浅析水尺勘划方法及要点

刘 宏, 翟高进, 谭新东

(泰州口岸船舶有限公司, 江苏 泰州 225313)

浅析水尺勘划方法及要点

刘 宏, 翟高进, 谭新东

(泰州口岸船舶有限公司, 江苏 泰州 225313)

水尺勘划是船舶施工中比较重要的一个环节，勘划准确性直接关系到船舶空船重量和船舶载重的计算。这里主要对水尺的作用、安装标准、勘划前的准备工作、勘划方法和勘划注意事项等进行了介绍与分析，并对相关勘划方法进行了比较，此水尺勘划方法可以指导相关船厂进行实船水尺勘划。

水尺 水尺勘划 精度控制 最小二乘法 全站仪

1 前言

通过水尺读数可以计算出船舶的空船重量和载重量。水尺的安装精度直接影响空船重量和载重量的计算，比如五万吨左右船舶，水尺相差10 mm，则船舶载重量相差大约50 t，因此船东、船检和船厂三方对水尺的勘划都比较重视，水尺勘划是船舶施工中比较重要的一个环节。

2 水尺的作用和安装标准

根据水尺能判断船舶在任意状态的外形吃水(外形吃水指包括船舶任何附体或水线下突出物在内的船舶最低点致水面的垂直距离)，根据水尺读数能够迅速计算出船舶在此状态下的排水量。

水尺安装标准为：标准±1 mm，极限±2 mm，水尺勘划前的准备工作和勘划方法的选择比较重要。

3 水尺勘划前准备

由于船舶是由若干个分段总组焊接而成，船舶的重量分布不均匀，且支撑船舶的船台墩弹性模量也不同，造成船台墩受力不一致，因此在建造完工后的船底龙骨线不是一条直线。勘划水尺前必须对龙骨挠度进行测量，修正龙骨线，确定水尺勘划的基准线，从而减小由于龙骨线的不准确引起的排水量误差。

龙骨基线的挠度计算方法有以下几种：

(1) 平均值法。将所有测量数据进行平均，此种方法计算结果比较粗糙，一般不采用。

(2) 面积法。

(1)

分别将Z1、Z2…Z(n-1)、Zn减去Z值即得各位置点距修正后龙骨基线的挠度值。

式中：L1～2为第一测量点至第二测量点距离；L1～n为第一测量点距最后一测量点距离。

此种计算方法虽然能近似修正排水量，但不能准确反映建造后的龙骨坡度，从而不能准确反映水尺勘划基准点。

(3) 最小二乘法。

虽然船舶合拢时是按固定龙骨坡度进行合拢，由于前述因素的影响，最终测量时的龙骨坡度与原先的龙骨坡度不再相同。最小二乘法计算方法能将直线测量值回归成线性方程，从而能准确反映船舶在船台的龙骨坡比，准确提供水尺勘划在各个位置的基准点。表1为最小二乘法计算挠度表格。

表1 最小二乘法计算表格

与平均值法和面积法相比，最小二乘法能准确反映船舶在船台的龙骨坡度，从而准确提供水尺勘划在各个位置的基准点，目前我厂在龙骨坡度的计算使用最小二乘法。

4 勘划注意事项

水尺勘划时的主要注意事项如下所示。

(1) 按《载重线及水尺标志图》的要求，水尺标志分别设于艏、舯、艉的左右舷，位置左右对称，两位数以上文字按横写惯例从左到右，文字底边缘即名义水线值。

(2) 水尺字大小一般为字高100 mm(指垂直投影高度)，字宽70 mm(最终以施工图为准)。遇到船线型突变处，字高应由放样伸长定，但其垂直投影高度仍应保持100 mm，当然也可在勘划前征求船东意见是否按线型进行放样制作，取得一致意见后再确定最终放样依据。

(3) 由于舯部设有水尺标志，经常与载重线标志重叠，两者需要避让。习惯上将水尺字标志向船艉方向移动，实际尺寸以《水尺及载重线标志图》为准。

(4) 当水尺标志沿着艏柱或艉柱设置时，水尺字底边缘距外板与艏、艉柱焊缝最小水平距离取100～150 mm为宜，如图1所示。

图1 艏柱和艉柱区域的水尺

(5) 作为球鼻艏船，艏部水尺标志应设在艏垂线处，水尺字底边缘应距艏柱包板焊缝距离大约为100～150 mm处，如图2所示。

图2 球鼻艏船艏处的水尺

(6) 环境对水尺勘划的影响。

由于挠度受环境等因素的影响较大，因此首先在两舷的艏、舯、艉水尺肋位线上标出初步基准参考水线，并向船东、船检交验，然后再进行挠度测量、计算。最后根据各水尺肋位位置的挠度值修正水尺高度基准点。只有这样，才能准确模拟挠度测量和水尺放样测量时的环境等状况。如不采取此措施，则会发生交验时船上基准点与船台上基准点存在偏差，从而导致水尺交验的困难。

水尺勘划时应在船舶没有直接受阳光照射的情况下连续进行。如不能连续进行或环境气温发生较大变化，则在过程中不断检验船上基准点与船台基准点的变化差值，从而修正船上各水尺高度位置的准确值。

5 水尺基准点的确定

水尺基准点是以修正后的龙骨基线加上龙骨板厚度，作为该水尺的基准0位点，主要分为以下几种情况。

(1) 当船体是平板龙骨时，修正龙骨板底缘中心线处，即为0位点，如图3所示。

图3 平板龙骨处0位点

(2) 当艏艉水尺标志所在位置船体线型升高时，则应按其相近的平直部分肋骨或舱壁处龙骨板底线延伸的交点为0位点，如图4所示。

图4 艏艉水尺升高处0位点

(3) 当船底为方形龙骨斜底型的船舶时，考虑到其有较大的艉纵倾和艏柱前倾，勘划水尺标志时应特别注意。方形龙骨斜底船舶的舯部和艉部水尺标志划线方法相同，是取水尺标志处的船底基线到方形龙骨底的垂直距离h处为0位点，如图5所示。

图5 方形龙骨斜底船舶0位点

(4) 艏部水尺标志是以设计水线与艏柱交点作垂线，再与艏底方形龙骨底线延长相交点作为0位点，如图6所示。

图6 艏部0位点的确定

6 水线勘划方法

6.1 常规勘划方法

(1) 按《载重线及水尺标志图》的设计要求，分别将艏、舯、艉各处水尺标志0位点用水平管驳到船旁的标杆上，如图7所示。

图7 常规勘划图步骤1

(2) 用同一水平尺、样棒或水平管，作出艏、舯、艉各水尺标志所在肋位左右舷参考线，参考线距0位水线高度可视船体线型变化程度不同，可取500mm，1 000mm，1 500mm，2 000mm等数值，如图8所示。

(3) 用钢带或样棒条预先在样台上按线型(加上板厚)驳制水尺所需数据，对准参考线将水尺标高反馈到实船上。当外板线型变化较大，划制水尺标高容易产生超差时，要求间隔一定距离，用水平管进行校核，如图9所示。

图8 常规勘划图步骤2

图9 常规勘划图步骤3

(4) 待水尺线勘划完毕，经检验处检查认可后，方可装配水尺标志字样。

6.2 全站仪堪划方法

(1) 在船台外侧引出与船台中心线相平行的一条线，如图10所示。

图10 全站仪勘划步骤1

(2) 根据水尺肋位，在船台外侧竖立标杆，并表示出基准点，如图11所示。

图11 全站仪勘划步骤2

(3) 在合适的位置放置全站仪，并通过测量水尺功能,设置倾斜比例为1/20(船台坡度)，水尺字间距为200mm，如图12所示。

图12 全站仪勘划步骤3

(4) 使用全站仪测量外侧上述(1)中引出线上的两点，并根据船艏艉方向确定坐标，然后测量基准点，比较基准点的高度坐标“Z”值和理论高度值，并记录偏差值，如图13所示。

图13 全站仪勘划步骤4

(5) 全站仪激光对准水尺肋位进行划线。通过反复测量功能进行测量，并满足以下条件①全站仪的十字中心在水尺肋位上；②全站仪测量出的值是水尺高度值；③“Z”值和基准点的偏差在需用误差1mm之内；④对于水尺读数的大字体(如8M等)，只需测量3个点，然后和标准尺寸进行对照，如果吻合就停止测量。划线作业者根据激光点的位置，在肋位线上标示水尺高度点，并使用水平尺划水平线，以及标示水尺字体的高度值，如图14所示。

图14 全站仪勘划步骤5

(6) 反复进行(5)项作业，表示出水尺的所有点并划线，如图15所示。

图15 全站仪勘划步骤6

(7) 待水尺线勘划完毕，经检验部门检查认可后，方可装配水尺标示字样。

通过上述介绍和实船施工显示：全站仪的水尺勘划方法的精度明显高于常规勘划方法。

7 结束语

目前我厂在水尺堪划过程中，龙骨坡度的计算使用最小二乘法,使用全站仪进行了92 500dwt散货船、3 820TEU集装箱船、83m打桩船和客滚船的水尺勘划，结果显示通过此方法堪划的水尺安装满足精度要求。船级社、船检和船东三方检验时一次性通过，此方法可供相关船厂水尺勘划时进行参考。

[1] 纪卓尚. 船舶制造工艺力学[M]. 北京:国防工业出版社,2006.

[2] 陆俊续.船舶建造质量检验[M].黑龙江: 哈尔滨工程大学出版社,1996.

[3] 蔡强，陈可越，陈述.船舶设计制造修理技术与质量检测验收实用手册[M].北京:清华同方电子出版社，2005.

[4] 应长春.船舶工艺技术[M]. 上海:上海交通大学出版社,2013.

Initial Analysis on Method and Points of Signing the Water Gauge

LIU Hong, ZHAI Gao-jin, TAN Xin-dong

(Department of design and technology, Taizhou KouAn Shipbuilding Co., Ltd.,Taizhou Jiangsu 225313, China)

Signing the water gauge is the key stage during ship constructing, the accuracy of signing can relate to the calculation of lightweight and deadweight of ship. The paper introduces and analyzes the function of water gauge, installation standard, the preparation work before signing, signing method and precautions during signing the water gauge, and compares different signing methods.The technology of signing the water gauge can supply a reference for related shipyards.

Water gauge Signing the water gauge Accuracy control Least square method Total station apparatus

刘 宏(1968-)，男，高级工程师。

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