漁船結構設計標準化及規范化研究

金嬌輝，趙新穎，黃溫赟，黎建勛

(1.中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所， 上海 200092； 2.青島海洋試點國家實驗室深藍漁業工程裝備技術聯合實驗室， 山東 青島 266237；3.農業農村部遠洋漁船與裝備重點實驗室， 上海 200092)

計算機輔助設計軟件的常用設計軟件有 AutoCAD(autodesk computer aided design), NAPA(naval architect package), Foran和SPD(shipping product design) 等，借助三維軟件可根據需要輸出各向剖視圖，根據模型設置直接輸出肋骨型線、外板展開圖及重量重心數據，隨時查看3D實船效果，確認機器設備和管路等在狹小空間的布置和走向的合理性，提前預知施工的可行性，不存在設計人員三維空間想象的局限性。對比二維設計，三維設計做到了精準出圖，使人為讀圖錯漏率降為零，同時縮短工時。然而，由于漁船船型普遍較小，且輸出至CAD圖形的線型為二維多義線，線型修改及示意性結構表達和標注，仍需人為介入修改，無法避免出現版本混亂、無從追溯等問題。

本研究遵循國家和行業標準，參考《船體結構與制圖》[1]及業內優質的繪圖風格，逐步形成適合漁船結構設計的標準化內容和流程。2012年引進ISO9001質量管理體系，圖紙更改記錄使得設計過程可追溯。近年來項目逐年增多，人員隊伍亦不斷壯大，各專業領域職責更加細分，且人員流動頻繁，出現相同專業不同人員設計的圖紙形式不一，涉及船機電專業間相關資料時出現圖紙和文件的交接混亂和各版本留底不清晰，異地辦公交接不及時等問題，因此，本研究室于2018年自主研發漁船設計圖紙管理系統，開發Quality Plus 管理軟件(quality plus explorer)，用于管理文件及共享資源，實現異地聯機工作，對設計過程中的圖紙保密、項目進度管理、圖紙質量控制、協同工作與人員合理調配進行了合理的安排；然而，保密功能限制了IP，也使得疫情期間居家辦公不能登錄。因此，迫切需要專業之間加強溝通互傳，建立并實施標準化和規范化設計，提高出圖速度，保證出圖質量，完善文件存檔，實現制度化技術管理。

1 漁船結構設計標準化

漁船結構設計與其他常規船舶結構設計[2]相似，包含結構型式和受力分析內容。此外，漁船船型總體偏小，和大船存在很多不同，如線型多為樣條曲線、構件走向不規則等。若完全按照常規船舶設計思路進行漁船結構設計，容易出現部分細節無法施工、空間利用率低和船舶重量大等諸多問題，以致用戶滿意度低。隨著船舶檢驗的規范化，船東對漁船的安全性、舒適性要求越來越高，在船市大環境不樂觀的情況下，行業對漁船設計提出了更高的要求。

結構設計是銜接總體和舾裝及輪機與電氣的關鍵環節，其設計質量的好壞直接影響著其他專業設備布置的合理性、操作的便捷性以及整船造價的競爭力。結構設計既要考慮技術性又要考慮經濟性，隨時應對各專業變動帶來的影響，因此，設計一定要有兼容性。由于設計師存在人員流動問題，如何使單位的設計水平不隨人員流失而降低，是漁船結構設計標準化研究迫切需要解決的問題。

1.1 船舶結構設計常用軟件

隨著國民生產總值的不斷提高，為提高船舶設計質量和效率，國際通用的三維設計軟件在國內各設計單位和船企公司中的應用越來越多，船舶結構應用較多的有芬蘭的 NAPA Steel[3]，西班牙的 Foran[4]，英國的AVEVA Marine[5](收購原瑞典的 Tribon)，法國的 CATIA(computer aided tri-dimensional interface application)[6-7]，美國的CADDS(computer aided drafting and design system)[8]，荷蘭的 Nupas[9]，德國的Friendship[10]，澳大利亞的 Maxsurf[11]以及國產的SB3DS(shipbuilding 3D design system)[12], CAXA(computer aided X alliance)[13]和SPD[14]等。

在有限元計算和總縱強度計算方面，國際上常用軟件有：Ansys[15], MSC(macNeal-schwendler corporation) Software[16], Abaqus[17],Pro-e(pro/engineer)[18]和SolidWorks[19]等，并且不同船級社有屬于自己的軟件：如 中國船級社(china classification society, CCS)的Compass, 法國船級社(bureau veritas, BV)的 Veristar, 英國船級社(lloyd’s register of shipping, LR)的 Shipright, 德國船級社(germanischer lloyd, GL)的 Poseidon 等；中國自主研發的則有 JIGFEX, DDDU和DDJ/W 等，其操作系統仍停留在MS Window～9x/NT等老舊的系統環境，與功能日益完善的主流計算軟件相比缺乏競爭力。利用好已有的各類軟件，逐步實現設計標準化，在技術上顯得尤為重要。

1.2 漁船結構設計標準依據

自 2018 年 4 月 20 日起，由交通運輸部履行漁業船舶檢驗和監督管理職責，相應的規范也更新為中國船級社《鋼質遠洋漁船建造規范(2018)》[21]，適用于船長大于等于 24 m的鋼質遠洋漁船，最新修改通報于 2019年 7月1日生效，其中船長90 m及以上的漁船，其構造的通用性要求符合《鋼質海船入級規范》[22]的要求。

由于漁船相較其他商船[23]船型較小，中小型漁船的節點及貫穿孔和補板，需參照水產行業標準《鋼質漁船船體結構節點》[24](SC/T 8060—2001)，并參考船舶行業標準《船體結構 流水孔、透氣孔、通焊孔和密性焊段孔》[25](CB/T 3184—2008)、《船體結構 節點、零部件(船長小于 90 m)》[26](CB*3181.2—1986)來設計。在三維軟件中建立常用型材、骨材、肘板、開孔、板厚和材料等屬性信息數據庫，形成的標準數據庫，便于后續建模直接調用。

1.3 漁船結構設計標準化

漁船結構設計的主要原則包括以下5點：1)在符合規范、滿足船東要求的前提下，盡可能的減少材料重量；2)取材規格盡量統一，減少獨立微構件數量，模型庫應囊括可能用到的所有標準構件規格；3)由于艏艉處底部線型尖瘦，需考慮施工的可行性；4)配合捕撈設備和輪機設備及管路的安裝，對強受力構件做到板材等加強，將包含重量重心的設備數據導入模型庫；5)為船舶建造提供人性化的施工空間，按最小350通孔的極限值剔除不合理交錯構件。

結構設計標準化第一步就是要根據船級社對應的規范要求及有限元分析結果合理布置構件，保證結構強度，經濟取材，減少船板用量，做到結構最優化?；窘Y構型式設置好后，在三維設計軟件中布置好板縫、型材和骨材的軌跡，定義板厚及各型材和骨材等，可從標準數據庫中調入扶強材、加強筋、肘板及型材骨材的貫穿孔和補板等標準模塊信息。整船結構模型建好后，根據其他專業設計人員要求提供給布置設備的精準空間模型，避免設計師人工出圖的錯漏，各設計人員使用統一的數據庫，可有效實現結構設計標準化。

根據送審要求，從三維模型中精準輸出各縱剖圖、橫剖圖以及斜剖視圖等二維平面圖，供設計人員及時查錯，改正設計不合理之處，優化方案利于施工。由于船型小，受圖紙比例的限制，在板厚小的情況下，需要將雙輪廓線按標準完善示意繪制，參考《金屬船體制圖第 1 部分：一般規定》[27](GB/T 4476.1—2008)修改三維設計軟件輸出的剖視圖，送審圖線型標準如圖1 所示。另外，標注的字體、樣式根據相關標準完善標注，參考《金屬船體制圖第 4 部分：尺寸注法》[28](GB/T 4476.4—2008)。至此，三維輔助的二維送審圖繪制完成。

繪制完成后的校對工作應根據各技術文件對應的設繪通則校對各項內容，形成相應的《圖樣和技術文件校審表》，連同技術文件一起發回設繪人員，建議按要求修改后發標驗，按照室標要求無誤后轉審定，確認重大原則性意見已修改，符合規范和標準，即定稿。

隨著三維設計軟件的不斷投入使用，詳細設計逐漸從被動跟隨船東船廠走轉變為船廠嚴格按圖施工，修改通知單的數量逐年降低。維持此良好態勢需要設計人員有豐富的現場經驗，全面了解船東所需，及時更新信息庫，關注新技術新工藝并作經濟論證，給船東提供更好的方案。

2 漁船結構設計的規范化

船體結構設計的規范化早在20世紀80年代就已經有人提出，但《船體結構制圖規范化探討》中述及的繪圖問題到數字化設計時代依然存在[29]。結構設計標準化工作還需要一套規范化的操作流程來指導，才能實現設計管理、流程規范化，為結構設計標準化提供保障。

2.1 漁船結構設計流程規范化

漁船設計通常是在全面了解船東需求基礎上，經充分論證后，選擇經濟最優方案開始設計，具體流程如圖2所示。合同簽訂前，結構專業要根據母型盡早提供材料預估單及基本結構圖供參考，嚴肅對待技術規格書，深入了解船東的附加要求，詳盡記錄各項訴求，并形成紀要簽字確認，以防后續發生顛覆性方案修改。

合同簽訂后進入技術設計階段，要求各專業人員一起討論全船技術規格書，嚴格審查錯漏之處，形成終稿。分配繪圖人員及相關工作量，制定工作進度表，包括每個文件的設繪、校對、標驗、審定人員及提交時間。協調專業間相互牽制的設計資料，并確定提交的時間節點。了解造船廠的生產工藝和造船方法，選擇適合船廠的施工方法及常用的型材及板材規格。利用相關規范標準，通過設繪軟件建模輸出并完善相關文件，借助QP管理系統規范設繪流程，形成送審文件。根據設計時間節點開展階段性評審會議，嚴控質量，總結設計過程中的經驗教訓，作好記錄存檔。

根據船廠生產時間節點去施工現場提供技術服務。對漁船而言，存在機艙狹小與設備及設施數量繁多之間的矛盾、吊機口與機器拆裝的矛盾、管路閥門與設備空間的矛盾和電纜走向與絕緣的矛盾等，需要現場經驗豐富的設計師解決。將每次修改詳盡記錄并體現到完工圖中。對設計師而言，去船廠既是解決問題，也是學習的好機會，可以熟悉船廠的施工工藝、施工條件和工人的施工技術，施工難度大的地方考慮優化，提升設計水平。

2.2 漁船結構設計修改規范化

技術設計設繪初步完成是繁多步驟的第一步，在整個設計期錯漏率最低，但每一次修改都有可能造成整體圖紙錯漏率增高。隨著船東要求的改變，有時候甚至是主機選型及艙室布局的顛覆性更改，頻繁修改往往一直延續到退審結束，才能正式發往船廠。修改的規范化流程如下圖3所示。

綜上，修改的內因和外因主要來自以下5個方面：1)在轉達校對提出意見后的修改過程中，不斷優化之前的方案，提高容積利用率和施工便利性；2)供應商對協議認可資料的更改確認，輪機和舾裝設備、門窗確定后，底座和開口隨之確定；3)更改造成原計算未進行再次核算，改動不滿足規范要求的地方，如艙室布局、門窗布置、梯道開口以及排水舷口等；4)船廠由于施工工藝及材料提出的設計更改；5)船東在整個送審期及送審后提出的大小修改。

在圖紙退審前提出的修改意見，修改按照“5W”格式進行：When-時間，Where-地點，What-內容，Who-修改提出方，Why-原因，詳細記錄并發送項目組成員，并與船檢審圖員保持溝通，保證各項改動均在規范許可范圍內，在全部圖紙完成退審時，若無重大修改可不用升版，作無意見退審。在退審后提出修改，往往船廠已經開始套料生產施工，每條修改必須填寫《修改通知單》，與原圖一起歸檔。

2.3 漁船結構設計圖紙發送

響應電子審圖及電子存檔的信息化要求，減少圖紙打印次數，僅提供船東所需數量的印制圖紙，結構專業要求依據標準打印樣式規范打印。參考《技術制圖復制圖的折疊方法》[30]GB/T 10609.3—2009 將比 A4 圖幅的圖紙首先沿標題欄短邊方向折疊，然后沿長邊方向折疊成 A4 規格，做到圖紙整齊劃一。

完成后蓋人名章和單位章。按照地址打包郵寄設計圖紙蓋章，即完成圖紙的發送。

3 Quality Plus(QP)系統

借助三維設計軟件，得到準確的二維圖紙是送審階段的最終目的。二維圖紙是其他設計人員繪圖的依據，需要及時上傳共享，其他送審文件也需電子送審及存檔。借由 QP 系統讓共享成為現實，所有的圖紙及文件都統一存儲在服務器上，避免某設計人員電腦不在身邊而延誤傳送，如圖4所示，在界面左側欄點開項目和專業，右側隨即彈出該專業的圖紙和文件，相關的設計人員可以點開編輯或是查看，使用 Quality Plus 管理軟件可以解決以下問題： 存儲電子圖紙及文件、同一平臺協同工作，實現資源共享、有效控制項目進度和工作流程、有效管理修改建議、管理發送和接受的聯系單和通過分析工作記錄生成評估參考。

軟件的核心圍繞著"工程計劃"展開，將計劃導入 QP系統后，系統將自動根據計劃中設定的信息在服務器端產生圖紙類型模板文件。

QP 服務器發送圖紙信息給計劃中的工程師，研究室和青島實驗室兩地工程師在本地計算機使用 QP Explorer 開始協同工作。圖4 左邊欄為項目及專業名稱，選擇項目和專業點擊可查看或編輯專業目錄下的文件，如右邊信息顯示。

完成設繪工作，通過 QP Explorer 將工作移交給校對工程師。若有修改意見返回時，處理好修改意見再移交下一流程直至結束。

近年來， 在運用ISO9001 質量管理體系管理船舶設計中，發現該體系在審查期，要求提供設計周期內的圖紙審查及評審會議等可以督促領導在后續船舶設計對規范流程的重視，但不能保證設計船的節點審查質量。QP 系統恰好解決了這一問題，在服務器上儲存每一個設計流程和會議文件及改動細節， 保證任一設計環節有據可依，有證可查，也為 ISO9001 質量管理體系審查提供了有效依據。

4 結語

近年來隨著設計和管理軟件的引進與應用，改變了漁船設計傳統軟件落后及管理無章的局面，本研究與時俱進，融合其他設計公司設計管理經驗，歸納總結從業以來的經驗教訓，逐步形成統一、規范和穩定的結構專業設計和管理體系，既符合制度化又體現人性化。同時按標準化要求和規范化流程指導新進人員，設計效率大大提高，出錯率低于有多年工作經驗的設計人員。隨著國家對設計資質的取消，競爭更加激烈，漁船設計質量和業內口碑評價顯得尤為重要。船東在對比多家設計公司后依然選擇了繼續合作，可見，規范化和標準化的漁船設計是成功的有力保障，高效出圖、低錯率是團隊戰斗力的關鍵因素，這樣才能保證口碑和競爭力。

本研究室漁船結構設計標準化與規范化的實施尚在探索階段，未來將繼續開展專題研究，形成標準化與規范化的工作手冊使得結構設計標準化與規范化健康有序發展，并為漁船機電及其他專業提供參考模板，以期促進漁船設計的規范化發展。