基于3DEXP的绝缘物量统计方法研究及应用

周妙玲，张红伟，朱 煜，唐 能

（江南造船（集团）有限责任公司 江南研究院，上海 201913）

0 引言

目前，基于对舱室环境和生命安全的重视，绝缘材料在船舶行业的应用范围越来越广，功能划分越来越细，船舶内装绝缘物量统计的工作量越来越大。同时，随着科技的不断进步，计算机辅助设计技术得到广泛应用，船舶设计已陆续采用三维设计软件实现。采用三维设计软件有助于减少设计工程师的工作量，帮助其将构思的设计形象和设计经验迅速、准确、真实地体现在三维设计平台上，从而使其有更多精力开展更富有创造性的设计活动，进而提高设计效率和设计质量[1]。

内装绝缘设计是基于板材和扶强材上的船体结构，结合所处房舱的功能要求，对具有防火、隔音和隔热等特性的绝缘材料进行包覆建模。绝缘物量统计的原则是参照绝缘材料的功能类型、所在安装区域档位间距和敷设船体结构类型确定敷设在船体结构上的绝缘材料的规格尺寸，并结合边角取舍规则对整块绝缘材料进行重新排版，最终得出绝缘主件及相关附件的精准物量。当前，船舶内装绝缘物量统计缺乏快速有效的手段，统计完全依靠人工进行，尤其是在对船体复杂结构部分绝缘物量进行统计时，完全按个人经验，参考相似船型模糊估算，不仅会使绝缘物量统计工作耗时较长，而且会使统计结果与实际物量可能存在较大的偏差，进而造成材料短缺或浪费，增加船舶建造成本。

1 绝缘物量统计应用需求分析

绝缘物量统计的对象主要为平直板、平直筋、曲面板和曲面筋。现有的绝缘物量统计方式为：设计员根据绝缘材料的类型判别其功能类型，结合绝缘布置图分析确定绝缘安装类型，绝缘物量统计与三维模型缺乏关联；随后按对应规格手工计算绝缘物量；最后以绝缘物量为基础，结合安装节点详图手动计算相关附件物量。

以某型液化气船全船绝缘物量统计为例，在船舶生产设计阶段，全船绝缘建模用时320工时，出图用时198工时，时间跨度1个月，几乎占据内装专业设计生产全部工作量的1/3，费时费力，效率低下。

三维体验平台（3D Experience Platform, 3DEXP）采用基于船体结构数字化模型关联创建绝缘的设计方法，分析船体结构与绝缘模型之间的关联关系，直接获取用于统计绝缘物量的相关输入信息，能解决统计脱离设计模型时信息来源不一致和获取不便等问题。该方法的应用能填补绝缘物量数字化精准统计的空白，大幅度提高设计效率，减少材料成本。

2 绝缘物量统计方法说明

梳理传统的手工计算规则，进行定制化功能开发；基于待统计船舶绝缘材料的基本属性信息制作绝缘物量规格配置表，将该配置表作为单型船统计规则输入，实现全船绝缘物量快速统计，具体流程见图1。

图1 绝缘物量快速统计方法流程图

绝缘物量配置表包含内容范围配置表、固定配置表和计算规则配置表，其中：内容范围配置表包括绝缘材料功能类型、物料名称、材料厚度、安装类型、绝缘订货规格和碰钉规格（见表1）；固定配置表包括绝缘材料边角取舍规则（见表2）；计算规则配置表包括绝缘附件胶水计算规则、铝箔胶带计算规则和玻璃丝布计算规则。

表1 内容范围配置表

表2 固定配置表

定制程序由绝缘材料读取模块、绝缘安装类型命名模块、绝缘规格匹配模块、绝缘物量计算模块、绝缘附件物量计算模块、数据识别与统计模块和数据保存与上传模块组成（见图2）。

图2 绝缘物量统计功能模块

1) 材料读取模块：用于读取绝缘模型节点属性、材料名称和材料厚度等信息，确定绝缘功能。绝缘功能类型一般分为防火、隔音和隔热等3种，根据得到的绝缘功能对绝缘安装类型、碰钉规格和数量进行限定。

2) 安装类型命名模块：用于读取绝缘模型节点名称标识，判别绝缘安装类型，若无特殊标识，则默认为板架绝缘。绝缘节点名称标识根据其安装位置和安装类型分为板架绝缘P、板架绝缘延伸PY、角钢与球扁钢等扶强材绝缘S和T型材绝缘T等4种（见图3），用于对绝缘规格进行限定[2-3]。

图3 模型标识

3) 规格匹配模块：根据识别的安装类型和材料名称信息与配置文件匹配，确定订货规格。该模块需分析材料读取模块和安装类型命名模块的初步处理数据是否与配置文件匹配，只有如此才能确定单个绝缘模型节点的唯一订货规格。

4) 物量计算模块：用于读取单个绝缘节点模型的几何信息，判别其几何表面为平直面或含曲率，计算得到绝缘物量。若模型的几何表面为平直面，则直接根据识别的订货规格，船长方向的绝缘按规格从艉部往艏部方向分割，高度方向的绝缘从船顶往船底方向分割；船宽方向的绝缘按规格从左舷往右舷方向分割，高度方向的绝缘从船顶往船底方向分割；甲板绝缘按规格从艉部往艏部方向分割，默认船宽方向为高度方向从左舷往右舷方向分割。若模型的几何表面为含曲率面，则获取曲面上表面面积与订货规格面积相除。边角绝缘物量取舍参照绝缘边角绝缘取舍规则表，计算得到绝缘物量[4]。

5) 附件物量计算模块：根据上述几个模块得到的中间数据和最终数据对相关附件规格及计算规则进行限定，得到附件物量。最终对得到的物量统计结果进行分类，并将其录入数据库保存。

设计员打开统计定制程序之后，出现绝缘物量统计界面（见图4），在选择节点区域，从结构树上选取需统计的绝缘模型和对应的船体结构，程序通过分析模型属性和相关参数与配置表匹配，确定所需规格，进行物量统计计算[5]。

图4 绝缘物量统计界面

3 绝缘物量统计结果验证和效率对比

在江南造船（集团）有限责任公司建造的某型船上应用该绝缘物量统计方法，验证其有效性。图5为该船C甲板绝缘模型，采用该方法计算得到：防火功能板材绝缘涉及2种规格，分别有235块和264块；防火类型筋材绝缘涉及1种规格，有223块；隔热功能板材绝缘涉及2种规格，分别有173块和271块；隔热功能筋材绝缘涉及2种规格，分别有196块和50块；规格为100mm×50m的纤维布7卷，规格为φ30的碰钉11575个。统计清单见表3。

图5 某型船C甲板绝缘模型

表3 统计清单

3.1 统计结果验证

根据上述绝缘物量统计方法，结合三维模型，实现绝缘材料及其附件物量的快速计算。以某型船C甲板左舷区域的绝缘材料为测试模型，将定制程序计算结果与手工计算结果相对比，二者的误差为10%，满足余量范围的要求，其计算结果见表4。

表4 结果统计表

3.2 效率对比

以相同船型A工程和B工程全船绝缘物量计算为例：A工程采用传统手工计算方式，在有母船参考的情况下，用时90h完成绝缘材料及其附件的物量统计；B工程采用定制程序计算方式，仅用时15h即完成相同工作。A工程和B工程各区域详细工时数据统计见表5。

表5 A工程和B工程各区域详细工时数据统计 单位： h

4 结 语

本文基于绝缘三维模型定制了一种船舶绝缘物量规格快速统计方法。通过分析绝缘材料和安装类型等属性参数，最终形成了以型号工程绝缘订货规格配置表为导向的物量快速统计工具，解决了绝缘材料生产设计方面的难题，实现了设计数据以三维模型为唯一来源的维护统计，保证了数据的准确性和唯一性，极大地减少了设计员的重复劳动，提升了设计质量。