渔船结构设计标准化及规范化研究

金娇辉，赵新颖，黄温赟，黎建勋

(1.中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所， 上海 200092； 2.青岛海洋试点国家实验室深蓝渔业工程装备技术联合实验室， 山东 青岛 266237；3.农业农村部远洋渔船与装备重点实验室， 上海 200092)

计算机辅助设计软件的常用设计软件有 AutoCAD(autodesk computer aided design), NAPA(naval architect package), Foran和SPD(shipping product design) 等，借助三维软件可根据需要输出各向剖视图，根据模型设置直接输出肋骨型线、外板展开图及重量重心数据，随时查看3D实船效果，确认机器设备和管路等在狭小空间的布置和走向的合理性，提前预知施工的可行性，不存在设计人员三维空间想象的局限性。对比二维设计，三维设计做到了精准出图，使人为读图错漏率降为零，同时缩短工时。然而，由于渔船船型普遍较小，且输出至CAD图形的线型为二维多义线，线型修改及示意性结构表达和标注，仍需人为介入修改，无法避免出现版本混乱、无从追溯等问题。

本研究遵循国家和行业标准，参考《船体结构与制图》[1]及业内优质的绘图风格，逐步形成适合渔船结构设计的标准化内容和流程。2012年引进ISO9001质量管理体系，图纸更改记录使得设计过程可追溯。近年来项目逐年增多，人员队伍亦不断壮大，各专业领域职责更加细分，且人员流动频繁，出现相同专业不同人员设计的图纸形式不一，涉及船机电专业间相关资料时出现图纸和文件的交接混乱和各版本留底不清晰，异地办公交接不及时等问题，因此，本研究室于2018年自主研发渔船设计图纸管理系统，开发Quality Plus 管理软件(quality plus explorer)，用于管理文件及共享资源，实现异地联机工作，对设计过程中的图纸保密、项目进度管理、图纸质量控制、协同工作与人员合理调配进行了合理的安排；然而，保密功能限制了IP，也使得疫情期间居家办公不能登录。因此，迫切需要专业之间加强沟通互传，建立并实施标准化和规范化设计，提高出图速度，保证出图质量，完善文件存档，实现制度化技术管理。

1 渔船结构设计标准化

渔船结构设计与其他常规船舶结构设计[2]相似，包含结构型式和受力分析内容。此外，渔船船型总体偏小，和大船存在很多不同，如线型多为样条曲线、构件走向不规则等。若完全按照常规船舶设计思路进行渔船结构设计，容易出现部分细节无法施工、空间利用率低和船舶重量大等诸多问题，以致用户满意度低。随着船舶检验的规范化，船东对渔船的安全性、舒适性要求越来越高，在船市大环境不乐观的情况下，行业对渔船设计提出了更高的要求。

结构设计是衔接总体和舾装及轮机与电气的关键环节，其设计质量的好坏直接影响着其他专业设备布置的合理性、操作的便捷性以及整船造价的竞争力。结构设计既要考虑技术性又要考虑经济性，随时应对各专业变动带来的影响，因此，设计一定要有兼容性。由于设计师存在人员流动问题，如何使单位的设计水平不随人员流失而降低，是渔船结构设计标准化研究迫切需要解决的问题。

1.1 船舶结构设计常用软件

随着国民生产总值的不断提高，为提高船舶设计质量和效率，国际通用的三维设计软件在国内各设计单位和船企公司中的应用越来越多，船舶结构应用较多的有芬兰的 NAPA Steel[3]，西班牙的 Foran[4]，英国的AVEVA Marine[5](收购原瑞典的 Tribon)，法国的 CATIA(computer aided tri-dimensional interface application)[6-7]，美国的CADDS(computer aided drafting and design system)[8]，荷兰的 Nupas[9]，德国的Friendship[10]，澳大利亚的 Maxsurf[11]以及国产的SB3DS(shipbuilding 3D design system)[12], CAXA(computer aided X alliance)[13]和SPD[14]等。

在有限元计算和总纵强度计算方面，国际上常用软件有：Ansys[15], MSC(macNeal-schwendler corporation) Software[16], Abaqus[17],Pro-e(pro/engineer)[18]和SolidWorks[19]等，并且不同船级社有属于自己的软件：如 中国船级社(china classification society, CCS)的Compass, 法国船级社(bureau veritas, BV)的 Veristar, 英国船级社(lloyd’s register of shipping, LR)的 Shipright, 德国船级社(germanischer lloyd, GL)的 Poseidon 等；中国自主研发的则有 JIGFEX, DDDU和DDJ/W 等，其操作系统仍停留在MS Window～9x/NT等老旧的系统环境，与功能日益完善的主流计算软件相比缺乏竞争力。利用好已有的各类软件，逐步实现设计标准化，在技术上显得尤为重要。

1.2 渔船结构设计标准依据

自 2018 年 4 月 20 日起，由交通运输部履行渔业船舶检验和监督管理职责，相应的规范也更新为中国船级社《钢质远洋渔船建造规范(2018)》[21]，适用于船长大于等于 24 m的钢质远洋渔船，最新修改通报于 2019年 7月1日生效，其中船长90 m及以上的渔船，其构造的通用性要求符合《钢质海船入级规范》[22]的要求。

由于渔船相较其他商船[23]船型较小，中小型渔船的节点及贯穿孔和补板，需参照水产行业标准《钢质渔船船体结构节点》[24](SC/T 8060—2001)，并参考船舶行业标准《船体结构 流水孔、透气孔、通焊孔和密性焊段孔》[25](CB/T 3184—2008)、《船体结构 节点、零部件(船长小于 90 m)》[26](CB*3181.2—1986)来设计。在三维软件中建立常用型材、骨材、肘板、开孔、板厚和材料等属性信息数据库，形成的标准数据库，便于后续建模直接调用。

1.3 渔船结构设计标准化

渔船结构设计的主要原则包括以下5点：1)在符合规范、满足船东要求的前提下，尽可能的减少材料重量；2)取材规格尽量统一，减少独立微构件数量，模型库应囊括可能用到的所有标准构件规格；3)由于艏艉处底部线型尖瘦，需考虑施工的可行性；4)配合捕捞设备和轮机设备及管路的安装，对强受力构件做到板材等加强，将包含重量重心的设备数据导入模型库；5)为船舶建造提供人性化的施工空间，按最小350通孔的极限值剔除不合理交错构件。

结构设计标准化第一步就是要根据船级社对应的规范要求及有限元分析结果合理布置构件，保证结构强度，经济取材，减少船板用量，做到结构最优化。基本结构型式设置好后，在三维设计软件中布置好板缝、型材和骨材的轨迹，定义板厚及各型材和骨材等，可从标准数据库中调入扶强材、加强筋、肘板及型材骨材的贯穿孔和补板等标准模块信息。整船结构模型建好后，根据其他专业设计人员要求提供给布置设备的精准空间模型，避免设计师人工出图的错漏，各设计人员使用统一的数据库，可有效实现结构设计标准化。

根据送审要求，从三维模型中精准输出各纵剖图、横剖图以及斜剖视图等二维平面图，供设计人员及时查错，改正设计不合理之处，优化方案利于施工。由于船型小，受图纸比例的限制，在板厚小的情况下，需要将双轮廓线按标准完善示意绘制，参考《金属船体制图第 1 部分：一般规定》[27](GB/T 4476.1—2008)修改三维设计软件输出的剖视图，送审图线型标准如图1 所示。另外，标注的字体、样式根据相关标准完善标注，参考《金属船体制图第 4 部分：尺寸注法》[28](GB/T 4476.4—2008)。至此，三维辅助的二维送审图绘制完成。

绘制完成后的校对工作应根据各技术文件对应的设绘通则校对各项内容，形成相应的《图样和技术文件校审表》，连同技术文件一起发回设绘人员，建议按要求修改后发标验，按照室标要求无误后转审定，确认重大原则性意见已修改，符合规范和标准，即定稿。

随着三维设计软件的不断投入使用，详细设计逐渐从被动跟随船东船厂走转变为船厂严格按图施工，修改通知单的数量逐年降低。维持此良好态势需要设计人员有丰富的现场经验，全面了解船东所需，及时更新信息库，关注新技术新工艺并作经济论证，给船东提供更好的方案。

2 渔船结构设计的规范化

船体结构设计的规范化早在20世纪80年代就已经有人提出，但《船体结构制图规范化探讨》中述及的绘图问题到数字化设计时代依然存在[29]。结构设计标准化工作还需要一套规范化的操作流程来指导，才能实现设计管理、流程规范化，为结构设计标准化提供保障。

2.1 渔船结构设计流程规范化

渔船设计通常是在全面了解船东需求基础上，经充分论证后，选择经济最优方案开始设计，具体流程如图2所示。合同签订前，结构专业要根据母型尽早提供材料预估单及基本结构图供参考，严肃对待技术规格书，深入了解船东的附加要求，详尽记录各项诉求，并形成纪要签字确认，以防后续发生颠覆性方案修改。

合同签订后进入技术设计阶段，要求各专业人员一起讨论全船技术规格书，严格审查错漏之处，形成终稿。分配绘图人员及相关工作量，制定工作进度表，包括每个文件的设绘、校对、标验、审定人员及提交时间。协调专业间相互牵制的设计资料，并确定提交的时间节点。了解造船厂的生产工艺和造船方法，选择适合船厂的施工方法及常用的型材及板材规格。利用相关规范标准，通过设绘软件建模输出并完善相关文件，借助QP管理系统规范设绘流程，形成送审文件。根据设计时间节点开展阶段性评审会议，严控质量，总结设计过程中的经验教训，作好记录存档。

根据船厂生产时间节点去施工现场提供技术服务。对渔船而言，存在机舱狭小与设备及设施数量繁多之间的矛盾、吊机口与机器拆装的矛盾、管路阀门与设备空间的矛盾和电缆走向与绝缘的矛盾等，需要现场经验丰富的设计师解决。将每次修改详尽记录并体现到完工图中。对设计师而言，去船厂既是解决问题，也是学习的好机会，可以熟悉船厂的施工工艺、施工条件和工人的施工技术，施工难度大的地方考虑优化，提升设计水平。

2.2 渔船结构设计修改规范化

技术设计设绘初步完成是繁多步骤的第一步，在整个设计期错漏率最低，但每一次修改都有可能造成整体图纸错漏率增高。随着船东要求的改变，有时候甚至是主机选型及舱室布局的颠覆性更改，频繁修改往往一直延续到退审结束，才能正式发往船厂。修改的规范化流程如下图3所示。

综上，修改的内因和外因主要来自以下5个方面：1)在转达校对提出意见后的修改过程中，不断优化之前的方案，提高容积利用率和施工便利性；2)供应商对协议认可资料的更改确认，轮机和舾装设备、门窗确定后，底座和开口随之确定；3)更改造成原计算未进行再次核算，改动不满足规范要求的地方，如舱室布局、门窗布置、梯道开口以及排水舷口等；4)船厂由于施工工艺及材料提出的设计更改；5)船东在整个送审期及送审后提出的大小修改。

在图纸退审前提出的修改意见，修改按照“5W”格式进行：When-时间，Where-地点，What-内容，Who-修改提出方，Why-原因，详细记录并发送项目组成员，并与船检审图员保持沟通，保证各项改动均在规范许可范围内，在全部图纸完成退审时，若无重大修改可不用升版，作无意见退审。在退审后提出修改，往往船厂已经开始套料生产施工，每条修改必须填写《修改通知单》，与原图一起归档。

2.3 渔船结构设计图纸发送

响应电子审图及电子存档的信息化要求，减少图纸打印次数，仅提供船东所需数量的印制图纸，结构专业要求依据标准打印样式规范打印。参考《技术制图复制图的折叠方法》[30]GB/T 10609.3—2009 将比 A4 图幅的图纸首先沿标题栏短边方向折叠，然后沿长边方向折叠成 A4 规格，做到图纸整齐划一。

完成后盖人名章和单位章。按照地址打包邮寄设计图纸盖章，即完成图纸的发送。

3 Quality Plus(QP)系统

借助三维设计软件，得到准确的二维图纸是送审阶段的最终目的。二维图纸是其他设计人员绘图的依据，需要及时上传共享，其他送审文件也需电子送审及存档。借由 QP 系统让共享成为现实，所有的图纸及文件都统一存储在服务器上，避免某设计人员电脑不在身边而延误传送，如图4所示，在界面左侧栏点开项目和专业，右侧随即弹出该专业的图纸和文件，相关的设计人员可以点开编辑或是查看，使用 Quality Plus 管理软件可以解决以下问题： 存储电子图纸及文件、同一平台协同工作，实现资源共享、有效控制项目进度和工作流程、有效管理修改建议、管理发送和接受的联系单和通过分析工作记录生成评估参考。

软件的核心围绕着"工程计划"展开，将计划导入 QP系统后，系统将自动根据计划中设定的信息在服务器端产生图纸类型模板文件。

QP 服务器发送图纸信息给计划中的工程师，研究室和青岛实验室两地工程师在本地计算机使用 QP Explorer 开始协同工作。图4 左边栏为项目及专业名称，选择项目和专业点击可查看或编辑专业目录下的文件，如右边信息显示。

完成设绘工作，通过 QP Explorer 将工作移交给校对工程师。若有修改意见返回时，处理好修改意见再移交下一流程直至结束。

近年来， 在运用ISO9001 质量管理体系管理船舶设计中，发现该体系在审查期，要求提供设计周期内的图纸审查及评审会议等可以督促领导在后续船舶设计对规范流程的重视，但不能保证设计船的节点审查质量。QP 系统恰好解决了这一问题，在服务器上储存每一个设计流程和会议文件及改动细节， 保证任一设计环节有据可依，有证可查，也为 ISO9001 质量管理体系审查提供了有效依据。

4 结语

近年来随着设计和管理软件的引进与应用，改变了渔船设计传统软件落后及管理无章的局面，本研究与时俱进，融合其他设计公司设计管理经验，归纳总结从业以来的经验教训，逐步形成统一、规范和稳定的结构专业设计和管理体系，既符合制度化又体现人性化。同时按标准化要求和规范化流程指导新进人员，设计效率大大提高，出错率低于有多年工作经验的设计人员。随着国家对设计资质的取消，竞争更加激烈，渔船设计质量和业内口碑评价显得尤为重要。船东在对比多家设计公司后依然选择了继续合作，可见，规范化和标准化的渔船设计是成功的有力保障，高效出图、低错率是团队战斗力的关键因素，这样才能保证口碑和竞争力。

本研究室渔船结构设计标准化与规范化的实施尚在探索阶段，未来将继续开展专题研究，形成标准化与规范化的工作手册使得结构设计标准化与规范化健康有序发展，并为渔船机电及其他专业提供参考模板，以期促进渔船设计的规范化发展。