浅析水尺勘划方法及要点

刘 宏 ，等 ： 浅 析 水 尺 勘 划 方 法 及 要 点
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图 ６ 艏 部 ０ 位 点 的 确 定
６ 水 线 勘 划 方 法
６．１ 常 规 勘 划 方 法 （１）按《载 重 线 及 水 尺 标 志 图》的 设 计 要 求，分
别 将 艏 、舯 、艉 各 处 水 尺 标 志 ０ 位 点 用 水 平 管 驳 到 船 旁 的 标 杆 上 ，如 图 ７ 所 示 。
图 ８ 常 规 勘 划 图 步 骤 ２
图 ９ 常 规 勘 划 图 步 骤 ３
图 ７ 常 规 勘 划 图 步 骤 １
（２）用同一水平尺、样 棒 或 水 平 管，作 出 艏、舯、 艉各水 尺 标 志 所 在 肋 位 左 右 舷 参 考 线，参 考 线 距 ０位 水 线 高 度 可 视 船 体 线 型 变 化 程 度 不 同，可 取 ５００ｍｍ，１ ０００ｍｍ，１ ５００ｍｍ，２ ０００ｍｍ 等数值，如 图８所示。 （３）用 钢 带 或 样 棒 条 预 先 在 样 台 上 按 线 型 （加 上 板 厚 ）驳 制 水 尺 所 需 数 据 ，对 准 参 考 线 将 水 尺 标 高 反馈到实船上。 当 外 板 线 型 变 化 较 大，划 制 水 尺 标 高 容 易 产 生 超 差 时 ，要 求 间 隔 一 定 距 离 ，用 水 平 管 进 行 校 核 ，如 图 ９ 所 示 。 （４）待水尺线勘划完 毕，经 检 验 处 检 查 认 可 后， 方可装配水尺标志字样。 ６．２ 全 站 仪 堪 划 方 法
２ 水 尺 的 作 用 和 安 装 标 准
根据水尺 能 判 断 船 舶 在 任 意 状 态 的 外 形 吃 水 （外形吃水指 包 括 船 舶 任 何 附 体 或 水 线 下 突 出 物 在
作 者 简 介 ：刘 宏 （１９６８－ ），男 ，高 级 工 程 师 。
内 的 船 舶 最 低 点 致 水 面 的 垂 直 距 离 ），根 据 水 尺 读 数 能够迅速计算出船舶在此状态下的排水量。
关键词 水尺 水尺勘划 精度控制 最小二乘法 全站仪 中 图 分 类 号 Ｕ６７１ 文 献 标 识 码 Ａ
Ｉｎｉｔｉａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ Ｓｉｇｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｗａｔｅｒ Ｇａｕｇｅ
ＬＩＵ Ｈｏｎｇ，ＺＨＡＩ Ｇａｏ－ｊｉｎ，ＴＡＮ Ｘｉｎ－ｄｏｎｇ
（３）最 小 二 乘 法 。 虽然船舶合拢时是按固定龙骨坡度进行合拢， 由于前述因素 的 影 响，最 终 测 量 时 的 龙 骨 坡 度 与 原 先的龙骨坡度不再相同。最小二乘法计算方法能将 直线测量值回 归 成 线 性 方 程，从 而 能 准 确 反 映 船 舶 在船台的龙骨 坡 比，准 确 提 供 水 尺 勘 划 在 各 个 位 置 的基准点。表１为最小二乘法计算挠度表格。
图 ３ 平 板 龙 骨 处 ０ 位 点
图 ２ 球 鼻 艏 船 艏 处 的 水 尺
（６）环 境 对 水 尺 勘 划 的 影 响 。 由于挠度受环 境 等 因 素 的 影 响 较 大，因 此 首 先
在 两 舷 的 艏 、舯 、艉 水 尺 肋 位 线 上 标 出 初 步 基 准 参 考 水 线 ，并 向 船 东 、船 检 交 验 ，然 后 再 进 行 挠 度 测 量 、计 算。最后根据各水尺肋位位置的挠度值修正水尺高 度基准点。只有 这 样，才 能 准 确 模 拟 挠 度 测 量 和 水 尺放样测量时 的 环 境 等 状 况。 如 不 采 取 此 措 施，则 会发生交 验 时 船 上 基 准 点 与 船 台 上 基 准 点 存 在 偏 差 ，从 而 导 致 水 尺 交 验 的 困 难 。
（１）
分别将 Ｚ１、Ｚ２…Ｚ（ｎ－１）、Ｚｎ 减去Ｚ 值即得各位 置 点距修正后龙骨基线的挠度值。
式中：Ｌ１～２ 为 第 一 测 量 点 至 第 二 测 量 点 距 离； Ｌ１～ｎ 为第一测量点距最后一测量点距离。
此种计算方法 虽 然 能 近 似 修 正 排 水 量，但 不 能 准确反映建造 后 的 龙 骨 坡 度，从 而 不 能 准 确 反 映 水 尺勘划基准点。
表 １ 最 小 二 乘 法 计 算 表 格
序 号
肋 位 号
龙骨线距参 各测量点距 测量值 龙骨板厚 考线距离ｙ 起点距离ｘ
Ａ Ｂ Ｃ ＝ Ａ ＋Ｂ Ｄ
Ｅ ＝ Ｄ２
Ｆ ＝ Ｃ·Ｄ
１
ｈ１
ｙ１
ｘ１
ｘ２１
ｘ１ ·ｙ１
２
ｈ２
ｙ２
ｘ２
ｘ２２
ｘ２ ·ｙ２
３
ｈ３
源自文库
ｙ３
ｘ３
ｘ２３
ｘ３ ·ｙ３
…
…
…
…
（３）由于 舯 部 设 有 水 尺 标 志，经 常 与 载 重 线 标 志重叠，两者需 要 避 让。 习 惯 上 将 水 尺 字 标 志 向 船 艉方向 移 动，实 际 尺 寸 以 《水 尺 及 载 重 线 标 志 图 》 为准。
（４）当水 尺 标 志 沿 着 艏 柱 或 艉 柱 设 置 时，水 尺 字底边 缘 距 外 板 与 艏、艉 柱 焊 缝 最 小 水 平 距 离 取 １００～１５０ｍｍ 为宜，如图１所示。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｗａｔｅｒ ｇａｕｇｅ Ｓｉｇｎｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｇａｕｇｅ Ａｃｃｕｒａｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ ｍｅｔｈｏｄ Ｔｏｔａｌ ｓｔａｔｉｏｎ ａｐｐａｒａｔｕｓ
１ 前 言
通过水尺读数可以计算出船舶的空船重量和载 重量。水尺的安装精度直接影响空船重量和载重量 的计算，比如五万吨 左 右 船 舶，水 尺 相 差 １０ ｍｍ，则 船 舶 载 重 量 相 差 大 约 ５０ｔ，因 此 船 东 、船 检 和 船 厂 三 方对水尺的勘 划 都 比 较 重 视，水 尺 勘 划 是 船 舶 施 工 中比较重要的一个环节。
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龙骨基线的挠度计算方法有以下几种：
（１）平均 值 法。 将 所 有 测 量 数 据 进 行 平 均，此
种 方 法 计 算 结 果 比 较 粗 糙 ，一 般 不 采 用 。
（２）面 积 法 。
Ｚ＝
（Ｚ１ ＋Ｚ２）·Ｌ１～２／２… ＋ （Ｚｎ－１ ＋Ｚｎ）·Ｌｎ－１～ｎ／２ Ｌ１～ｎ
图 １ 艏 柱 和 艉 柱 区 域 的 水 尺
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（５）作 为 球 鼻 艏 船，艏 部 水 尺 标 志 应 设 在 艏 垂 线处，水尺字底 边 缘 应 距 艏 柱 包 板 焊 缝 距 离 大 约 为 １００～１５０ｍｍ 处，如图２所示。
造 船 技 术 ２０１５年第３期（总第３２５期）
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｚｈｏｕ ＫｏｕＡｎ Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．， Ｔａｉｚｈｏｕ Ｊｉａｎｇｓｕ ２２５３１３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ 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 ｉｎｔｒｏ－ ｄｕｃｅｓ 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．
（１）当船 体 是 平 板 龙 骨 时，修 正 龙 骨 板 底 缘 中 心 线 处 ，即 为 ０ 位 点 ，如 图 ３ 所 示 。 （２）当 艏 艉 水 尺 标 志 所 在 位 置 船 体 线 型 升 高 时，则应按其相 近 的 平 直 部 分 肋 骨 或 舱 壁 处 龙 骨 板 底 线 延 伸 的 交 点 为 ０ 位 点 ，如 图 ４ 所 示 。 （３）当 船 底 为 方 形 龙 骨 斜 底 型 的 船 舶 时，考 虑 到其有较大的 艉 纵 倾 和 艏 柱 前 倾，勘 划 水 尺 标 志 时 应特别注意。方形龙骨斜底船舶的舯部和艉部水尺 标志划线方法 相 同，是 取 水 尺 标 志 处 的 船 底 基 线 到
∑ ∑ ｂ１ ＝１／ｎ· （ｙ１ ～ ｙｎ）－ｂ２／ｎ· （ｘ１ ～ ｘｎ）
与平均值 法 和 面 积 法 相 比，最 小 二 乘 法 能 准 确 反映船舶在船 台 的 龙 骨 坡 度，从 而 准 确 提 供 水 尺 勘 划在各个位置 的 基 准 点，目 前 我 厂 在 龙 骨 坡 度 的 计 算使用最小二乘法。
…
…
…
评定基准 坐标值Ｙ
挠度
Ｇ ＝ｂ１ ＋ｂ２ｘ Ｈ ＝ Ｃ－Ｇ
ｎ
ｈｎ
ｙｎ
ｘｎ
ｘｎ２
ｘｎ ·ｙｎ
∑
∑ ∑ ∑ ∑ （ｙ１ ～ ｙｎ） （ｘ１ ～ ｘｎ） （ｘ２１ ～ ｘｎ２）
（ｘ１ｙ１ ～ ｘｎｙｎ）
∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ｂ２ ＝ ［ （ｘ１ｙ１ ～ ｘｎｙｎ）－ （ｘ１ ～ ｘｎ）· （ｙ１ ～ ｙｎ）／ｎ］／［ （ｘ２１ ～ ｘｎ２）－ （ （ｘ１ ～ ｘｎ））２／ｎ］
图 ４ 艏 艉 水 尺 升 高 处 ０ 位 点
方形龙骨底的垂直距离ｈ 处为０位点，如图５所示。
图 ５ 方 形 龙 骨 斜 底 船 舶 ０ 位 点
（４）艏部水尺标志是以 设 计 水 线 与 艏 柱 交 点 作 垂线，再与艏底方 形 龙 骨 底 线 延 长 相 交 点 作 为 ０ 位 点 ，如 图 ６ 所 示 。
４ 勘 划 注 意 事 项
水尺勘划时的主要注意事项如下所示。 （１）按《载 重 线 及 水 尺 标 志 图》的 要 求，水 尺 标 志 分 别 设 于 艏 、舯 、艉 的 左 右 舷 ，位 置 左 右 对 称 ，两 位 数以上文字按 横 写 惯 例 从 左 到 右，文 字 底 边 缘 即 名 义水线值。 （２）水尺字大小一般为字高１００ ｍｍ（指垂直投 影 高 度 ），字 宽 ７０ ｍｍ（最 终 以 施 工 图 为 准 ）。 遇 到 船 线 型 突 变 处 ，字 高 应 由 放 样 伸 长 定 ，但 其 垂 直 投 影 高 度 仍 应 保 持 １００ ｍｍ，当 然 也 可 在 勘 划 前 征 求 船 东 意 见是否按线型 进 行 放 样 制 作，取 得 一 致 意 见 后 再 确 定最终放样依据。
水尺勘划时应在船舶没有直接受阳光照射的情 况下连续进行。如不能连续进行或环境气温发生较 大变化，则在过 程 中 不 断 检 验 船 上 基 准 点 与 船 台 基 准点的变化差 值，从 而 修 正 船 上 各 水 尺 高 度 位 置 的 准确值。
５ 水 尺 基 准 点 的 确 定
水尺基准点是以修正后的龙骨基线加上龙骨板 厚 度 ，作 为 该 水 尺 的 基 准 ０ 位 点 ，主 要 分 为 以 下 几 种 情况。
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造 船 技 术 ２０１５年第３期（总第３２５期）
浅析水尺勘划方法及要点
刘 宏 ，翟 高 进 ，谭 新 东
（泰州口岸船舶有限公司，江苏 泰州 ２２５３１３）
提 要 水尺勘划是船舶施工中比较重要的一个 环 节，勘 划 准 确 性 直 接 关 系 到 船 舶 空 船 重 量 和 船 舶 载 重 的计算。这里主要对水尺的作用、安装标准、勘划前的准 备 工 作、勘 划 方 法 和 勘 划 注 意 事 项 等 进 行 了 介 绍 与 分 析 ，并 对 相 关 勘 划 方 法 进 行 了 比 较 ，此 水 尺 勘 划 方 法 可 以 指 导 相 关 船 厂 进 行 实 船 水 尺 勘 划 。
水尺安 装 标 准 为：标 准 ±１ ｍｍ，极 限 ±２ ｍｍ， 水尺勘 划 前 的 准 备 工 作 和 勘 划 方 法 的 选 择 比 较 重要。
３ 水 尺 勘 划 前 准 备
由于船舶是由 若 干 个 分 段 总 组 焊 接 而 成，船 舶 的重量分布不 均 匀，且 支 撑 船 舶 的 船 台 墩 弹 性 模 量 也 不 同 ，造 成 船 台 墩 受 力 不 一 致 ，因 此 在 建 造 完 工 后 的船底龙骨线不是一条直线。勘划水尺前必须对龙 骨 挠 度 进 行 测 量 ，修 正 龙 骨 线 ，确 定 水 尺 勘 划 的 基 准 线，从而 减 小 由 于 龙 骨 线 的 不 准 确 引 起 的 排 水 量 误差。