核的正確與否，傾斜試驗(yàn)必須嚴(yán)格、準(zhǔn)確。為了確保結(jié)果準(zhǔn)確，試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）風(fēng)力和試驗(yàn)地點(diǎn)。漁船是小型船舶，由于排水量小，極易受到外界因素影響，因此在進(jìn)行傾斜試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)選擇2級(jí)風(fēng)以下的天氣［10］。試驗(yàn)地點(diǎn)盡量選擇在船塢內(nèi)或相對(duì)平靜的水域內(nèi)，以減少外界因素的干擾。

（2）試驗(yàn)條件。一般選擇在港內(nèi)維修時(shí)進(jìn)行船舶傾斜試驗(yàn)，因此船上臨時(shí)安裝的物件及廢料較多，應(yīng)注意全部清除，初始橫傾不超過(guò)0.5°才能進(jìn)行試驗(yàn)。魚艙艙口蓋應(yīng)關(guān)閉，船上所有的發(fā)動(dòng)機(jī)都應(yīng)關(guān)閉，否則傾斜試驗(yàn)數(shù)據(jù)就不夠準(zhǔn)確。

（3）船舶吃水讀數(shù)。由于部分漁船缺乏水尺圖，無(wú)法校核水尺位置，因此吃水可以通過(guò)從液面量至船體某一處取得，并多取幾點(diǎn)，要注意使基準(zhǔn)點(diǎn)與勘測(cè)時(shí)的尺寸一致。對(duì)于有水尺標(biāo)志圖的船，可由專業(yè)測(cè)量人員待船舶穩(wěn)定后讀取，并注意檢查水尺位置是否與水尺標(biāo)志圖一致。

（4）移動(dòng)重物。傾斜試驗(yàn)最好使用外形規(guī)則的壓塊作為重物，但很多漁船修造廠由于條件簡(jiǎn)陋，往往用沙袋作傾斜試驗(yàn)，由于沙袋形狀不規(guī)則，容易造成重量不準(zhǔn)，重心高度也難以計(jì)算，因此堆放沙袋時(shí)應(yīng)注意保持沙袋堆形狀規(guī)則。

4 數(shù)據(jù)處理、繪圖、計(jì)算和評(píng)估

4.1 數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過(guò)人工勘測(cè)、線型掃描和傾斜試驗(yàn)后，已基本掌握了反映漁船技術(shù)狀況的重要數(shù)據(jù)，后期的主要工作是將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算整理，形成評(píng)價(jià)漁船安全技術(shù)狀況所需的圖紙或資料。三維掃描數(shù)據(jù)的處理是后期數(shù)據(jù)處理的核心和難點(diǎn)，經(jīng)準(zhǔn)確處理后可獲得漁船的型線圖和型值表，再結(jié)合傾斜試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行漁船穩(wěn)性計(jì)算。型值表的形成過(guò)程如下。

（1）定義基準(zhǔn)面。將掃描的數(shù)據(jù)導(dǎo)入專業(yè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，處理軟件（如SCENE）將掃描得到的各站點(diǎn)云進(jìn)行拼接，去除雜點(diǎn)，并導(dǎo)出供后續(xù)建模軟件（如NAPA、AutoCAD等）使用的文件格式。處理過(guò)程中的關(guān)鍵步驟是定義船型的坐標(biāo)系。3個(gè)基準(zhǔn)面的選取方法為：將通過(guò)舵桿中心線與船首中縱剖線上一點(diǎn)決定的平面定為中縱面，將垂直于舵桿中心線并通過(guò)舵桿中心線上位置較低一點(diǎn)的平面定為基平面，將通過(guò)舵桿中心線并垂直于中縱面的平面定義為基準(zhǔn)橫剖面。確定好基準(zhǔn)面后，即可利用一系列平行于基準(zhǔn)面的平面，從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取數(shù)據(jù)點(diǎn)。提取過(guò)程中應(yīng)注意依據(jù)形狀選取合適的疏密程度的點(diǎn)，線型曲率變化越劇烈，選取的平行面數(shù)量應(yīng)趨于密集，線型變化較和緩，選取的平行面數(shù)量可趨于稀疏。36 m拖網(wǎng)漁船的三維模型如圖2所示。

圖2 36 m拖網(wǎng)漁船船體部分三維模型Fig.2 3D model of the hull part of 36 meter long trawler

（2）擬合建模橫剖面曲線。依據(jù)選取的橫剖線形狀，選取合適的疏密程度的控制點(diǎn)來(lái)擬合模型控制曲線，控制點(diǎn)分布應(yīng)較為均衡，曲率變化大的區(qū)域應(yīng)適當(dāng)加密。

（3）獲取擬合控制點(diǎn)的型值。應(yīng)用AutoCAD的list功能將選取擬合出的橫剖線生成相對(duì)于世界坐標(biāo)系的擬合點(diǎn)型值數(shù)據(jù)［11］。為了獲得更精確的型值，應(yīng)將AutoCAD默認(rèn)的毫米級(jí)精度調(diào)低至掃描精度。利用得到的型值信息，應(yīng)用相應(yīng)的計(jì)算工具軟件（如NAPA、FLUENT等［12］）即可對(duì)漁船進(jìn)行建模。依據(jù)點(diǎn)、線、面、體的順序逐步定義船體模型，并檢查模型的準(zhǔn)確性，依據(jù)給定的設(shè)計(jì)吃水，確定垂線間長(zhǎng)、船舯、型深、基線位置，并調(diào)整船體模型坐標(biāo)系基點(diǎn)與之一致［13－14］。

4.2 繪圖

利用數(shù)據(jù)處理后得到的漁船型線信息，可以繪制漁船的型線圖，再結(jié)合人工勘測(cè)獲得的數(shù)據(jù)，利用AutoCAD軟件將其還原成評(píng)估漁船安全性能，以及漁船檢驗(yàn)所必需的總布置圖、結(jié)構(gòu)圖、機(jī)艙布置圖和舾裝布置圖等。

4.3 性能計(jì)算

依據(jù)需要補(bǔ)充圖紙的漁船登記信息，選取相適應(yīng)的漁檢規(guī)則（如《漁業(yè)船舶法定檢驗(yàn)規(guī)則2000》［15］），采用前述的船體模型與試驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用總體性能分析軟件進(jìn)行相應(yīng)的總體性能計(jì)算并給出分析結(jié)果。結(jié)果可以包括以下內(nèi)容：靜水力曲線表，邦戎曲線表，液艙容積信息，規(guī)則要求的典型裝載工況校核（浮態(tài)信息，穩(wěn)性曲線數(shù)據(jù)，穩(wěn)性衡準(zhǔn)和危險(xiǎn)開口點(diǎn)信息）［16］，根據(jù)上述結(jié)果可評(píng)估漁船的安全狀況，并提出相應(yīng)的整改措施。

4.4 評(píng)估

評(píng)估主要針對(duì)漁船的安全性開展：綜合考慮漁船是否能夠保證規(guī)則對(duì)干舷和穩(wěn)性的要求；結(jié)合實(shí)際勘察情況考慮補(bǔ)圖漁船是否滿足規(guī)則對(duì)防火、輪機(jī)設(shè)備配置和電氣裝置布置的要求；通過(guò)對(duì)排水舷口面積的核算，考慮補(bǔ)圖漁船是否存在排水舷口面積不足的問題；對(duì)實(shí)測(cè)的主甲板厚度、外板厚度及主要構(gòu)件尺寸，利用現(xiàn)行規(guī)則進(jìn)行強(qiáng)度校核，判斷是否滿足要求。

5 結(jié)論

無(wú)圖紙資料漁船的技術(shù)狀況評(píng)估與圖紙還原工作應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人工勘測(cè)、精準(zhǔn)線型掃描和傾斜試驗(yàn)獲取與漁船的技術(shù)狀況緊密相關(guān)的數(shù)據(jù)，利用三維掃描處理軟件、CAD軟件以及NAPA等計(jì)算軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、繪圖和計(jì)算，并按照現(xiàn)行的檢驗(yàn)法規(guī)對(duì)漁船的主要性能進(jìn)行核算。結(jié)果表明，使用科學(xué)精確的手段進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)估和圖紙資料還原后，可以對(duì)漁船的穩(wěn)性及其他性能是否符合法規(guī)要求做出判斷，對(duì)不符合要求的漁船可以提出相應(yīng)的解決方案。 □

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Technical assessment on fishing vessels without design drawings and drawing recovery research

ZHAO Xinying1，2，HU Peiyu2，ZHANG Yi2，LI Chao2，ZHANG Shu2
（1 Key laboratory of Ocean Fishing Vessel and Engineering，Ministry of Agriculture，Shanghai 200092，China；2 Fishery Machinery and Instrument Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Shanghai 200092，China）

In order to learn the technical condition of fishing vessels without design drawings，realize their effective inspection and management，improve their technological level and promote thesustainable development of fisheries，research has been conducted into the technical assessment and drawings recovery of these vessels based on real vessel measurement，scanning and data processing.It shows that on－site artificial reconnaissance should be first carried out to obtain information on the vessel’s overall layout，main structure，machinery and electricity equipment etc.，and to get the molded lines information by three－dimensional laser scanning as well as the weight and gravity center information by inclining test.Next，using the data from the reconnaissance，the drawings of the overall layout，engine room layout，outfitting layout etc.could be recovered by AutoCAD，the point cloud data could be transformed into the molded lines of the vessel by 3D laser scanning and 3D numerical model could be built using NAPA.Then，based on data gained from the inkling test，the stability of the vessel could be calculated following the current inspection regulations.The results show that，through the precise technical assessment by scientific methods and the drawings recovery，judgement could be made on whether the vessel complies with regulations in terms of its stability and other attributes，and countermeasures could be proposed for those that cannot meet the requirement.

fishing vessel；technical assessment；drawings recovery；artificial reconnaissance；3D laser scanning；inclining test

U662.2

A

1007－9580（2007）02－067－05

10.3969／j.issn.1007?9580.2017.02.012

2016－08－31

農(nóng)業(yè)部遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源調(diào)查與探捕項(xiàng)目“遠(yuǎn)洋漁船標(biāo)準(zhǔn)化研究和標(biāo)準(zhǔn)化船型設(shè)計(jì)論證”

趙新穎（1979—），男，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：漁船輪機(jī)工程與節(jié)能技術(shù)。E－mail：zhaoxinying＠fmiri.ac.cn