无图纸资料渔船技术状况评估与图纸还原研究

赵新颖胡佩玉张 怡李 超张 舒

（1农业部远洋渔船与装备重点实验室，上海200092；2中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海200092）

无图纸资料渔船技术状况评估与图纸还原研究

赵新颖1，2，胡佩玉2，张 怡2，李 超2，张 舒2

（1农业部远洋渔船与装备重点实验室，上海200092；2中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海200092）

为准确掌握无图纸资料渔船的技术状况，实现渔船的有效检验和管理，提升我国渔船技术水平，促进渔业健康持续发展，在实船测量、扫描和数据处理的基础上，对无图纸资料渔船的技术评估和图纸还原工作进行了研究探讨。研究认为，应首先通过现场人工勘测获取渔船的总布置、主体结构状况和机电设备配置等信息，通过精准线型扫描获取渔船的线型数据，通过倾斜试验获取渔船的重量、重心信息；然后利用CAD软件将人工勘测获得的数据还原渔船的总布置图、机舱布置图、舾装布置图等，利用三维扫描处理软件将获得的点云数据转化为渔船的型线图，用NAPA软件进行三维建模；再结合倾斜试验获取的渔船重量、重心数据，按照现行的检验法规对渔船的稳性进行核算。结果表明，使用科学精确的手段进行技术状况评估和图纸资料还原后，可以对渔船的稳性及其它性能是否符合法规要求做出判断，对不符合要求的渔船可以提出相应的解决方案。

渔船；技术状况评估；图纸还原；人工勘测；三维激光扫描；倾斜试验

截至 2015年底，我国共有渔船 104.2万艘［1］。数量庞大的渔船对渔业安全生产、渔业资源和生态环境具有重要影响。因此，对渔船进行有效的检验和管理具有重要意义。

作为渔船管理中的重要一环，渔船的图纸资料与渔船的营运检验、日常维护保养、修理、事故应急处理都有密切联系［2］。

针对我国无图纸资料渔船的现状，在现场工作的基础上，研究提出了通过人工勘测、线型测绘、倾斜试验和数据处理、计算等步骤开展技术状况评估和图纸还原工作。

1 人工勘测

人工勘测的目的是了解渔船的主要要素尺寸与总布置情况，重点掌握渔船的结构形式、主要构件的规格尺寸、腐蚀现状、渔船的舱室布置、液舱分布、安全及消防设备配置情况、机械设备配置情况、机舱布置、电气和通讯导航设备配置等。

为尽量准确获得上述信息，勘测采用现场测量和口头询问并记录的方法，对外部可及的部分，采用卷尺或红外测距仪进行测量记录，对内部已被覆盖而无法直接测量的部分，如部分液舱的分布等，采用询问船舶所有者的方式，尽可能准确还原船舶的技术细节。

人工勘测在渔船上排或停泊在码头时均可进行，勘测前应保证船上无影响开展测量工作的网具、杂物等，并保证勘测时没有影响勘测人员安全的施工状况出现。勘测前应准备好测量、照明、记录等勘测工具及必要的防护措施，勘测人员按船体、轮机和电气专业进行分工。

1.1 船体专业

船体专业的勘测按主船体、机舱、舾装等部分逐一测量，涉及到总布置情况的需要进行草图绘制。具体勘测项目见表1。

DF101S集热式恒温加热磁力搅拌器（郑州长城科工贸有限公司）；SHZ-DL(Ⅲ)循环式真空泵（巩义予华仪器有限公司）；DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱（巩义予华仪器有限公司）；Cary 60紫外可见分光光度计（美国安捷伦公司）。

表1 船体专业勘测项目Tab.1 Items of vessel hull reconnaissance

1.2 轮机专业

轮机专业勘测目的是掌握渔船推进和其他机械设备系统的技术状况，勘测地点主要集中在机舱。应根据机舱实际设备布置情况，首先绘制草图，然后进行勘测，并将尺寸和位置信息记录在草图上。主要勘测项目见表2。

表2 轮机专业勘测项目Tab.2 Items of vessel engine reconnaissance

1.3 电气专业

电气专业勘测目的是了解渔船电力系统和通信导航系统的基本情况，主要勘测地点集中在机舱和驾驶室。勘测项目见表3。

表3 电气专业勘测项目Tab.3 Items of electric reconnaissance

2 渔船线型测绘

型线图是船舶重要的技术资料之一，不但能准确表达船体的形状和大小，同时还是计算船舶容积、重量、航海性能以及绘制其它船舶图样和进行船体放样的主要依据。实船的型线勘测可采用不同的手段，如：使用光学经纬仪的测量方法［4］；利用水平仪、钢丝绳、玻璃软管等测量型线的方法［5］。上述测量方法不但耗费较多人工，测量时间较长，而且均存在一定程度的测量误差，影响船体线型的真实反映。随着现代测量技术的发展，三维激光扫描技术已经成为测绘领域中的一个新的热点［6］。作为继GPS技术后又一测绘领域的技术革新，三维激光扫描技术在非接触、获取信息量、扫描时间、数据精度等方面有其得天独厚的优势［7］，能够在复杂的空间环境下进行自动化的数据采集工作，完整获取各种复杂、不规则实体对象的三维空间信息，在船体型线测量中具有一定的可行性［8］。利用三维激光扫描仪对某36 m拖网渔船进行扫描后获得的原始点云数据图和拼接后的数据如图1所示。

图1 36 m拖网渔船扫描后获得的点云数据Fig.1 Original point clouds data of 36 meter long trawler obtained by 3D laser scanning

根据渔船线型扫描的需求和三维激光扫描仪的特点，进行三维扫描时，渔船必须上排。船舶的一侧以及前后要有至少3 m以上的距离，以保证能扫描到船舶舷侧顶部；船舶底部要尽量留有0.8 m以上的距离并保持船体周围无杂物。为了能将全船扫描完全，需要在不同位置扫描多个站位。首先要根据船舶的总体情况以及船舶周围场地情况，预估大致需要扫描多少站位才能将该船扫描完全。由于船体是对称的，如条件受限，扫描船型的半边即可。此外应合理设置扫描分辨率，如果分辨率设置得比较高，扫描的点就比较密集，精度会比较高，但数据量会比较大，导致后期处理比较困难，如果有批量船需要扫描，扫描时间过长会影响工作进度；如果分辨率太低，会影响扫描的精度。因此需设置合理的分辨率，以便于后期数据的处理。

3 倾斜试验

船舶的稳性是关系到船舶使用安全的重要性能。对于缺少图纸资料的渔船，其重心位置无法知晓，为了确保船舶使用时的稳性，必须进行倾斜试验，以测得船舶的真正重心位置，从而进行各种工况的稳性核算，若稳性不能满足规范要求，可以采取补救措施使稳性达到要求［9］。因此，倾斜试验的结果正确与否，直接关系到船舶稳性校核的正确与否，倾斜试验必须严格、准确。为了确保结果准确，试验过程中应注意以下几点。

（1）风力和试验地点。渔船是小型船舶，由于排水量小，极易受到外界因素影响，因此在进行倾斜试验时，应选择2级风以下的天气［10］。试验地点尽量选择在船坞内或相对平静的水域内，以减少外界因素的干扰。

（2）试验条件。一般选择在港内维修时进行船舶倾斜试验，因此船上临时安装的物件及废料较多，应注意全部清除，初始横倾不超过0.5°才能进行试验。鱼舱舱口盖应关闭，船上所有的发动机都应关闭，否则倾斜试验数据就不够准确。

（3）船舶吃水读数。由于部分渔船缺乏水尺图，无法校核水尺位置，因此吃水可以通过从液面量至船体某一处取得，并多取几点，要注意使基准点与勘测时的尺寸一致。对于有水尺标志图的船，可由专业测量人员待船舶稳定后读取，并注意检查水尺位置是否与水尺标志图一致。

（4）移动重物。倾斜试验最好使用外形规则的压块作为重物，但很多渔船修造厂由于条件简陋，往往用沙袋作倾斜试验，由于沙袋形状不规则，容易造成重量不准，重心高度也难以计算，因此堆放沙袋时应注意保持沙袋堆形状规则。

4 数据处理、绘图、计算和评估

4.1 数据处理

经过人工勘测、线型扫描和倾斜试验后，已基本掌握了反映渔船技术状况的重要数据，后期的主要工作是将这些数据进行计算整理，形成评价渔船安全技术状况所需的图纸或资料。三维扫描数据的处理是后期数据处理的核心和难点，经准确处理后可获得渔船的型线图和型值表，再结合倾斜试验数据进行渔船稳性计算。型值表的形成过程如下。

（1）定义基准面。将扫描的数据导入专业点云数据后，处理软件（如SCENE）将扫描得到的各站点云进行拼接，去除杂点，并导出供后续建模软件（如NAPA、AutoCAD等）使用的文件格式。处理过程中的关键步骤是定义船型的坐标系。3个基准面的选取方法为：将通过舵杆中心线与船首中纵剖线上一点决定的平面定为中纵面，将垂直于舵杆中心线并通过舵杆中心线上位置较低一点的平面定为基平面，将通过舵杆中心线并垂直于中纵面的平面定义为基准横剖面。确定好基准面后，即可利用一系列平行于基准面的平面，从点云数据中提取数据点。提取过程中应注意依据形状选取合适的疏密程度的点，线型曲率变化越剧烈，选取的平行面数量应趋于密集，线型变化较和缓，选取的平行面数量可趋于稀疏。36 m拖网渔船的三维模型如图2所示。

图2 36 m拖网渔船船体部分三维模型Fig.2 3D model of the hull part of 36 meter long trawler

（2）拟合建模横剖面曲线。依据选取的横剖线形状，选取合适的疏密程度的控制点来拟合模型控制曲线，控制点分布应较为均衡，曲率变化大的区域应适当加密。

（3）获取拟合控制点的型值。应用AutoCAD的list功能将选取拟合出的横剖线生成相对于世界坐标系的拟合点型值数据［11］。为了获得更精确的型值，应将AutoCAD默认的毫米级精度调低至扫描精度。利用得到的型值信息，应用相应的计算工具软件（如NAPA、FLUENT等［12］）即可对渔船进行建模。依据点、线、面、体的顺序逐步定义船体模型，并检查模型的准确性，依据给定的设计吃水，确定垂线间长、船舯、型深、基线位置，并调整船体模型坐标系基点与之一致［13－14］。

4.2 绘图

利用数据处理后得到的渔船型线信息，可以绘制渔船的型线图，再结合人工勘测获得的数据，利用AutoCAD软件将其还原成评估渔船安全性能，以及渔船检验所必需的总布置图、结构图、机舱布置图和舾装布置图等。

4.3 性能计算

依据需要补充图纸的渔船登记信息，选取相适应的渔检规则（如《渔业船舶法定检验规则2000》［15］），采用前述的船体模型与试验数据，应用总体性能分析软件进行相应的总体性能计算并给出分析结果。结果可以包括以下内容：静水力曲线表，邦戎曲线表，液舱容积信息，规则要求的典型装载工况校核（浮态信息，稳性曲线数据，稳性衡准和危险开口点信息）［16］，根据上述结果可评估渔船的安全状况，并提出相应的整改措施。

4.4 评估

评估主要针对渔船的安全性开展：综合考虑渔船是否能够保证规则对干舷和稳性的要求；结合实际勘察情况考虑补图渔船是否满足规则对防火、轮机设备配置和电气装置布置的要求；通过对排水舷口面积的核算，考虑补图渔船是否存在排水舷口面积不足的问题；对实测的主甲板厚度、外板厚度及主要构件尺寸，利用现行规则进行强度校核，判断是否满足要求。

5 结论

无图纸资料渔船的技术状况评估与图纸还原工作应通过现场人工勘测、精准线型扫描和倾斜试验获取与渔船的技术状况紧密相关的数据，利用三维扫描处理软件、CAD软件以及NAPA等计算软件对数据进行处理、绘图和计算，并按照现行的检验法规对渔船的主要性能进行核算。结果表明，使用科学精确的手段进行技术状况评估和图纸资料还原后，可以对渔船的稳性及其他性能是否符合法规要求做出判断，对不符合要求的渔船可以提出相应的解决方案。 □

［1］ 农业部渔业局.中国渔业年鉴（2016）［M］.北京：中国农业出版社，2016：68.

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［7］ 林伟恩，谢刚生，谢辉荣.三维激光扫描技术在船体型线测量中的应用［J］.测绘通报，2014（3）：71－74.

［8］ 李欣，周佳玮，刘正国，等.三维激光扫描技术在船体外形测量中的试验性研究［J］.测绘信息与工程，2006，31（6）：36－37.

［9］ 黄向丽.浅谈影响船舶倾斜试验的几个因素［J］.广东造船，2001（2）：21－22.

［10］CB／T 3035－2005.船舶倾斜试验［S］.

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［12］王凤琴，魏斌.某拖虾船舶型优化设计［J］.江苏船舶，2013，30（2）：12－14.

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［14］喻欣.基于神经网络的拖网渔船耐波性研究［D］.武汉：武汉理工大学，2011.

［15］中华人民共和国渔业船舶检验局.渔业船舶法定检验规则2000［S］.

［16］李永生.无图纸资料内河挖砂船稳性衡准分析［J］.珠江水运，2009（8）：54－56.

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

农业部远洋渔业资源调查与探捕项目“远洋渔船标准化研究和标准化船型设计论证”

赵新颖（1979—），男，高级工程师，硕士，研究方向：渔船轮机工程与节能技术。E－mail：zhaoxinying＠fmiri.ac.cn