CN117094083B - 一种基于一体化交互的船舶通风系统设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及船舶通风系统设计技术领域，公开了一种基于一体化交互的船舶通风系统设计方法，技术方案为：根据总规划图进行空调分区的设计、各空调分区风量、风管的计算以及风口的标注；船体结构建模与风管系统建模同步进行，实现分管系统与结构的3D交互设计；干涉检查输出船厂图纸并送至通风厂家，通风厂家对其进行补充详设；详设后的图纸与船体结构进行最终干涉检查，并输出最终图纸，生成风管系统及其通风附件的BOM。本发明采用“一体化交互”设计沟通模式，由原来的通风设计厂家主导变为船厂设计人员主导，将原来的生产设计协调阶段提前，缩短整个通风系统的生产周期，提高设计效率和质量，降低设计成本。
Description
技术领域
本发明涉及船舶通风系统设计技术领域，具体地说是一种基于一体化交互的船舶通风系统设计方法。
背景技术
通风系统是高端客滚船、邮轮重要系统之一，由于通风系统极其复杂，具有分区多、空间要求高、风管多、协调接口多等特点，在对船舶通风系统进行设计时，通常采用线性流程“总体结构设计、空调原理设计、空调生产设计”逐步推进方式，即船厂先根据总规划图进行船体的结构设计，同时由船厂根据总规划图提供一份框架协议给通风设计厂家，通风设计厂家根据经验进行设计，而后船厂根据通风设计厂家提供的图纸与船体的结构进行生产设计协调，期间因通风设计与船体机构不符的位置需要返回通风设计厂家进行修改，此方式通风设计厂家设计周期长达7~9个月，生产设计协调周期通常为8~9个月，整个设计中存在设计容易反复、协调周期长等特点，在生产设计协调过程中与通风设计厂家进行交互设计，因国际市场对客滚船和邮轮建造周期的苛刻要求，现有设计模式已经不能满足其要求。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种基于一体化交互的船舶通风系统设计方法，缩短整个通风系统的生产周期，提高设计效率和质量，降低设计成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种基于一体化交互的船舶通风系统设计方法，其设计方法步骤如下：
S1、根据总规划图进行空调分区，将整个船舶通风区域分为分别单独通风的船员区和旅客区，其中船员区和旅客区分别按功能分为各自的舱室区域和公共区域；
S2、根据各舱室区域及公共区域的容积和所需换气次数确定各自的风量，根据各区域的风量、风管的额定风速和天花与甲板之间的空间确定所需的风管管径以及所需的管径的风管数量；
S3、将总规划图导入三维建模软件建设船体结构3D模型；同步用制图软件打开总规划图，根据S1中的空调分区和S2中各分区风管的数量明确风管的走向，结合总规划图中各甲板坐标生成各风管起点、拐点和终点的三维坐标；
S4、在三维建模软件中输入S3中各风管起点、拐点和终点的三维坐标，完成风管3D模型的建设；
S5、利用三维建模软件提供的干涉分析验证风管3D模型和船体结构3D模型是否存在干涉，若存在干涉则说明风管的空间要求未得到满足，返回S3重新调整风管的三维坐标；若不存在干涉则说明风管的空间要求得到满足，得到风管与船体结构的3D结合模型，并建立风管的3D数据库；
S6、根据S5中风管与船体结构的3D结合模型，完成风管在船体结构的开孔，并对开孔处船体结构尺寸进行调整，完成主要开孔肋位的结构有限元计算，根据计算结果，进一步调整风管走向直至双方平衡结束；
S7、基于S6的3D结合模型生成图纸，并提交图纸至通风设计厂家，在此基础上进行通风详细设计，完成通风附件的系统设计和系统计算，得到空调通风详设图纸；
S8、根据空调通风详设图纸完成3D结合模型细化及通风附件与船体结构的最后的干涉检查，得到最终通风管路3D模型，并建立通风附件的3D数据库；
S9、根据3D数据库的信息生成生产报目，开展通风系统的安装工作。
上述方案中所述的总规划图包括总布置图和舯纵布置图。
上述方案的步骤S2中包括在各舱室区域的屋内单元和卫生单元的天花位置分别设置室内进风口和室内回风口，舱室区域的室外走廊的天花位置等间隔设置室外回风口，舱室区域的卫生单元舱壁下方开设用于向室外回风口通风的格栅口；各公共区域的天花位置等间隔点阵式设置公共进风口和公共回风口。
上述方案的步骤S3用制图软件打开总规划图时，基于天花排版并根据各进风口和各回风口的数量，完成布风器和回风箱位置的确定。
上述方案中，所述公共区域的公共进风口和公共回风口为雨降式天花，在天花排版中基于公共区域的公共进风口和公共回风口位置，在甲板和天花之间设计通风围壁，通风围壁、雨降式天花和甲板共同组成雨降风箱。
上述方案的步骤S4中包括布风器3D模型、回风箱3D模型和雨降风箱3D模型的建设，布风器3D模型包括完成布风器与室内进风口界面接口的对接，回风箱3D模型包括完成室内回风箱与室内回风口界面接口的对接, 室外回风箱与室外回风口界面接口的对接，格栅口的通风栅与舱室区域外走廊踢脚线界面接口的对接，雨降风箱3D模型包括完成雨降式天花的开孔，通风围壁与甲板和天花处的对接，根据布风器、回风箱以及雨降风箱的位置进行管路分支的3D模型的建设。
上述方案的步骤S6中风管调整结束后，基于调整后的3D结合模型，进行布风器3D模型、回风箱3D模型、雨降风箱3D模型以及管路分支3D模型与船体结构的二次干涉检查，得到更新后的3D结合模型，并建立布风器、回风箱和雨降风箱的3D数据库，将管路分支的数据并入风管的3D数据库。
上述方案的步骤S7中提交图纸至通风设计厂家后，厂家完成空调机室容积率确认，并根据实际选择的空调机组功率参数和已设计的风管数据，明确计算逻辑和选用的玻璃等重要影响因素的隔热参值以及计算系数，完成厂家的详设计风量计算，该详设计风量与S2中自行计算的风量进行对比，取大值作为各空调分区的额定风量。
本专利的有益效果如下：
本设计方法由传统的“线性”设计沟通模式，变成了“一体化交互”设计沟通模式，船厂设计人员同步进行船体结构和风管系统的建模，使通风系统设计与船体结构设计一体化、通风管道与内装设计一体化，从而在设计时由原来的通风设计厂家主导变为船厂设计人员主导，将原来的生产设计协调阶段提前，在同步完成船体结构和风管的3D建模后，利用三维建模软件的干涉分析即可实现双设计的合并，通风设计厂家可根据完整的设计图纸进行附件的配套即通风量的核对，该从而大幅度的缩短厂家的设计周期，从而形成通风策划设计（船厂）与通风原理设计(专业厂家）的一体化，上述一体化推进的方式可有效缩短整个通风系统的生产周期，并提高设计效率和质量，降低设计成本。
附图说明
图1是本发明的船舶通风系统设计方法于实施例中的流程图；
图2是本发明舱室区域上方管路布置示意图；
图3是本发明公共区域上方管路布置示意图；
图4是本发明舱室区域平面示意图。
附图标记：1、送风管；2、排风管；3、管路分支；4、布风器；5、室内回风箱；6、室外回风箱；7、公共进风口；8、公共回风口；9、通风围壁；10、屋内单元；11、卫生单元；12、走廊；13、通风栅。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-4所示，一种基于一体化交互的船舶通风系统设计方法，其设计方法步骤如下：
S1、根据总规划图进行空调分区，本实施例中，总规划图包括总布置图和舯纵布置图，其中基于船员区与旅客区互不干扰的原则，将整个船舶通风区域分为分别单独通风的船员区和旅客区，其中船员区和旅客区分别按功能分为各自的舱室区域和公共区域，本实施例中，船员区分为船员舱室、厨房配餐区和船员公共区；其中船员舱室为船员区的舱室区域，厨房配餐区和船员公共区为船员区的公共区域；旅客区域按照其功能区分为旅客舱室、旅客公共区和旅客梯道区，其中旅客舱室为旅客区的舱室区域，旅客公共区和旅客梯道区为旅客区的公共区域；同时为满足船舶防火需求，其空调分区还需与防火主竖区域划分一一对应，其中防火主竖区是沿船长方向用A-60将船分成多个区域，而每个防火主竖区需要单独划为一个空调分区。本实施例以STENA高端客滚船设计为例，船员舱室分为Crew cabin(A)和Crew cabin(B)，厨房配餐区为Galley，船员公共区分为Crew Public(A)和CrewPublic(B)，旅客舱室分为Pax cabin(A)和Pax cabin(B)，旅客公共区分为Pax Public(A)和Pax Public(B)，旅客梯道区分为Staircase(A)、Staircase(B)、Staircase(C)和Staircase(D)，为保证各空调分区间各自的独立性，优选的，各空调分区均采用独立的空调风机供风。
S2、根据各舱室区域及公共区域的容积和所需换气次数确定各自的风量；换气次数通常控制在6~8次/H，通过公式Q=N*V计算（Q：风量m³/H；N：换气次数/H；V：区域容积m3）；本实施例中各空调分区对应的风量如表1所示：
根据各区域所需的风量、风管的额定风速和天花与甲板之间的空间确定所需的风管管径以及所需的管径的风管数量；同样截面积的风管有三种形状可供选择，圆形、扁圆形、方形，其中圆形风管所产生的噪音最低、气密性最高，作为本实施例中风管的首选结构，根据实际项目中天花与甲板之间的距离要求，风管直径不能超过200mm，同时客滚船内各区域噪音指标的限制，风速通常控制在9~12米/秒，通过公式F=Q/(A*V*3600)计算出管径最大为200mm时的风管数量 (F：风管数量；Q：风量m³/H；A：风管截面积m²；V：风速m/s)；计算得到的风管管径和数量为送风管1的管径数量，而对应的排风管2管径和数量与送风管1一致，本实施例中，取风速为9m/s，各空调分区对应的风管数量如表2所示：
本实施例中，Crew cabin(A)中舱室数量为40个，Crew cabin(B)中舱室数量为41个，Pax cabin(A)中舱室数量为60个，Pax cabin(B)中舱室数量为59个，在总布置图上各舱室区域的屋内单元10和卫生单元11的天花位置分别标注室内进风口和室内回风口，舱室区域的室外走廊12的天花位置按等间隔标注多个室外回风口，舱室区域的卫生单元11舱壁下方标注用于向室外回风口通风的格栅口；各公共区域的天花位置等间隔点阵式标注公共进风口7和公共回风口8，公共进风口7和公共回风口8的布置原则是：公共进风口7之间的间距、公共回风口8之间的间距为2m，每两排公共进风口7之间设置一排公共回风口8，以保证公共区域内各出均匀通风。
S3、将总布置图和舯纵布置图导入三维建模软件建设船体结构3D模型，本实施例中采用的三维建模软件为造船和海工设计系统Aveva Marine（以下简称AM）；同步用制图软件auto-CAD打开总布置图和舯纵布置图，根据S1中的空调分区和S2中各分区风管的数量明确风管的走向，风管的布置原则为：避开走廊区域，舱室区域的风管需布置在房间的上方，公共区域的风管布置在两舷，由舷边向内部进行铺设；结合总布置图和舯纵布置图中各甲板坐标生成各风管起点、拐点和终点的三维坐标，基于上述总布置图内的天花排版，并根据进风口和回风口的数量，完成布风器4和回风箱位置的确定，即舱室区域的布风器4位于各舱室屋内单元10的顶部，舱室区域的回风箱包括位于各舱室卫生单元11顶部的室内回风箱5和位于舱室外走廊12顶部的室外回风箱6，室外回风箱6经舱室卫生单元11舱壁下方开设的格栅口与舱室相连通，室外回风箱6按间隔4-5个舱室的距离沿走廊12行走方向均匀布置，优选的，本实施例按等间隔4个舱室的距离布置，公共区域的公共进风口7和公共回风口8为雨降式天花，天花排版中基于公共区域的公共进风口7和公共回风口8位置，在甲板和天花之间设计通风围壁9，通风围壁9、雨降式天花和甲板共同组成雨降风箱。雨降式天花可对公共区域进行雨降式通风，并利用天花和甲板之间的空间形成具有稳压作用的风箱，空气由风管进入稳压层内，依靠稳压层内的静压作用经孔口均匀的送风至公共区域内，提高送风的均匀性和公共区域内的舒适度。为防止回风短路，两个雨降风箱的相邻通风围壁9间隔最小距离为1m。
S4、在AM中输入S3中各风管起点、拐点和终点的三维坐标，完成风管3D模型的建设；进行布风器4与室内进风口界面接口对接，完成布风器3D模型的建设，布风器4的位置需和灯具、报警、水雾灯安装在天花上的设备进行综合协调；进行室内回风箱5与室内回风口界面接口对接,室外回风箱6与室外回风口界面接口的对接，格栅口的通风栅13与舱室外走廊12踢脚线界面接口的对接， 完成回风箱3D模型的建设；在公共进风口7和公共回风口8所在的天花位置进行雨降式天花的开孔，雨降式天花和甲板之间进行通风围壁9的对接，完成雨降风箱3D模型的建设，根据布风器4、回风箱以及雨降风箱的位置进行管路分支3的3D模型的建设。
S5、利用AM软件提供的干涉分析验证风管3D模型和船体结构3D模型是否存在干涉，若存在干涉则说明风管的空间要求未得到满足，返回S3重新调整风管的三维坐标；若不存在干涉则说明风管的空间要求得到满足，得到风管与船体结构的3D结合模型，并建立风管的3D数据库，风管数据库的信息包括管径、材质、绝缘方式、重量等信息。
S6、根据S5中风管与船体结构的3D结合模型，完成风管在船体结构的开孔，并对开孔处船体结构尺寸进行调整，根据强结构尺寸和系统所需确定强结构上的开孔，结合整体舱室在客滚船建造上的应用，强结构尺寸通常设置在450mm,强结构开孔方法分为两种，分别是均布开孔和按需开孔，本实施例中选用均布开孔形式，开孔尺寸在200*42mm和220*440mm之间，并完成主要开孔肋位的结构有限元计算，有限元计算采用Femap仿真软件进行应力计算，本实施例中强结构的许用应力最低为220Mpa，根据计算结果，进一步调整风管走向直至双方平衡结束；风管调整结束后，基于调整后的3D结合模型，进行布风器3D模型、回风箱3D模型、雨降风箱3D模型以及管路分支3D模型与船体结构的二次干涉检查，得到更新后的3D结合模型，并建立布风器4、回风箱和雨降风箱的3D数据库，将管路分支3的数据并入风管的3D数据库。
S7、基于S6的3D结合模型生成图纸，并提交图纸至通风设计厂家，厂家完成空调机室容积率确认，并根据实际选择的空调机组功率参数和已设计的风管数据，明确计算逻辑和选用的玻璃等重要影响因素的隔热参值以及计算系数，完成厂家的详设计风量计算，该计算公示为通风设计厂家现有计算模块，此不赘述；该详设计风量与S2中自行计算的风量进行对比，取大值作为各空调分区的额定风量；并进行通风详细设计，完成通风附件的系统设计和系统计算，相关通风附件包括：消音器、调风门、防火闸、挡烟闸、布风器等，相关系统计算包括热负荷、风量、风压、噪音等详细计算，并得到空调通风详设图纸。
S8、根据空调通风详设图纸完成3D结合模型细化及通风附件与船体结构的最后的干涉检查，得到最终通风管路3D模型，并建立通风附件的3D数据库，模型通过计算后固化其布置，并完成后续布置图绘制、零件图绘制、材料统计等工作。
S9、根据3D数据库中布风器4、回风箱、雨降风箱、风管以及通风附件的信息生成生产报目，开展通风系统的安装工作。
船厂设计人员同步进行船体结构和风管系统的建模，完成通风管道的预布置，基于3D结合模型生成的图纸作为设计输入提交至通风设计厂家，并与之进行交互设计，此方法可节省厂家设计周期和生产协调周期2~2.5个月，可使整个通风系统的设计间提前4~5个月，通过项目实船验证，此方法在提高设计效率和质量，降低设计成本方面效果显著，对类似的复杂船舶有较高的指导和借鉴意义。
Claims (8)
1.一种基于一体化交互的船舶通风系统设计方法，其特征在于，设计方法步骤如下：
S1、根据总规划图进行空调分区，将整个船舶通风区域分为分别单独通风的船员区和旅客区，其中船员区和旅客区分别按功能分为各自的舱室区域和公共区域；
S2、根据各舱室区域及公共区域的容积和所需换气次数确定各自的风量，根据各区域的风量、风管的额定风速和天花与甲板之间的空间确定所需的风管管径以及所需的管径的风管数量；
S3、将总规划图导入三维建模软件建设船体结构3D模型；同步用制图软件打开总规划图，根据S1中的空调分区和S2中各分区风管的数量明确风管的走向，结合总规划图中各甲板坐标生成各风管起点、拐点和终点的三维坐标；
S4、在三维建模软件中输入S3中各风管起点、拐点和终点的三维坐标，完成风管3D模型的建设；
S5、利用三维建模软件提供的干涉分析验证风管3D模型和船体结构3D模型是否存在干涉，若存在干涉则说明风管的空间要求未得到满足，返回S3重新调整风管的三维坐标；若不存在干涉则说明风管的空间要求得到满足，得到风管与船体结构的3D结合模型，并建立风管的3D数据库；
S6、根据S5中风管与船体结构的3D结合模型，完成风管在船体结构的开孔，并对开孔处船体结构尺寸进行调整，完成主要开孔肋位的结构有限元计算，根据计算结果，进一步调整风管走向直至双方平衡结束；
S7、基于S6的3D结合模型生成图纸，并提交图纸至通风设计厂家，在此基础上进行通风详细设计，完成通风附件的系统设计和系统计算，得到空调通风详设图纸；
S8、根据空调通风详设图纸完成3D结合模型细化及通风附件与船体结构的最后的干涉检查，得到最终通风管路3D模型，并建立通风附件的3D数据库；
S9、根据3D数据库的信息生成生产报目，开展通风系统的安装工作。
2.根据权利要求1所述的一种基于一体化交互的船舶通风系统设计方法，其特征在于，所述的总规划图包括总布置图和舯纵布置图。
3.根据权利要求1所述的一种基于一体化交互的船舶通风系统设计方法，其特征在于，步骤S2中包括在各舱室区域的屋内单元和卫生单元的天花位置分别设置室内进风口和室内回风口，舱室区域的室外走廊的天花位置等间隔设置多个室外回风口，舱室区域的卫生单元舱壁下方开设用于向室外回风口通风的格栅口；各公共区域的天花位置等间隔点阵式设置公共进风口和公共回风口。
4.根据权利要求3所述的一种基于一体化交互的船舶通风系统设计方法，其特征在于，步骤S3用制图软件打开总规划图时，基于天花排版并根据各进风口和各回风口的数量，完成布风器和回风箱位置的确定。
5.根据权利要求4所述的一种基于一体化交互的船舶通风系统设计方法，其特征在于，所述公共区域的公共进风口和公共回风口为雨降式天花，在天花排版中基于公共区域的公共进风口和公共回风口位置，在甲板和天花之间设计通风围壁，通风围壁、雨降式天花和甲板共同组成雨降风箱。
6.根据权利要求5所述的一种基于一体化交互的船舶通风系统设计方法，其特征在于，步骤S4中包括布风器3D模型、回风箱3D模型和雨降风箱3D模型的建设，布风器3D模型包括完成布风器与室内进风口界面接口的对接，回风箱3D模型包括完成室内回风箱与室内回风口界面接口的对接, 室外回风箱与室外回风口界面接口的对接，格栅口的通风栅与舱室区域外走廊踢脚线界面接口的对接，雨降风箱3D模型包括完成雨降式天花的开孔，通风围壁与甲板和天花处的对接，根据布风器、回风箱以及雨降风箱的位置进行管路分支的3D模型的建设。
7.根据权利要求5所述的一种基于一体化交互的船舶通风系统设计方法，其特征在于，步骤S6中风管调整结束后，基于调整后的3D结合模型，进行布风器3D模型、回风箱3D模型、雨降风箱3D模型以及管路分支3D模型与船体结构的二次干涉检查，得到更新后的3D结合模型，并建立布风器、回风箱和雨降风箱的3D数据库，将管路分支的数据并入风管的3D数据库。
8.根据权利要求1所述的一种基于一体化交互的船舶通风系统设计方法，其特征在于，步骤S7中提交图纸至通风设计厂家后，厂家完成空调机室容积率确认，并根据实际选择的空调机组功率参数和已设计的风管数据，明确计算逻辑和选用玻璃的隔热参值以及计算系数，完成厂家的详设计风量计算，该详设计风量与S2中自行计算的风量进行对比，取大值作为各空调分区的额定风量。
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