船舶居住舱室智能布局设计方法

茹再庆李昌华

摘要：文章主要从舱室智能布局方法概述出发，分别阐述了改进的舱室布局设计方法，以及仿真试验，旨在与广大同行共同探讨学习。

关键词：船舶居住舱室；智能布局；设计方法

引言：

船舶的设计分为总体设计、舾装设计、结构设计、电气设计和轮机设计等主要的几个部分，而船舶布局类设计问题是其中的一个分目标问题。船舶布局问题又包含了许多小的布局类问题，包括船舶机舱设备的布局问题、船舶管路布局问题、船舶舱室内家具物品的布局问题和船舶舱室划分布局问题等。随着船舶智能设计技术的进步，这些问题在找到其共性的布局规则后，就能在很大程度上提高此类布局问题的智能化水平。

一、舱室智能布局方法概述

传统的船舶舱室布局设计一般是按照船舶设计手册由船舶工程师根据自己的经验来设计，这种设计方法花费时间长，而且设计的优劣往往和船舶设计者的经验有关。其次，船舶设计是一项螺旋上升的设计工作，当需要对船舶某一部分进行修改时，与修改部分相关的设计也可能需要更新，这些重复性的工作加大了设计者的工作量。随着计算机技术的进步，船舶智能布局设计方法被提出，该方法是将船舶布局设计与人工智能技术相结合，首先对特定问题进行分析，根据问题形式和布局需求设计合理的数学模型，将设计的模型和特定问题的约束条件代入智能优化算法进行求解。这种方法可以将需要反复设计的工作交于计算机来完成，解放设计人员的双手。相应的智能布局流程如图1.1所示。

图1.1智能布局方法流程图

二、改进的舱室布局设计方法

本章中的舱室布局方法不对舱室通道位置进行人为地设置，也就是不给定舱室通道固定的位置，将舱室通道的坐标作为一个变量与舱室布局序列编码一起在算法中迭代，直到在待布置甲板上找到较优的通道位置、各舱室较优的位置和舱室序列，本章的舱室布局设计方法的计算流程图如图2.1所示。

图2.1改进的布局设计流程

对于特定的待布置甲板来说，可根据需要设置一定数量的通道，包括纵向和横向通道，当纵横通道数量确定以后，待布置甲板就被纵横通道分割成一定数量的待布置区域；接着待布置的舱室就可以按照规则布置于这些待布置区域中。在本方法中，求解待布置通道的最佳位置是重要前提，因为通道位置直接决定了待布置区域的划分，从而对待布置舱室的位置产生影响。

本文的研究是以普通货船的生活区域的舱室布置问题为例，一般货船的生活区域船长方向的长度与船宽方向的长度比值是小于1的。所以为方便描述和后续的计算，本文中的坐标设置y方向为船长方向，即纵向；x方向为船宽方向，即横向。假设在待布置甲板上的通道都是全通式的，即纵横通道的长度分别与待布置甲板的长和宽相等，这样对纵向通道位置编码时则只需对通道的x坐标进行编码表示；同理，对于横向通道的位置编码时则只需对通道的y坐标进行编码表示。如图2.2。

图2.2舱室通道位置示意图图

2.3舱室序列布置图

设在待布置甲板上需要布置多条纵向和横向通道，那么待布置甲板上的待布置纵向通道的位置编码可表示为CX=（X1X2....Xn），横向通道的位置编码则可以表示为Cy=（y1y2...yn）。

在通道位置确定以后就可以通过计算得到划分好的待布置区域的位置及面积，然后就可以对舱室位置序列进行求解。首先得到舱室的布置序列，根据舱室序列就可以从待布置甲板的左上位置到右下位置进行S形的布置，布置示意图如图2.3所示。通过对比各舱室的面积和待布置区域的面积就可以得到每个待布置区域所应布置的舱室数量，约束为待布置区域的面积要大于等于布置于内的舱室总面积。当所有的待布置舱室都布置于待布置区域后，为了保证甲板的利用率就需要对已布置好的舱室的面积做调整，以使得待布置区域内的面积完全被舱室利用。

三、仿真试验

本实验将在一个矩形居住舱室中布置4个家具单元，分别是卫生间单元、床单元、沙发单元和门单元。具体尺寸如表1所示。

表1舱室和家具单元尺寸

此外，仿真试验中将舱室和家具单元都用矩形表示，其中门的尺寸是考虑到门的开、关所需的姿态空间。

在遗传算法中，最终能否又快又好地得到最优解，与初始时选取算法中的各种参数有很大关系。这些参数包括群体规模M，迭代步数T，交叉概率Pc和变异概率Pm等。但是到目前为止，在理论上仍然没有给出指导如何选择参数的方法。经大量实验并且结合经验参数设定如下：群体规模M=100，迭代步数T=300，交叉概率Pc=0.9，变异概率Pm=0.1。实验中，根据各待布单置元对总体布局的影响程度，设卫生间单元的优先布置权系数m1=4，床单元的优先布置权系数m2=3，沙发单元的优先布置权系数m3=2，门单元的优先布置权系数m4=1，干涉折减系数r=0.5。经过计算后，得到适应度值最大的三个可行布置方案，如图3.1所示。

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图3.1可行布置方案

计算三个可行布置方案的有效活动空间利用率E；计算时，由于门不影响活动空间大小，所以门单元不必考虑成障碍物。经计算，三个可行布置方案的有效活动空间利用率分别是0.627、0.632、0.575。方案1和2的有效活动空间空间利用率较高，可选择其中一个作为实船布置方案。

参考文献：

[1]陆海锦.试论船舶居住舱室智能布局设计[J].建筑工程技术与设计，2017（22）

[2]李俊华，卢军.船舶舱室布置方案的模糊综合评价[J].中国造船，2000（4）

[3]路慧彪.基于仿真的船舶机舱管路三维自动布置方法研究[D].大连海事大学2011（11）