劉 宏, 翟高進(jìn), 譚新東

(泰州口岸船舶有限公司, 江蘇 泰州 225313)

淺析水尺勘劃方法及要點(diǎn)

劉 宏, 翟高進(jìn), 譚新東

(泰州口岸船舶有限公司, 江蘇 泰州 225313)

水尺勘劃是船舶施工中比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，勘劃準(zhǔn)確性直接關(guān)系到船舶空船重量和船舶載重的計(jì)算。這里主要對(duì)水尺的作用、安裝標(biāo)準(zhǔn)、勘劃前的準(zhǔn)備工作、勘劃方法和勘劃注意事項(xiàng)等進(jìn)行了介紹與分析，并對(duì)相關(guān)勘劃方法進(jìn)行了比較，此水尺勘劃方法可以指導(dǎo)相關(guān)船廠進(jìn)行實(shí)船水尺勘劃。

水尺 水尺勘劃 精度控制 最小二乘法 全站儀

1 前言

通過(guò)水尺讀數(shù)可以計(jì)算出船舶的空船重量和載重量。水尺的安裝精度直接影響空船重量和載重量的計(jì)算，比如五萬(wàn)噸左右船舶，水尺相差10 mm，則船舶載重量相差大約50 t，因此船東、船檢和船廠三方對(duì)水尺的勘劃都比較重視，水尺勘劃是船舶施工中比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

2 水尺的作用和安裝標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)水尺能判斷船舶在任意狀態(tài)的外形吃水(外形吃水指包括船舶任何附體或水線下突出物在內(nèi)的船舶最低點(diǎn)致水面的垂直距離)，根據(jù)水尺讀數(shù)能夠迅速計(jì)算出船舶在此狀態(tài)下的排水量。

水尺安裝標(biāo)準(zhǔn)為：標(biāo)準(zhǔn)±1 mm，極限±2 mm，水尺勘劃前的準(zhǔn)備工作和勘劃方法的選擇比較重要。

3 水尺勘劃前準(zhǔn)備

由于船舶是由若干個(gè)分段總組焊接而成，船舶的重量分布不均勻，且支撐船舶的船臺(tái)墩彈性模量也不同，造成船臺(tái)墩受力不一致，因此在建造完工后的船底龍骨線不是一條直線?？眲澦咔氨仨殞?duì)龍骨撓度進(jìn)行測(cè)量，修正龍骨線，確定水尺勘劃的基準(zhǔn)線，從而減小由于龍骨線的不準(zhǔn)確引起的排水量誤差。

龍骨基線的撓度計(jì)算方法有以下幾種：

(1) 平均值法。將所有測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，此種方法計(jì)算結(jié)果比較粗糙，一般不采用。

(2) 面積法。

(1)

分別將Z1、Z2…Z(n-1)、Zn減去Z值即得各位置點(diǎn)距修正后龍骨基線的撓度值。

式中：L1～2為第一測(cè)量點(diǎn)至第二測(cè)量點(diǎn)距離；L1～n為第一測(cè)量點(diǎn)距最后一測(cè)量點(diǎn)距離。

此種計(jì)算方法雖然能近似修正排水量，但不能準(zhǔn)確反映建造后的龍骨坡度，從而不能準(zhǔn)確反映水尺勘劃基準(zhǔn)點(diǎn)。

(3) 最小二乘法。

雖然船舶合攏時(shí)是按固定龍骨坡度進(jìn)行合攏，由于前述因素的影響，最終測(cè)量時(shí)的龍骨坡度與原先的龍骨坡度不再相同。最小二乘法計(jì)算方法能將直線測(cè)量值回歸成線性方程，從而能準(zhǔn)確反映船舶在船臺(tái)的龍骨坡比，準(zhǔn)確提供水尺勘劃在各個(gè)位置的基準(zhǔn)點(diǎn)。表1為最小二乘法計(jì)算撓度表格。

表1 最小二乘法計(jì)算表格

與平均值法和面積法相比，最小二乘法能準(zhǔn)確反映船舶在船臺(tái)的龍骨坡度，從而準(zhǔn)確提供水尺勘劃在各個(gè)位置的基準(zhǔn)點(diǎn)，目前我廠在龍骨坡度的計(jì)算使用最小二乘法。

4 勘劃注意事項(xiàng)

水尺勘劃時(shí)的主要注意事項(xiàng)如下所示。

(1) 按《載重線及水尺標(biāo)志圖》的要求，水尺標(biāo)志分別設(shè)于艏、舯、艉的左右舷，位置左右對(duì)稱，兩位數(shù)以上文字按橫寫慣例從左到右，文字底邊緣即名義水線值。

(2) 水尺字大小一般為字高100 mm(指垂直投影高度)，字寬70 mm(最終以施工圖為準(zhǔn))。遇到船線型突變處，字高應(yīng)由放樣伸長(zhǎng)定，但其垂直投影高度仍應(yīng)保持100 mm，當(dāng)然也可在勘劃前征求船東意見(jiàn)是否按線型進(jìn)行放樣制作，取得一致意見(jiàn)后再確定最終放樣依據(jù)。

(3) 由于舯部設(shè)有水尺標(biāo)志，經(jīng)常與載重線標(biāo)志重疊，兩者需要避讓。習(xí)慣上將水尺字標(biāo)志向船艉方向移動(dòng)，實(shí)際尺寸以《水尺及載重線標(biāo)志圖》為準(zhǔn)。

(4) 當(dāng)水尺標(biāo)志沿著艏柱或艉柱設(shè)置時(shí)，水尺字底邊緣距外板與艏、艉柱焊縫最小水平距離取100～150 mm為宜，如圖1所示。

圖1 艏柱和艉柱區(qū)域的水尺

(5) 作為球鼻艏船，艏部水尺標(biāo)志應(yīng)設(shè)在艏垂線處，水尺字底邊緣應(yīng)距艏柱包板焊縫距離大約為100～150 mm處，如圖2所示。

圖2 球鼻艏船艏處的水尺

(6) 環(huán)境對(duì)水尺勘劃的影響。

由于撓度受環(huán)境等因素的影響較大，因此首先在兩舷的艏、舯、艉水尺肋位線上標(biāo)出初步基準(zhǔn)參考水線，并向船東、船檢交驗(yàn)，然后再進(jìn)行撓度測(cè)量、計(jì)算。最后根據(jù)各水尺肋位位置的撓度值修正水尺高度基準(zhǔn)點(diǎn)。只有這樣，才能準(zhǔn)確模擬撓度測(cè)量和水尺放樣測(cè)量時(shí)的環(huán)境等狀況。如不采取此措施，則會(huì)發(fā)生交驗(yàn)時(shí)船上基準(zhǔn)點(diǎn)與船臺(tái)上基準(zhǔn)點(diǎn)存在偏差，從而導(dǎo)致水尺交驗(yàn)的困難。

水尺勘劃時(shí)應(yīng)在船舶沒(méi)有直接受陽(yáng)光照射的情況下連續(xù)進(jìn)行。如不能連續(xù)進(jìn)行或環(huán)境氣溫發(fā)生較大變化，則在過(guò)程中不斷檢驗(yàn)船上基準(zhǔn)點(diǎn)與船臺(tái)基準(zhǔn)點(diǎn)的變化差值，從而修正船上各水尺高度位置的準(zhǔn)確值。

5 水尺基準(zhǔn)點(diǎn)的確定

水尺基準(zhǔn)點(diǎn)是以修正后的龍骨基線加上龍骨板厚度，作為該水尺的基準(zhǔn)0位點(diǎn)，主要分為以下幾種情況。

(1) 當(dāng)船體是平板龍骨時(shí)，修正龍骨板底緣中心線處，即為0位點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 平板龍骨處0位點(diǎn)

(2) 當(dāng)艏艉水尺標(biāo)志所在位置船體線型升高時(shí)，則應(yīng)按其相近的平直部分肋骨或艙壁處龍骨板底線延伸的交點(diǎn)為0位點(diǎn)，如圖4所示。

圖4 艏艉水尺升高處0位點(diǎn)

(3) 當(dāng)船底為方形龍骨斜底型的船舶時(shí)，考慮到其有較大的艉縱傾和艏柱前傾，勘劃水尺標(biāo)志時(shí)應(yīng)特別注意。方形龍骨斜底船舶的舯部和艉部水尺標(biāo)志劃線方法相同，是取水尺標(biāo)志處的船底基線到方形龍骨底的垂直距離h處為0位點(diǎn)，如圖5所示。

圖5 方形龍骨斜底船舶0位點(diǎn)

(4) 艏部水尺標(biāo)志是以設(shè)計(jì)水線與艏柱交點(diǎn)作垂線，再與艏底方形龍骨底線延長(zhǎng)相交點(diǎn)作為0位點(diǎn)，如圖6所示。

圖6 艏部0位點(diǎn)的確定

6 水線勘劃方法

6.1 常規(guī)勘劃方法

(1) 按《載重線及水尺標(biāo)志圖》的設(shè)計(jì)要求，分別將艏、舯、艉各處水尺標(biāo)志0位點(diǎn)用水平管駁到船旁的標(biāo)桿上，如圖7所示。

圖7 常規(guī)勘劃圖步驟1

(2) 用同一水平尺、樣棒或水平管，作出艏、舯、艉各水尺標(biāo)志所在肋位左右舷參考線，參考線距0位水線高度可視船體線型變化程度不同，可取500mm，1 000mm，1 500mm，2 000mm等數(shù)值，如圖8所示。

(3) 用鋼帶或樣棒條預(yù)先在樣臺(tái)上按線型(加上板厚)駁制水尺所需數(shù)據(jù)，對(duì)準(zhǔn)參考線將水尺標(biāo)高反饋到實(shí)船上。當(dāng)外板線型變化較大，劃制水尺標(biāo)高容易產(chǎn)生超差時(shí)，要求間隔一定距離，用水平管進(jìn)行校核，如圖9所示。

圖8 常規(guī)勘劃圖步驟2

圖9 常規(guī)勘劃圖步驟3

(4) 待水尺線勘劃完畢，經(jīng)檢驗(yàn)處檢查認(rèn)可后，方可裝配水尺標(biāo)志字樣。

6.2 全站儀堪劃方法

(1) 在船臺(tái)外側(cè)引出與船臺(tái)中心線相平行的一條線，如圖10所示。

圖10 全站儀勘劃步驟1

(2) 根據(jù)水尺肋位，在船臺(tái)外側(cè)豎立標(biāo)桿，并表示出基準(zhǔn)點(diǎn)，如圖11所示。

圖11 全站儀勘劃步驟2

(3) 在合適的位置放置全站儀，并通過(guò)測(cè)量水尺功能,設(shè)置傾斜比例為1/20(船臺(tái)坡度)，水尺字間距為200mm，如圖12所示。

圖12 全站儀勘劃步驟3

(4) 使用全站儀測(cè)量外側(cè)上述(1)中引出線上的兩點(diǎn)，并根據(jù)船艏艉方向確定坐標(biāo)，然后測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，比較基準(zhǔn)點(diǎn)的高度坐標(biāo)“Z”值和理論高度值，并記錄偏差值，如圖13所示。

圖13 全站儀勘劃步驟4

(5) 全站儀激光對(duì)準(zhǔn)水尺肋位進(jìn)行劃線。通過(guò)反復(fù)測(cè)量功能進(jìn)行測(cè)量，并滿足以下條件①全站儀的十字中心在水尺肋位上；②全站儀測(cè)量出的值是水尺高度值；③“Z”值和基準(zhǔn)點(diǎn)的偏差在需用誤差1mm之內(nèi)；④對(duì)于水尺讀數(shù)的大字體(如8M等)，只需測(cè)量3個(gè)點(diǎn)，然后和標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行對(duì)照，如果吻合就停止測(cè)量。劃線作業(yè)者根據(jù)激光點(diǎn)的位置，在肋位線上標(biāo)示水尺高度點(diǎn)，并使用水平尺劃水平線，以及標(biāo)示水尺字體的高度值，如圖14所示。

圖14 全站儀勘劃步驟5

(6) 反復(fù)進(jìn)行(5)項(xiàng)作業(yè)，表示出水尺的所有點(diǎn)并劃線，如圖15所示。

圖15 全站儀勘劃步驟6

(7) 待水尺線勘劃完畢，經(jīng)檢驗(yàn)部門檢查認(rèn)可后，方可裝配水尺標(biāo)示字樣。

通過(guò)上述介紹和實(shí)船施工顯示：全站儀的水尺勘劃方法的精度明顯高于常規(guī)勘劃方法。

7 結(jié)束語(yǔ)

目前我廠在水尺堪劃過(guò)程中，龍骨坡度的計(jì)算使用最小二乘法,使用全站儀進(jìn)行了92 500dwt散貨船、3 820TEU集裝箱船、83m打樁船和客滾船的水尺勘劃，結(jié)果顯示通過(guò)此方法堪劃的水尺安裝滿足精度要求。船級(jí)社、船檢和船東三方檢驗(yàn)時(shí)一次性通過(guò)，此方法可供相關(guān)船廠水尺勘劃時(shí)進(jìn)行參考。

[1] 紀(jì)卓尚. 船舶制造工藝力學(xué)[M]. 北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2006.

[2] 陸俊續(xù).船舶建造質(zhì)量檢驗(yàn)[M].黑龍江: 哈爾濱工程大學(xué)出版社,1996.

[3] 蔡強(qiáng)，陳可越，陳述.船舶設(shè)計(jì)制造修理技術(shù)與質(zhì)量檢測(cè)驗(yàn)收實(shí)用手冊(cè)[M].北京:清華同方電子出版社，2005.

[4] 應(yīng)長(zhǎng)春.船舶工藝技術(shù)[M]. 上海:上海交通大學(xué)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

劉 宏(1968-)，男，高級(jí)工程師。

U671

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