摘要：海上大型結(jié)構(gòu)物的裝卸與安裝技術(shù)是海洋工程中的重要環(huán)節(jié)，然而，海上工程環(huán)境復(fù)雜、作業(yè)難度大以及安全性要求高，現(xiàn)有的裝卸安裝技術(shù)但仍存在諸多問題和挑戰(zhàn)。針對(duì)這一缺陷，研究引入了一種新的智能測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)控制，以提升裝卸過程的安全性和效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：傳統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)在駁船浮態(tài)控制中橫縱傾角產(chǎn)生的平均壓載艙水位分別為1.34和0.92，駁船高度差平均值為1.19。而智能測(cè)控系統(tǒng)下駁船橫縱傾角產(chǎn)生的平均壓載艙水位降至1.08和0.81，駁船高度差平均值降至0.98。研究設(shè)計(jì)的智能測(cè)控系統(tǒng)明顯改善了駁船的浮態(tài)穩(wěn)定性，提高了駁船在裝卸過程中的穩(wěn)定性，對(duì)于提高海上大型結(jié)構(gòu)物裝卸過程的安全性和效率具有實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：大型結(jié)構(gòu)物駁船浮態(tài)控制智能測(cè)控系統(tǒng)裝卸技術(shù)裝卸調(diào)載

中圖分類號(hào)：TE95

Loading，UnloadingandInstallationTechnologiesforLargeOffshoreStructures

ZHANGFan

（ShanghaiZhenhuaHeavyIndustryCo.，Ltd.，Shanghai，200125China）

Abstract：Theloading，unloadingandinstallationtechnologyoflargeoffshorestructuresisanimportantpartofmarineengineering.However，duetothecomplexenvironment，highoperationaldifficultyandhighsafetyrequirementsofoffshore engineering，therearestillmanyproblemsandchallengesintheexistingloading，unloadingandinstallationtechnology.Inresponsetothisdeficiency，thisstudyintroducesanewintelligentmeasurementandcontrolsystemforparametercontrol，soastoimprovethesafetyandefficiencyoftheloadingandunloadingprocess.Experimentalresultsshowthattheaveragewaterlevelofballasttanksgeneratedbytransverseandlongitudinalinclinationanglesinthefloatingcontrolofthebargeinthetraditionalmeasurementandcontrolsystemis1.34and0.92，respectively，andtheaverageheightdifferenceofthebargeis1.19，andthatintheintelligentmeasurementandcontrolsystem，theaveragewaterlevelofballasttanksgeneratedbythetransverseandlongitudinalinclinationanglesofthebargeisreducedto1.08and0.81，andtheaverageheightdifferenceofthebargeisreducedto0.98.Theintelligentmeasurementandcontrolsystemdesignedinthisstudyhassignificantlyimprovedthefloatingstabilityofbargesandenhancedthestabilityofbargesduringloadingandunloading，whichisofpracticalsignificanceforimprovingthesafetyandefficiencyoftheloadingandunloadingprocessoflargeoffshorestructures.

KeyWords：Largestructure;Floatingcontrolofbarges;Intelligentmeasurementandcontrolsystem;Loadingandunloadingtechnology;Loadingandunloadingadjustment

在全球化和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展中，海上大型結(jié)構(gòu)物的裝卸與安裝工程對(duì)海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要作用[1-2]。然而，海洋環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性導(dǎo)致了作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，大型結(jié)構(gòu)物自身的重量和尺寸對(duì)裝卸與安裝設(shè)備和技術(shù)需要更高的要求[3]。此外，由于海上作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，成本高，提高裝卸與安裝效率、降低成本成為目前的一大挑戰(zhàn)[4]?，F(xiàn)有研究大多集中在提高設(shè)備性能和提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性等方面，往往忽視了系統(tǒng)性和全局性[5]。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究提出了海上大型結(jié)構(gòu)物的裝卸與安裝技術(shù)研究，旨在通過全局和系統(tǒng)的視角來探索和解決海上大型結(jié)構(gòu)物裝卸與安裝的問題，以提高裝卸與安裝效率。研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于引入了系統(tǒng)工程，以整體、全局和長(zhǎng)遠(yuǎn)為導(dǎo)向的，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的整體性和協(xié)調(diào)性，幫助人們更好地理解和解決海上大型結(jié)構(gòu)物裝卸與安裝的問題。

1海上大型結(jié)構(gòu)物的裝卸與調(diào)載技術(shù)研究

1.1海上大型結(jié)構(gòu)物的裝卸原理與過程研究

海上大型結(jié)構(gòu)物裝卸與調(diào)載涉及了結(jié)構(gòu)物特性、海洋環(huán)境和裝卸設(shè)備、系統(tǒng)性能等科學(xué)原理[6]。裝卸過程包括預(yù)規(guī)劃、現(xiàn)場(chǎng)布置、設(shè)備選擇使用以及后續(xù)監(jiān)控評(píng)估。對(duì)于大型結(jié)構(gòu)物裝船示意圖如圖1所示。

大型結(jié)構(gòu)物裝船過程需要穩(wěn)定強(qiáng)大的牽引力，但船舶在滑移裝載的過程中，會(huì)因結(jié)構(gòu)物的重量不均、潮汐的變化使得船舶不穩(wěn)定[7]。因此，需對(duì)船舶在各種裝卸情況下的穩(wěn)定性進(jìn)行校驗(yàn)，其計(jì)算公式如式（1）所示。

式（1）中：表示穩(wěn)性衡準(zhǔn)系數(shù)；表示最小傾覆力矩，即船舶在最危險(xiǎn)情況下能抵抗外力矩的極限能力；表示風(fēng)壓傾斜力矩。船舶裝卸任務(wù)中穩(wěn)定性關(guān)鍵，并檢驗(yàn)不同情況下的穩(wěn)定性水平。

1.2海上大型結(jié)構(gòu)物的裝卸測(cè)控系統(tǒng)研究

海上大型結(jié)構(gòu)裝卸測(cè)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控并精確調(diào)控裝卸設(shè)備，確保結(jié)構(gòu)物平穩(wěn)、準(zhǔn)確地從碼頭移至船舶[8]。其對(duì)于海上大型結(jié)構(gòu)物的裝卸智能測(cè)控系統(tǒng)如圖2所示。

海上大型結(jié)構(gòu)物裝卸智能測(cè)控系統(tǒng)可以在裝卸過程中，通過對(duì)船舶的傾斜角度對(duì)船舶初穩(wěn)性進(jìn)行計(jì)算。穩(wěn)性力矩可以使船舶恢復(fù)到平衡位置的復(fù)原力矩，其計(jì)算公式如下。

式（2）中：表示船舶靜穩(wěn)性力臂；表示初穩(wěn)性高。船舶穩(wěn)定性力矩的計(jì)算是船舶設(shè)計(jì)和操作中的重要環(huán)節(jié)，以清晰得出力對(duì)物體旋轉(zhuǎn)影響的物理量。

2海上大型結(jié)構(gòu)物裝卸測(cè)控系統(tǒng)性能分析

為驗(yàn)證海上大型結(jié)構(gòu)物裝卸測(cè)控系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性和可靠性，設(shè)定統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)配置包括SIEMENSS120高精度傳感器、英特爾Corei7-9700K處理器和ABBACS800執(zhí)行器。以及MATLABR2020b進(jìn)行核心計(jì)算分析，Python3.7與TensorFlow2.2實(shí)施數(shù)據(jù)處理。傳統(tǒng)測(cè)控方法與智能測(cè)控方法下駁船浮態(tài)情況對(duì)比如圖3所示。

圖3（a）中，在傳統(tǒng)測(cè)控下，橫縱傾角的平均壓載艙水位分別為1.34m和0.92m，高度差平均值為1.19m。圖3（b）中，智能測(cè)控下，橫傾角水位降至1.08m，縱傾角水位降至0.81m，高度差減至0.98m，表明了智能系統(tǒng)有較強(qiáng)穩(wěn)定性。其中，有無壓載水下滑移大型結(jié)構(gòu)物裝卸調(diào)載結(jié)果如表1所示。

由表1可知，有壓載時(shí)橫縱傾角穩(wěn)定在0.000℃，而無壓載時(shí)橫傾角和縱傾角分別從-0.364℃和-0.313℃降低至-1.073℃和-0.985℃，高度差由0.013m增至0.051m。對(duì)比無壓載時(shí)的-0.254m至-1.386m的下降，表明了壓載顯著影響裝卸穩(wěn)定性。

3結(jié)論

全球化與現(xiàn)代化推動(dòng)了海上大型結(jié)構(gòu)物裝卸技術(shù)的發(fā)展，需應(yīng)對(duì)其環(huán)境的復(fù)雜性與作業(yè)難度。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，探討對(duì)海上大型結(jié)構(gòu)物的裝卸與安裝技術(shù)的研究。結(jié)果表明：相較于傳統(tǒng)系統(tǒng)，智能系統(tǒng)能有效降低駁船浮態(tài)差異，分別將橫傾角、縱傾角和高度差的平均值從1.34、0.92、1.19降至1.08、0.81、0.98。驗(yàn)證了智能測(cè)控系統(tǒng)控制浮態(tài)的優(yōu)越性。然而，目前研究尚未深入分析壓載水量對(duì)穩(wěn)定性的具體影響。后續(xù)研究將對(duì)智能測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，以增強(qiáng)海上大型結(jié)構(gòu)物裝卸操作的穩(wěn)定性與效率。

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