海上大型結構物的裝卸與安裝技術研究

摘要：海上大型結構物的裝卸與安裝技術是海洋工程中的重要環節，然而，海上工程環境復雜、作業難度大以及安全性要求高，現有的裝卸安裝技術但仍存在諸多問題和挑戰。針對這一缺陷，研究引入了一種新的智能測控系統進行參數控制，以提升裝卸過程的安全性和效率。實驗結果表明：傳統測控系統在駁船浮態控制中橫縱傾角產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。而智能測控系統下駁船橫縱傾角產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。研究設計的智能測控系統明顯改善了駁船的浮態穩定性，提高了駁船在裝卸過程中的穩定性，對于提高海上大型結構物裝卸過程的安全性和效率具有實際意義。

關鍵詞：大型結構物駁船浮態控制智能測控系統裝卸技術裝卸調載

中圖分類號：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

在全球化和經濟的迅速發展中，海上大型結構物的裝卸與安裝工程對海洋經濟的發展具有重要作用[1-2]。然而，海洋環境的復雜性和不確定性導致了作業環境的復雜性和危險性，大型結構物自身的重量和尺寸對裝卸與安裝設備和技術需要更高的要求[3]。此外，由于海上作業時間長，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[4]。現有研究大多集中在提高設備性能和提高預測準確性等方面，往往忽視了系統性和全局性[5]。針對這一挑戰，研究提出了海上大型結構物的裝卸與安裝技術研究，旨在通過全局和系統的視角來探索和解決海上大型結構物裝卸與安裝的問題，以提高裝卸與安裝效率。研究的創新點在于引入了系統工程，以整體、全局和長遠為導向的，強調系統的整體性和協調性，幫助人們更好地理解和解決海上大型結構物裝卸與安裝的問題。

1海上大型結構物的裝卸與調載技術研究

1.1海上大型結構物的裝卸原理與過程研究

海上大型結構物裝卸與調載涉及了結構物特性、海洋環境和裝卸設備、系統性能等科學原理[6]。裝卸過程包括預規劃、現場布置、設備選擇使用以及后續監控評估。對于大型結構物裝船示意圖如圖1所示。

大型結構物裝船過程需要穩定強大的牽引力，但船舶在滑移裝載的過程中，會因結構物的重量不均、潮汐的變化使得船舶不穩定[7]。因此，需對船舶在各種裝卸情況下的穩定性進行校驗，其計算公式如式（1）所示。

式（1）中：表示穩性衡準系數；表示最小傾覆力矩，即船舶在最危險情況下能抵抗外力矩的極限能力；表示風壓傾斜力矩。船舶裝卸任務中穩定性關鍵，并檢驗不同情況下的穩定性水平。

1.2海上大型結構物的裝卸測控系統研究

海上大型結構裝卸測控系統實時監控并精確調控裝卸設備，確保結構物平穩、準確地從碼頭移至船舶[8]。其對于海上大型結構物的裝卸智能測控系統如圖2所示。

海上大型結構物裝卸智能測控系統可以在裝卸過程中，通過對船舶的傾斜角度對船舶初穩性進行計算。穩性力矩可以使船舶恢復到平衡位置的復原力矩，其計算公式如下。

式（2）中：表示船舶靜穩性力臂；表示初穩性高。船舶穩定性力矩的計算是船舶設計和操作中的重要環節，以清晰得出力對物體旋轉影響的物理量。

2海上大型結構物裝卸測控系統性能分析

為驗證海上大型結構物裝卸測控系統性能的穩定性和可靠性，設定統一的實驗環境。實驗配置包括SIEMENSS120高精度傳感器、英特爾Corei7-9700K處理器和ABBACS800執行器。以及MATLABR2020b進行核心計算分析，Python3.7與TensorFlow2.2實施數據處理。傳統測控方法與智能測控方法下駁船浮態情況對比如圖3所示。

圖3（a）中，在傳統測控下，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，表明了智能系統有較強穩定性。其中，有無壓載水下滑移大型結構物裝卸調載結果如表1所示。

由表1可知，有壓載時橫縱傾角穩定在0.000℃，而無壓載時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。對比無壓載時的-0.254m至-1.386m的下降，表明了壓載顯著影響裝卸穩定性。

3結論

全球化與現代化推動了海上大型結構物裝卸技術的發展，需應對其環境的復雜性與作業難度。針對這一挑戰，探討對海上大型結構物的裝卸與安裝技術的研究。結果表明：相較于傳統系統，智能系統能有效降低駁船浮態差異，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。驗證了智能測控系統控制浮態的優越性。然而，目前研究尚未深入分析壓載水量對穩定性的具體影響。后續研究將對智能測控系統進行進一步優化，以增強海上大型結構物裝卸操作的穩定性與效率。

參考文獻

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