海洋結構物牽引裝船和模擬系統功能需求研究

趙乃東

(海洋石油工程股份有限公司安裝公司，天津 300452)

0 引言

海洋結構物的牽引裝船，是指通過牽引工具(比如:拉力千斤頂，拖拉絞車等)及配套系統，把海洋結構物從建造場地，沿著滑道，向駁船上轉移的工作。牽引裝船，是海洋石油平臺施工的一項重要的工作。建立一套牽引裝船模擬仿真軟件系統，可以驗證裝船方案的安全可行性，可以在電腦上進行牽引裝船工作的實操工作的演習，同時也可用于對技術和操作人員進行培訓。模擬仿真軟件系統內核，最大程度地模擬牽引裝船的實際工作，支持多人在多臺電腦上聯機，互相配合，一起完成結構物裝船工作的演練。本文以2臺75 t拖拉絞車系統為例，對各個系統的構成與數據相互傳送的關系進行分析，提出模擬系統功能需求。

1 結構物裝船工作流程

清理駁船甲板:按照設計圖紙，對駁船上滑道擺放區域和焊接固定區域進行清理。

滑道處理:接長陸地滑道至碼頭前沿，擺放駁船上滑道，并焊接固定。

設備、工具和器械安置:在駁船上焊接主拖拉點，并焊接固定，在陸地上擺放2臺75 t拖拉絞車及配套系統，在碼頭前擺放4臺10 t系泊絞車及配套系統。在滑道上設置止拖點，避免拖拉超過設計位置。

駁船就位:在拖輪的協助下，駁船在陸地滑道前就位，使駁船滑道與陸地滑道基本對齊。拴緊靠駁用尼龍纜至碼頭帶纜樁。

設置拖拉系統:用拖拉卡環把主拖拉點和800 t滑輪組連接在一起。從拖拉絞車的滾筒上拽出鋼絲繩，在滑輪組間來回穿引，完成后，用錨卡子扣死。利用小卷揚機把滑輪組牽向導管架滑靴上的拖拉點，用卡環連接，完成拖拉系統的連接。

設置系泊系統:從系泊絞車的滾筒上拽出纜繩，掛到駁船左右舷的帶纜樁上。

設置監測系統:在駁船四個角，左右對稱選定四個點，安置四個標尺，在陸地滑道外側設置觀測點，為防止視覺障礙干擾，設置兩個，用于觀測駁船橫傾和縱傾狀態。在碼頭邊，安裝驗潮標尺，隨時測量水面高度，驗證潮汐。在結構物下的滑靴上，畫好刻度線，用來跟蹤結構位置。

設置調載系統:駁船自帶調載系統，額外需要布置的是一名調載工程師和電腦及調載計算軟件，以根據潮汐，進行即時的調載計算，修正原設計的調載計算。

安裝輔助千斤頂:在組塊滑靴后側，各安裝1臺200 t千斤頂，用于克服牽引啟動摩擦力。

牽引裝船:駁船調載，使駁船上滑道與陸地滑道高度大致齊平。調整系泊纜，使陸地滑道與駁船上滑道對齊，系泊絞車剎死。收緊拖拉絞車，根據計算，拖拉絞車帶50%的牽引力。助推千斤頂加力，結構物啟動。持續牽引至碼頭前。持續調載，保持駁船上滑道和陸地滑道齊平。根據調載計算報告，結合實際潮汐和觀測到的船舶狀態，進行調載與牽引相結合的操作，完成導管架重心，由陸地向駁船上轉移，直至結構物牽引到位。結構牽引裝船工作完成。

2 模擬系統名詞定義

模擬系統:整個軟件系統，稱為模擬系統，全系統完全通過鍵盤輸入、視覺觀看和頭腦分析構成，沒有語音交流。模擬系統交互關系圖見圖1。

系統:模擬系統的各個分支系統，包括系泊系統、拖拉系統、監測系統、調載系統、指揮系統和通信系統。

模型:各種船舶、設備、器械和工具的3D數據模型。

平臺:啟動軟件后，某系統在電腦上的工作窗口。

輸入框:平臺上的數據的輸入框，通過鍵盤輸入，通過輸出按鈕送出，人為更新。數據輸出時，有語音提示。

接收框:平臺上的數據接收框，顯示接收到的數據，即時更新。當數據更新時，有語音提示。

功能按鈕:可以進行某一功能的操作，比如啟動按鈕、停止按鈕和提升拉力按鈕等。

數據輸出按鈕:進行數據輸出的按鈕。

信息按鈕:進行信息交換的按鈕，關聯的兩個平臺上，同時響應，并伴有語音提示。

對話廣播框:用于作業復雜情況和緊急時的溝通，每個操作平臺都配備此項，后面不再贅述。通過對話廣播框，可以自由打字，自由觀看，類似于群聊天室的功能。除對話廣播框以外，各個平臺只能與指揮系統進行數據交換和信息交換。

3 模擬系統功能需求

3．1 數據庫

建立數據庫，主要包括:海陸數據，風、流、浪、潮汐、運輸駁船、運輸拖輪、導管架、系泊絞車系統設備、拖拉系統設備、滑道、監測系統設備、駁船調載系統等的基礎數據模型。

3．2 滑道布置

主拖拉點、陸地滑道和駁船上滑道的布置，通過獨立的3D動畫效果來實現。

3．3 輔助千斤頂布置

輔助千斤頂的布置，通過獨立的3D動畫效果來實現。

3．4 通信系統

通信系統，在實際作業中表現為:人員通過對講機對話，互相交換信息。在模擬系統中，通信系統是模擬系統中的虛擬系統，不必真實模擬出來，它反映的是數據輸出和信息響應。

圖1 模擬系統交互關系圖

3．5 系泊系統

四臺系泊絞車及系泊纜的布置，通過獨立的3D動畫效果來實現。分配給系泊系統四個相同的平臺，也就是四臺電腦由四名人員各自負責。平臺上顯示與系泊絞車連接的系泊纜的動態拉力數據、提升拉力按鈕、降低拉力按鈕和安全拉力數據警示標識、數據輸入框、數據輸出按鈕和數據接收框。軟件設置拉力數據超過警示標識數據為紅色。當某一系泊纜的拉力數據顯示為紅色，人員填寫數據輸入框，并按下數據輸出按鈕，把數據發送給指揮系統，等待指揮系統把目標數據返回到數據接收框，進行降低拉力操作。在數據輸入和輸出時，平臺有語音提示。

3．6 拖拉系統

拖拉絞車、滾筒、動力站、拖拉索具的布置，通過獨立的3D動畫效果來實現。分配給拖拉系統兩個相同的平臺，由兩名人員分別負責。操作平臺上顯示拖拉力動態數據、絞車啟動按鈕、絞車停止按鈕和信息按鈕。當指揮系統命令啟動或者停止時，信息按鈕響應，人員進行啟動或者停止操作。信息按鈕響應時，伴有語音提示。

3．7 監測系統

驗潮標尺、水平儀和滑靴刻度線的布置，通過獨立的3D動畫效果來實現。分配給監測系統三個不同的平臺，由三名人員分別負責。驗潮標尺平臺上顯示潮水高度數據輸入框，數據輸出按鈕和信息按鈕。當指揮系統命令驗潮時，信息按鈕響應，填寫潮水高度數據，并按數據輸出按鈕，傳給指揮系統。因無法量取實際的水深，應預先按照潮汐表，繪制潮水高度曲線圖，按照曲線圖的數據填寫數據。水平儀平臺上顯示駁船上四個目標點的高度數據，數據無法采集，模擬系統中，從指揮系統的數據庫中調用，來源于船舶狀態。如果數據超過允許狀態數值，通過對話廣播框，發送給其他平臺。滑靴刻度線平臺上顯示結構物與駁船縱向相對位置的數據輸入框、數據輸出按鈕和信息按鈕，當結構物牽引到某一設計位置，按信息按鈕，填寫數據輸入框，并發送給指揮系統。作業的實際數據無法采集，模擬系統中，從指揮系統的數據庫中調用，來源于結構物狀態。

3．8 調載系統

調載計算機、調載泵和艙位儀表的布置，通過獨立的3D動畫效果來實現。分配給調載系統兩個不同平臺，由兩名人員分別負責。調載計算機平臺內置計算軟件，滑靴刻度線數據接收框、目標艙位數據輸入框和數據輸出按鈕。根據由指揮系統轉傳過來的滑靴刻度線數據進行計算，確認目標艙位數據。通過目標艙位數據框和數據輸出按鈕發送給指揮系統，再通過指揮系統轉傳給調載泵和艙位儀表平臺。

調載泵和艙位儀表平臺上顯示各艙的即時艙位信息、調載泵的目標艙位數據的幾個接收框、幾個注水操作按鈕、幾個排水按鈕、幾個停止按鈕和信息按鈕。在得到新的目標艙位數據后，進行注水或者排水操作，完成調載作業后，按停止操作按鈕和信息按鈕，把調載完成的信息反饋給指揮系統。

3．9 指揮系統

在實際作業中，指揮系統就是牽引裝船作業的總負責人。作為滑移裝船功能需求模擬系統的中樞系統，對系泊系統、拖拉系統、監測系統和調載系統，進行一點對多點的數據交換和信息交換。因為指揮系統有些龐雜，針對四個系統，設置四個平臺，即系泊系統指揮平臺、拖拉系統指揮平臺、監測系統指揮平臺和調載系統指揮平臺，由四名人員分別負責。為了保證作業的安全有效，這四名人員可以在平常狀態下，通過對話框進行溝通和討論，并設置密碼，其他平臺人員不可見。另外，分配給指揮系統一個數據庫，供模擬系統存儲數據和調取。

指揮系統具有三大功能:

1)儲存著模擬系統所有的數據，包括環境數據、船舶、設備、機械和工具等的靜態和動態數據;

2)可以和各個系統進行數據交換，對各個系統的平臺進行信息發送和響應;

3)因為各平臺不能直接進行聯系，指揮系統具有轉傳數據的功能。

4 結語

公司正在研究該模擬系統軟件，不可能在一次設計中得到成功。相信軟件在多次的調試后，盡可能地與實際相結合，并逐步豐富和完善內容，最終會取得完美的效果。