SPD 在65 t 全回转拖轮管路放样中的应用

陆逸年

（中交四航局江门航通船业有限公司，江门 529145）

1 前言

SPD 是基于OpenGL 图形库进行开发的造船CAD设计软件，能够满足船体结构、管系、风管、电气、铁舾件、涂装等专业三维全数字化设计的需求。通过三维建模布置全船的管系及管系附件，对管道进行工艺合理性和制造可行性分析；方便快捷的生成船舶生产制造所需的图表数据，实现预舾装作业；提高生产准确程度，为船舶制造提供信息化、高效化手段；取代1:1 现场预制放样，实现管材定额科学管理，提供大量加工制造信息，尽早发现设计中存在的潜在问题，减少现场干涉作业，提高设计效率和设计质量，降低成本。

65 t 拖力全回转拖轮是一艘具备拖曳、顶推、对外消防及相关作业功能的双Z 型驱动拖船。该船总长（不含护舷）35 m、型宽11m、型深5.5 m、设计吃水4.5 m，总吨约497 t；作业于港口及沿海，入LR 或同等级别船级，主要用于拖带无自航能力的船只、协助大型船舶进出港口及救援海上遇险船只，也可用于对外消防。

该船功能需求多，船体尺寸小，有限的机舱区域要设置压载、舱底、消防、燃油、隔离舱等功能舱室和布置主机、水泵、压缩机、空调等各类设备及管路，同时要兼顾舱室人孔、机舱过道及操作检修通道等整体协调。

该船机舱轮机管路制造安装，占整个船舶管路施工周期的40%～50%工作量，机舱轮机管路生产放样是整船施工建造的重点难点。由于船舶设计院所提供的图纸信息，主要为二维原理图和平面布置示意图，无法直接指导现场施工安装，需要利用船舶轮机管路三维放样软件进行生产设计，输出详细的图纸信息和数据来满足生产制造需求，而SPD 能很好地满足65 t 拖轮的设计建造需求。

2 SPD 在轮机管路生产设计中的应用

2.1 属性数据及系统定义

应用SPD 在轮机管路生产设计前，首先要根据65 t 船舶设计规格书、技术图纸及相关规范要求，对使用的管子、部件进行基础数据录入，利用设备交互建模功能，实现对较复杂设备完善的三维实体创建和编辑；模型关联的属性数据，包含了名称、通径、压力、规格型号、材质、外径、壁厚、尺寸标注、标准、重量重心、连接点信息和技术描述等，录入数据的来源需与实际采购件属性数据一致，才能真实反映部件的特征；基础数据录入后，在项目工程图册的管子专业目录下，根据原理图及工程数据库，分别定义系统管路、设备、阀附件。

管路、设备、阀附件属性数据，是管子建模及布置的基础数据，统一定义可以减少管子生产设计规格、材质型号等数据的选用错误，提高设计工作效率；同时，属性数据定义可以实现模型与实体的统一，真实反映实体位置重心情况和相应的数据处理；完成定义后，还可以使用原理清册输出模块生成原理报表作为存档和校对的数据，方便技术人员对设计院图纸附表进行比对复核，同时指导物资材料的采购需求计划。

2.2 机舱设备管路布置

根据该船机舱设备管线复杂、空间小的特点，使用SPD 进行机舱区域轮机管路生产放样，实现船舶轮机系统的电子化预制造船。

（1）根据设计院提供的机舱布置图、系统原理图、舱室布置图，结合船体结构进行设备、管路、阀附件和舾装件的模型放置定位：首先进行机舱主要设备和系统管汇的初步定位，利用三维坐标定位功能，布置主机、发电机组、压力水柜、油水分离器、污水处理装置、甲板机械液压站、空压机、空气瓶、空调压缩机、吊机液压站、各系统泵组等设备模型的初定位置，需注意预留必要的机舱通道和设备操作维护空间；还应考虑就近舱室和船舶重量重心的配重情况做整体平衡调整；管汇及启动电箱的布置也要顾及阀门操作和人员到达的便捷性。

（2）该船整体尺寸较小，机舱内设备的重量重心对船舶整体的重量重心影响较大，需要在设备及主要系统管汇定位后进行机舱设备重量重心数据的输出；再与设计的船舶重量重心进行复核，并有针对性的进行设备及管汇的布置调整，优化机舱设备整体重量重心，验证船舶稳性。

（3）设备管汇模型初步定位后，开始各系统管路模型的主要走向布置；校核机舱设备初步定位后的空间，是否满足管路及阀附件的布置，适时做出调整；调整完毕后就可以组织施工人员及船东代表对机舱设备布置进行初次会审，收集问题意见，商讨问题的解决方案，形成会审记录，在后续建模中做出相应调整。

（4）经过初次评审主要设备、管汇定位基本确定，参照系统原理图和平面布置图对系统管路进行细化模型放样，放样过程中注意管路及阀附件的布置需要与船体结构及舱室人孔布置相协调，避免管路和阀件阻碍舱室人孔的进出通道；通常，系统管路除了设置必要设备外，还会配套相应的功能舱室，设计人员要全面了解机舱内的功能舱室分布与相关系统的管路设备走向定位情况，尽量按照管路弯头设置少、管路线路短、排管顺畅、布置便捷、安装拆卸方便的原则进行管路布置。

（5）在管路模型放样过程中，可以根据船体分段划分情况，将对应船体分段区域的管路进行托盘管理；在分段合拢口区域设置合拢管，在设备接口及走向复杂管段设置调整管，这样可以在现场管路施工中有效消除船体及管件制造安装过程中产生的误差，也可以减少现场合拢管的放样工作量；根据管路加工及安装要求，诸如管子所在区域长度是否便于舱内运送安装及检修更换、内场预制加工难易程度、特殊管道安装后连接口是否便于清洁等，按系统管路要求的连接型式，将管路划分为尺寸合理和易于加工的若干管子零件，并使所有连接件互不干涉；管道及设备的布置，还要根据规范要求添加适当支吊架和基座等铁舾件，对管路模型进行综合调整。尽量使用整体式支吊架，不仅可以节省材料与安装成本，还能提高管路整体布置的简洁度和美观性。

（6）由于该船机舱设备繁多、管系复杂、机电集成程度高，管路放样过程中需要经常进行管路与管路、管路与设备、管路与船体铁舾件、管路与管件或电气管线等的干涉检查，以及管子零件能否进行加工的工艺检查等，干涉检查可以实现在短时间内获得模型部件间的空间位置关系，指导碰撞点的修改调整。

（7）管路布置完毕，就可以组织二次模型评审，利用三维数据可视化交互设计技术，呈现直观的机舱管路布置图形，同时可通过漫游浏览视角，多角度梳理管路走向及布置情况，直观评测系统走向的正确性及合理性；会审过程中收集现场施工作业人员及船东的问题意见，评估对应更改方案，使施工人员提前了解机舱管路布置和安装情况，也能提前反馈有利于现场施工的调整，提高后期模型出图的准确性和合理性。

应用SPD 进行轮机管路三维模型放样，组建的轮机机电设备和管路模型的尺寸、结构、重量属性与实物保持一致，建立的模型布置容易满足造船工艺要求，同时舾装件的生产设计与轮机电气同时展开，相互配合，在出图阶段还能实现分段管路托盘管理；将机舱划分为机舱底、左右舷舱壁、机舱盖板等小型平面零件单元托盘，配合船体分段合拢工序，在船体分段制造过程中或制成后到分段合拢之前，分段托盘内的轮机管道及铁舾件可以提前进行舾装作业，减少分段合拢后密闭舱室施工时间和多工种密集交叉作业工作量，还能平衡工作人员的劳动量；分段预制时，机舱顶部甲板分段为反向平铺，使传统的舱内悬空仰装作业变成舱外落地平装作业，更方便借助吊机吊运较重的部件设备，极大的改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率、缩短施工建造周期，提高施工质量；提高自动化程度，形成与船体设计与建造系统相连接的综合系统。

管路放样所需要的输入资料，见表1 所示；管路布置放样操作流程，见图1 所示。

表1 管路放样所需的输入资料

图1 管路布置放样操作流程图

2.3 生产数据图表输出

图纸处理模块，可以便捷输出供内场加工及现场安装使用的管子加工下料表、管子零件图、管子腹板图、管系开孔图、外板开孔表、管子支架图、管路系统代码及安装基准表、管子托盘平面及立体安装图等指导文件；还可以输出支持各种生产计划管理的表格数据，包括管子托盘管理表、管附件管材汇总表、阀附件托盘管理表、托盘重量重心表等；全方位的体现船舶建造系统和船舶管理系统的集成统一，有效缩短了船舶设计和建造周期，提高设计质量。

3 结语

通过应用SPD 进行65 t 拖轮的机舱轮机管路三维模型放样，体会到三维综合放样具有实用、灵活、开放、高效和模型精细的特点，基本能满足船舶建造施工需求，切实提高生产精度和效率；利用仿真模型，可提高现场施工精准度，减少返工现象，有效缩短造船周期，对推进现代造船模式有着重要的作用；通过对该软件的实际应用，积累了经验，为进一步优化其功能奠定了基础。