劉明，謝連仲，孫俊豐，楊明，張小波

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002）

0 引言

重力式碼頭是我國分布較廣，使用較多的一種碼頭結(jié)構(gòu)形式[1]，其作為水運(yùn)交通重要基礎(chǔ)設(shè)施，是國家綜合運(yùn)輸體系的骨干力量[2]。在工業(yè)4.0 時(shí)代升級轉(zhuǎn)型的大背景下，建設(shè)高效、綠色、智能化、信息化碼頭工程已成為水運(yùn)交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的必然趨勢[3]。鋼筋混凝土沉箱因能承受較大的地面載荷和船舶載荷，且具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用、施工速度快、水下工程量少、抗震性能好、維修費(fèi)用小等特點(diǎn)，已經(jīng)成為國家重力式碼頭建設(shè)中最常采用的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件[4]。

隨著我國港口碼頭向外海、深水發(fā)展以及大型跨海橋梁的建設(shè)，沉箱重力式碼頭開始向大型化、高等級發(fā)展[5]。大型沉箱外海低風(fēng)險(xiǎn)出運(yùn)、高精度安裝對施工技術(shù)和裝備的要求越來越高，僅依靠傳統(tǒng)施工或憑借人工操作，極易發(fā)生安全和質(zhì)量事故[6]。同時(shí)，大型沉箱安裝精度直接影響上部結(jié)構(gòu)胸墻的豎直度與碼頭觀感質(zhì)量，間接造成碼頭不均勻沉降與影響工程耐久性等[7]，故亟需升級傳統(tǒng)施工技術(shù)及提升施工裝備。

大型沉箱海上出運(yùn)安裝安全風(fēng)險(xiǎn)大，屬于超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大分部分項(xiàng)工程[8]。為了實(shí)現(xiàn)大型沉箱海上出運(yùn)安裝關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)可視化監(jiān)測、智能化控制的目標(biāo)，依托欽州港大欖坪南作業(yè)區(qū)9 號、10 號自動(dòng)化集裝箱泊位工程，針對傳統(tǒng)沉箱海上出運(yùn)安裝作業(yè)人員密集、外海作業(yè)時(shí)間長、測繩控制倉格水位精度低、安裝控制不連續(xù)等較大安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)新提出一種大型沉箱海上壓水少人或無人作業(yè)、全過程可視化數(shù)據(jù)監(jiān)測、高精度智能化控制的智能安裝技術(shù)。智能安裝技術(shù)數(shù)字化、智能化應(yīng)用程度較高，且具有安全環(huán)保、綠色節(jié)能、經(jīng)濟(jì)高效的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概況

欽州港大欖坪港區(qū)大欖坪南作業(yè)區(qū)9 號、10號自動(dòng)化集裝箱泊位工程位于廣西欽州保稅港區(qū)8 號泊位南側(cè)延長線上，為2 個(gè)新建10 萬噸級自動(dòng)化集裝箱泊位，年設(shè)計(jì)吞吐能力為161 萬TEU[9]。碼頭泊位長783 m，碼頭主體為沉箱重力式結(jié)構(gòu)，基床厚1 m，坐落于中風(fēng)化泥巖上；沉箱預(yù)制共計(jì)33 座，單座沉箱長23.92 m、寬15.8 m、高21 m，重量約3 600 （t見圖1）。沉箱總體安裝順序由9 號泊位北端頭開始向10 號泊位方向進(jìn)行。

圖1 欽州港9 號、10 號泊位A3 型沉箱效果圖Fig.1 Effect diagram of A3 type caisson at No.9 and No.10 berths of Qinzhou Port

2 沉箱智能安裝系統(tǒng)組成及控制原理

沉箱智能安裝系統(tǒng)主要由沉箱浮游穩(wěn)定性驗(yàn)算系統(tǒng)、沉箱智能壓水系統(tǒng)、沉箱拖運(yùn)監(jiān)測系統(tǒng)及沉箱智能安裝系統(tǒng)組成，如圖2 所示。

圖2 沉箱智能安裝系統(tǒng)組成與控制原理示意圖Fig.2 Schematic diagram of the composition and control principle of the intelligent installation system for caissons

2.1 沉箱浮游穩(wěn)定性驗(yàn)算系統(tǒng)

沉箱浮游穩(wěn)定性驗(yàn)算系統(tǒng)由沉箱參數(shù)輸入模塊、自動(dòng)計(jì)算模塊及關(guān)鍵參數(shù)輸出模塊3 部分組成。輸入沉箱參數(shù)及施工窗口參數(shù)后，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算輸出沉箱定傾高度、各倉格壓水深度、沉箱穩(wěn)定吃水、沉箱干舷高度，為沉箱壓水提供關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)及預(yù)警值。

2.2 沉箱智能壓水系統(tǒng)

沉箱智能壓水系統(tǒng)由深水電磁閥、投入式液位計(jì)、雙軸傾斜儀、UPS 電源、控制柜及無線控制終端組成。壓水前預(yù)設(shè)倉格液位差警戒線，根據(jù)液位計(jì)及傾斜儀監(jiān)測數(shù)據(jù)智能調(diào)節(jié)電磁閥開關(guān)保證壓水穩(wěn)定；根據(jù)預(yù)設(shè)液位標(biāo)高智能關(guān)閉電磁閥完成沉箱壓水。

2.3 沉箱拖運(yùn)監(jiān)測系統(tǒng)

沉箱拖運(yùn)監(jiān)測系統(tǒng)由投入式液位計(jì)、雙軸傾斜儀、控制柜、UPS 電源、無線控制終端組成，實(shí)現(xiàn)了沉箱姿態(tài)參數(shù)化、可視化，并全過程進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，更全面、更直接地掌握沉箱狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整拖輪拖帶馬力，保證沉箱拖運(yùn)安全可靠。

2.4 沉箱智能安裝系統(tǒng)

沉箱智能安裝系統(tǒng)由深水電磁閥、投入式液位計(jì)、雙軸傾斜儀、電動(dòng)絞車、GNSS 接收器、UPS 電源、無線控制終端組成。根據(jù)液位計(jì)、傾斜儀數(shù)據(jù)調(diào)整電動(dòng)絞車，實(shí)現(xiàn)沉箱姿態(tài)自動(dòng)化調(diào)整，提高沉箱安裝的質(zhì)量，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，可實(shí)現(xiàn)沉箱頂部無人作業(yè)。

3 智能安裝關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新

依據(jù)沉箱智能安裝控制原理開展關(guān)鍵技術(shù)研究，主要攻關(guān)路線如圖3 所示。

圖3 沉箱智能安裝關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)路線圖Fig.3 Key technology roadmap for intelligent installation of caissons

3.1 沉箱浮游穩(wěn)定性自動(dòng)核算技術(shù)

通過SCL 語言[10]編程進(jìn)行沉箱浮游穩(wěn)定性驗(yàn)算，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算流程與表格式驗(yàn)算參數(shù)輸入接口，根據(jù)規(guī)范要求與施工窗口自動(dòng)計(jì)算沉箱浮游穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)，確定干舷高度、定傾高度、倉格水位及穩(wěn)定吃水，為沉箱智能壓水控制提供關(guān)鍵指標(biāo)，如圖4 所示。

圖4 浮游穩(wěn)定性驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)化流程圖Fig.4 Standardized flow chart for checking floating stability

3.2 沉箱壓水高精度監(jiān)測控制技術(shù)

沉箱壓水高精度監(jiān)控技術(shù)主要包括倉格水位高精度監(jiān)控與高精度調(diào)平技術(shù)。

3.2.1 倉格水位高精度監(jiān)控技術(shù)

通過液位計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)測沉箱倉格水位變化情況，根據(jù)自動(dòng)計(jì)算水位數(shù)據(jù)自動(dòng)控制電磁閥，實(shí)現(xiàn)沉箱倉格水位滿足現(xiàn)場施工要求，同時(shí)距自動(dòng)計(jì)算水位50 cm 時(shí)每10 cm 設(shè)置1 次語音提示功能，設(shè)置倉格水位整數(shù)提示功能及相鄰倉格水位高差大于1 m 時(shí)自動(dòng)報(bào)警功能等，保障沉箱倉格水位監(jiān)測達(dá)到厘米級精度。

投入式液位計(jì)采用先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件制作而成[11]，直接投入水體中即可精確測量出水位計(jì)末端到水面的高度，經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性校正，將水位值通過4～20 mA 電流信號對外輸出，安裝使用極為方便，性能指標(biāo)見表1。

表1 投入式液位計(jì)性能指標(biāo)Table 1 Performance indicators of input level gauge

深水電磁閥通過80 cm、DN110 消防軟管與沉箱進(jìn)水口連接，進(jìn)水后外部設(shè)置35 目過濾網(wǎng)，通過可調(diào)節(jié)專用基座固定于沉箱進(jìn)水倉格底板中部位置（圖5）；液位傳感器通過專用固定裝置固定于沉箱倉格的邊角50 cm 處，傳感器均布置于沉箱進(jìn)水倉格，共計(jì)6 個(gè)；電磁閥數(shù)據(jù)線與液位計(jì)導(dǎo)線總長度均為40 m，并與電磁閥吊裝繩索在22 m 處通過自鎖式尼龍?jiān)鷰Ч潭ㄓ诔料淇v隔墻頂部專用穿線固定裝置處；電磁閥與液位計(jì)數(shù)據(jù)接口根據(jù)儀器編號一對一的連接于控制柜；數(shù)據(jù)采集處理控制柜布置于沉箱頂部形心倉格鋼蓋板中心位置；外接220 V 電源為控制柜提供電源。

圖5 沉箱智能壓水裝置連接示意圖Fig.5 Connection diagram of intelligent pressurizedwater device for caissons

3.2.2 沉箱高精度調(diào)平技術(shù)

在沉箱達(dá)到穩(wěn)定吃水處于漂浮狀態(tài)時(shí)，根據(jù)傾角傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)核算倉格壓水高度后，控制相應(yīng)電磁閥開啟進(jìn)行調(diào)平壓水，同時(shí)壓水過程中根據(jù)倉格水位監(jiān)測數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程控制電磁閥關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)沉箱漂浮處于平衡狀態(tài)。傾角傳感器水平布置在沉箱形心倉格頂部，通過雙面泡棉膠帶粘貼于橫隔墻中間位置，數(shù)據(jù)接口根據(jù)傳感器編號一對一地連接于控制柜，如圖6 所示。

圖6 沉箱高精度調(diào)平裝置布置圖Fig.6 Layout of high-precision leveling device for caissons

3.3 沉箱拖運(yùn)姿態(tài)高精度監(jiān)測技術(shù)

沉箱高精度調(diào)平后，通過2 985 kW（4 000 HP）拖輪拽拖沉箱至安裝區(qū)，拽拖過程中通過傾斜儀監(jiān)測沉箱傾斜狀態(tài)，投入式液位計(jì)監(jiān)測倉格內(nèi)水位變化高差情況，通過GPS 監(jiān)測沉箱拖運(yùn)實(shí)時(shí)軌跡，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋?zhàn)畲髢A斜角度、最大水位差及淺點(diǎn)位置等關(guān)鍵信息，拖輪可依據(jù)反饋信息適當(dāng)調(diào)整速度或方向，保障沉箱拖運(yùn)安全。

GNSS 接收器通過專用裝置固定于沉箱前墻兩端（圖7），專用裝置具有調(diào)平、調(diào)高及固定作用，專用裝置以旋轉(zhuǎn)絲扣完成安裝；數(shù)據(jù)采集導(dǎo)線總長度為15 m，數(shù)據(jù)接口根據(jù)儀器編號一對一連接于控制柜的一側(cè)。

圖7 沉箱拖運(yùn)姿態(tài)高精度監(jiān)測裝置布置圖Fig.7 Layout of high-precision monitoring device for caisson towing posture

3.4 坐標(biāo)高精度轉(zhuǎn)換二次開發(fā)技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)WGS84 坐標(biāo)與CGCS2000 坐標(biāo)高精度轉(zhuǎn)換，滿足沉箱智能安裝精度要求。根據(jù)GPS 與BDS 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換理論、施工精度及高精度算法，通過SCL 語言完成坐標(biāo)格式轉(zhuǎn)換，并達(dá)到了毫米級的高精度標(biāo)準(zhǔn)，如圖8、圖9 所示，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)偏差見表2。

圖8 高精度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換流程圖Fig.8 High-precision coordinate conversion flowchart

圖9 高精度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換結(jié)果對比圖Fig.9 Comparison of high-precision coordinate conversion results

3.5 沉箱高精度智能安裝技術(shù)

沉箱安裝的定位方駁提前駐位，拖輪完成沉箱拽拖并通過系泊纜繩停靠于定位方駁后，待滿足現(xiàn)場施工窗口后，遠(yuǎn)程開啟電磁閥進(jìn)行壓水下潛準(zhǔn)備沉箱安裝。無人壓水過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測倉格水位、沉箱傾斜角度及沉箱移動(dòng)位置。待安裝沉箱下潛期間，在相鄰已安裝沉箱頂部安裝沉箱高精度智能安裝設(shè)備。

沉箱高精度智能安裝包括沉箱位置精確調(diào)節(jié)、姿態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測、無人壓水等。首先通過無人壓水使沉箱下潛距基床80 cm 后關(guān)閉電磁閥，其次根據(jù)姿態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)開啟電磁閥精確調(diào)整沉箱漂浮姿態(tài)，確保沉箱平衡且滿足倒坡要求，最后開啟沉箱位置精調(diào)系統(tǒng)，通過電動(dòng)絞車與GPS 實(shí)時(shí)位置信息自動(dòng)完成沉箱高精度定位，根據(jù)安裝精度設(shè)置自動(dòng)報(bào)警提示功能，預(yù)設(shè)沉箱傾角大于1°、前墻位置偏差大于2 cm 時(shí)自動(dòng)報(bào)警，定位滿足要求后開啟沉箱中排倉格電磁閥壓水下潛，沉箱底板距基床20 cm 后關(guān)閉電磁閥，根據(jù)姿態(tài)與位置監(jiān)測數(shù)據(jù)再次精確調(diào)整沉箱，滿足精度要求后，繼續(xù)開啟中排倉格電磁閥壓水使沉箱穩(wěn)坐于基床。

沉箱位置精調(diào)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)絞車、系統(tǒng)電源、沉箱蓋板、絞車控制數(shù)據(jù)線、控制柜、80 cm 縫板及GPS 裝置。按照2 個(gè)直拉、2 個(gè)斜拉方向的布置原則，4 臺(tái)電動(dòng)絞車分別通過螺栓固定于沉箱蓋板上，蓋板固定于已安裝沉箱頂面且緊鄰待安裝沉箱區(qū)域；GPS 通過專用裝置分別固定于沉箱前沿兩端且緊貼倉格倒角位置；電動(dòng)絞車與控制柜分別通過定位方駁提供220 V 電源；絞車控制數(shù)據(jù)線總長度為20 m，數(shù)據(jù)接口按照絞車編號一對一與控制柜連接；縫板固定于已安沉箱與待安沉箱之間，控制沉箱安裝的縫寬。

3.6 水下電磁閥快速拆卸技術(shù)

水下電磁閥通過專用吊安一體裝置固定于沉箱倉格底板，并以DN110 消防水帶與沉箱進(jìn)水孔連接。沉箱進(jìn)水孔內(nèi)端通過改造的消防快速接頭與消防水帶連接，消防水帶兩端均通過鋼帶螺紋式卡箍綁扎方式連接，前端與快速接頭外部的竹節(jié)頭連接，末端與電磁閥外接法蘭的竹節(jié)頭連接。

改造的消防快速接頭分為進(jìn)水口固定接口與消防水帶待拆接口，主要是在常用的內(nèi)扣式消防水帶接口的基礎(chǔ)上，在待拆除的接口外部設(shè)置一內(nèi)徑與接口外徑一致的圓形鋼制卡箍，通過4 個(gè)螺母緊固在待拆接口處，并在右側(cè)螺母末端焊接一U 形卡槽，電磁閥進(jìn)水端法蘭左側(cè)焊接鋼板+絲桿形式的固拆把手，把手穿過U 形卡槽并用螺母擰緊，防止進(jìn)水過程中快速接頭出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致接頭漏水。

水下電磁閥快速拆卸技術(shù)是通過電磁閥進(jìn)水端法蘭左側(cè)焊接一固拆把手，由1 根25 cm 長、4 cm 寬、1.2 cm 厚的鋼板和15 cm 長、?1.6 cm 的絲桿焊接組合而成，通過螺母與快速接頭U 形卡槽連接，壓水時(shí)可防止快速接頭旋轉(zhuǎn)松動(dòng)，起到固定待拆接口的作用；拆除電磁閥時(shí)，通過起吊電磁閥，固拆把手絲桿可帶動(dòng)U 形卡槽使圓形鋼制卡箍逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)90°后即可拆除待拆接口，無需潛水作業(yè)，水下電磁閥快速拆卸過程如圖10 所示。

圖10 水下電磁閥快速拆卸過程示意圖Fig.10 Schematic diagram of rapid disassembly process of underwater solenoid valve

電磁閥專用吊安一體裝置是一種電磁閥安裝拆除一體化的標(biāo)準(zhǔn)化裝置，具有電磁閥固定標(biāo)準(zhǔn)化、電磁閥安裝高度可調(diào)節(jié)、消防水管長度可調(diào)節(jié)、內(nèi)扣旋轉(zhuǎn)快速安裝、防止接口松動(dòng)、水下無人快速拆除等功能。裝置一體化主要是通過電磁閥閥體底部兩端不同功能的2 塊1.2 cm 厚的U 形鋼板螺栓連接而成，電磁閥專用吊安一體裝置如圖11 所示。

圖11 電磁閥專用吊安一體裝置示意圖Fig.11 Schematic diagram of solenoid valve dedicated lifting and installation integrated device

專用裝置主要以深水電磁閥豎向標(biāo)準(zhǔn)化安裝、水平過水、安全穩(wěn)定、可微調(diào)處理為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工與優(yōu)化而成。

安裝模塊主要通過5 號角鋼焊接成2 個(gè)八字形支架，分別布置于電磁閥兩端，2 個(gè)支架底部通過1 m 長角鋼連接，提高支架的整體穩(wěn)定性；四支腿均由2 節(jié)5 號角鋼組成，2 節(jié)長度分別為1.0 m 和0.7 m，搭接0.3 m 處通過2 個(gè)M14 螺栓緊固，2 節(jié)角鋼均設(shè)置2 節(jié)10 cm 長孔槽，可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電磁閥安裝高度；電磁閥閥體通過厚1.2 cm、寬5 cm 的U 形鋼板支撐，鋼板通過螺栓與角鋼支架的頂部連接，U 形鋼板外徑寬度與法蘭盤外徑均為26 cm。

吊裝模塊主要是電磁閥閥體底部設(shè)置U 形鋼板，鋼板兩側(cè)焊接長60 cm、直徑1.6 cm 的絲桿，與線圈頂部的吊裝板螺栓連接，吊裝板中部焊接吊耳，方便電磁閥陸上移動(dòng)、安裝和水下拆除，如圖12 所示。

圖12 水下電磁閥快速拆卸裝置圖Fig.12 Diagram of rapid disassembly device for underwater solenoid valve

3.7 沉箱安裝全過程數(shù)據(jù)庫技術(shù)

全過程數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要包括：理論計(jì)算與現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)反饋與計(jì)算優(yōu)化的大數(shù)據(jù)技術(shù)、施工工序關(guān)鍵控制數(shù)據(jù)的連續(xù)應(yīng)用與綜合反饋技術(shù)、控制平臺(tái)關(guān)鍵數(shù)據(jù)提取展示技術(shù)、安全監(jiān)控云平臺(tái)技術(shù)、控制平臺(tái)數(shù)字孿生可視化技術(shù)、全過程數(shù)據(jù)監(jiān)測預(yù)警存儲(chǔ)技術(shù)等。

安全監(jiān)控云平臺(tái)技術(shù)與全過程數(shù)據(jù)監(jiān)測預(yù)警存儲(chǔ)技術(shù)主要是通過控制柜頂部全回轉(zhuǎn)監(jiān)控畫面與傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)可視化了解現(xiàn)場沉箱壓水、拖運(yùn)及安裝過程中沉箱安全狀態(tài)。安全監(jiān)控云平臺(tái)技術(shù)主要是在控制柜頂部安裝監(jiān)控探頭，通過無線網(wǎng)橋與硬盤錄像機(jī)可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)全方位了解現(xiàn)場狀態(tài)，云平臺(tái)可設(shè)置安全巡查、遠(yuǎn)程語音提示及定點(diǎn)拍照等功能。全過程數(shù)據(jù)監(jiān)測預(yù)警存儲(chǔ)技術(shù)主要是實(shí)現(xiàn)各種傳感器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、關(guān)鍵數(shù)據(jù)預(yù)警、數(shù)據(jù)處理及大數(shù)據(jù)分析等功能。

4 沉箱智能安裝系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 施工工藝流程

沉箱智能安裝系統(tǒng)施工工藝流程為：沉箱智能安裝設(shè)備校核檢驗(yàn)→電磁閥安拆裝置組裝→液位計(jì)安裝→電磁閥安裝→沉箱蓋板安裝→控制柜安裝→監(jiān)控?cái)z像頭安裝→傾斜儀安裝→GPS 安裝→系統(tǒng)組裝→系統(tǒng)調(diào)試→沉箱出運(yùn)智能壓水→沉箱拖運(yùn)智能監(jiān)測→沉箱安裝智能監(jiān)控→系統(tǒng)整體拆除。

4.2 沉箱安裝質(zhì)量

成功應(yīng)用沉箱智能安裝系統(tǒng)安裝沉箱7 座，安裝沉箱臨水面與施工準(zhǔn)線偏差均在3 cm 以內(nèi)，接縫寬度偏差均小于2 cm，均滿足規(guī)范要求[12]，應(yīng)用沉箱智能安裝系統(tǒng)開展沉箱出運(yùn)及沉箱安裝驗(yàn)收數(shù)據(jù)見表3。

表3 應(yīng)用沉箱智能安裝系統(tǒng)安裝沉箱驗(yàn)收數(shù)據(jù)Table 3 Acceptance data for caisson installation by using the caisson intelligent installation system

4.3 工序控制要點(diǎn)

沉箱智能安裝系統(tǒng)施工工序共計(jì)15 項(xiàng)，其工序控制要點(diǎn)見表4。

表4 沉箱智能安裝系統(tǒng)施工工序控制要點(diǎn)Table 4 Key points of construction process control for intelligent installation system of caissons

5 應(yīng)用效果分析

5.1 可操作性分析

大型沉箱智能安裝技術(shù)集智能壓水、拖運(yùn)監(jiān)測及智能安裝于一體，與傳統(tǒng)沉箱安裝技術(shù)相似，但與傳統(tǒng)技術(shù)相比減少了操作工序，無需人工開關(guān)閥門壓水、測量倉格水位、拖運(yùn)最終調(diào)平、安裝前加水下潛及測量定位等。關(guān)鍵數(shù)據(jù)偏差預(yù)警及可視化高精度安裝避免了人工潛水檢查沉箱安裝質(zhì)量，其他工序均減少了現(xiàn)場人工操作的影響，安裝精度與施工質(zhì)量更容易得到保障。且電磁閥安拆可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、沉箱壓水可實(shí)行無人化、智能安裝可實(shí)現(xiàn)信息化、施工精度可做到可視化，工序銜接更靈活，施工操作更方便。

5.2 經(jīng)濟(jì)性分析

大型沉箱智能安裝技術(shù)可確保沉箱安裝一次精度要求，無需抽水起浮再次安裝；合理減少施工工序，提升了施工效率，節(jié)約了船機(jī)設(shè)備使用時(shí)間，有效減少了碳排放；與傳統(tǒng)沉箱安裝相比節(jié)省了現(xiàn)場人力資源投入；全過程數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控，確保了各工序的施工質(zhì)量，有效減少了人為因素造成的返工損失。經(jīng)濟(jì)性綜合分析參數(shù)見表5。

表5 大型沉箱智能安裝技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)Table 5 Technical and economic indicators for intelligent installation of large caissons

5.3 安全性分析

大型沉箱智能安裝技術(shù)有效提高了沉箱壓水精度，強(qiáng)化了拖運(yùn)全過程的安全監(jiān)測，合理縮短了外海作業(yè)時(shí)間，減少了船機(jī)設(shè)備使用時(shí)間，有效減少了沉箱出運(yùn)安裝較大及以上安全風(fēng)險(xiǎn)源；現(xiàn)場施工實(shí)現(xiàn)了作業(yè)少人化、無人化操作，基本解決了外海人員密集作業(yè)、臨邊高空作業(yè)等常態(tài)化重大安全風(fēng)險(xiǎn)難題；沉箱出運(yùn)全過程監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)警反饋標(biāo)準(zhǔn)化流程，科學(xué)避免了因沉箱壓水精度不到位或者浮游穩(wěn)定性差而造成的外海失穩(wěn)傾覆等重大安全風(fēng)險(xiǎn)源；沉箱安裝高精度監(jiān)測控制技術(shù)，提升了沉箱安裝的一次合格率，合理消除了水深流大、周邊炸礁頻繁等惡劣施工環(huán)境下，潛水拆除電磁閥、潛水檢查沉箱安裝質(zhì)量等重大安全風(fēng)險(xiǎn)源。

6 結(jié)語

1） 搭建了大型沉箱浮游穩(wěn)定性驗(yàn)算、壓水監(jiān)控、拖運(yùn)監(jiān)測及智能安裝于一體的可視化監(jiān)控平臺(tái)，采用投入式液位計(jì)、雙軸傾斜儀、GPS、深水電磁閥、建筑信息模型（BIM）、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等全過程實(shí)時(shí)采集、傳輸和展示數(shù)據(jù)，可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)控沉箱出運(yùn)安裝關(guān)鍵數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了沉箱出運(yùn)安裝全流程信息化。

2） 實(shí)現(xiàn)了大型沉箱出運(yùn)安裝外海施工少人化或無人化作業(yè)，采用全過程監(jiān)控系統(tǒng)有效解決了沉箱出運(yùn)無人化難題、減少了沉箱安裝作業(yè)人員，合理取消了部分施工工序，提升了沉箱出運(yùn)安裝綜合效率，降低了部分外海作業(yè)重大安全風(fēng)險(xiǎn)源。

3） 研發(fā)了電磁閥水下無潛水快速拆卸技術(shù)，設(shè)計(jì)了電磁閥安拆一體裝置、快速拆除接頭和進(jìn)水口防松裝置等，解決了電磁閥安裝高度無法調(diào)節(jié)、進(jìn)水口接頭松動(dòng)、無潛水拆卸、進(jìn)水口與電磁閥連接消防水帶不彎曲條件下電磁閥可拆卸等難題。

4） 采用了二次開發(fā)技術(shù)對WGS84 與CGCS2000坐標(biāo)進(jìn)行高精度轉(zhuǎn)換，開發(fā)了GPS 與BDS 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的SCL 語言程序代碼，形成了適用于沉箱安裝的高精度毫米級坐標(biāo)信息，解決了轉(zhuǎn)換程序保密及轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)不連續(xù)等難題。

5） 解決了沉箱出運(yùn)安裝數(shù)據(jù)全過程采集、存儲(chǔ)、分析、傳輸、預(yù)警、反饋、處理的及時(shí)性與精確性問題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸、預(yù)警、反饋、處理自動(dòng)化，具有及時(shí)消除安全隱患、降低安全事故概率、提升了沉箱出運(yùn)安裝風(fēng)險(xiǎn)管控能力，同時(shí)具有溯源監(jiān)管功能，起到了全面檢查和指導(dǎo)的作用。