耙吸船施工效率影响因子的分析及最佳参数的选定

郑金龙，沈伟平，韩政，朱时茂

（中港疏浚有限公司，上海 200136）

耙吸船施工效率影响因子的分析及最佳参数的选定

郑金龙，沈伟平，韩政，朱时茂

（中港疏浚有限公司，上海 200136）

随着现代科技的发展，疏浚企业精细化管理与数据性指导施工已成为迫切需求。结合多年在疏浚技术领域的工作经验，对影响耙吸船施工效率的因素进行分析，提出了最佳施工参数的选定过程与工具，在具体工程应用实践中，有效提高了船舶施工效率。

耙吸挖泥船；最佳参数；参数寻优

0 引言

随着计算机、传感器、物联网、自动化控制、GPS定位、网络信息等技术的发展和在耙吸船上的广泛应用，大大提高了耙吸船的安全性、自动化及智能化水平。疏浚行业虽是传统行业，但疏浚技术是一门综合性学科，涉及到水文、水力学、机械、土力学、气象、工程地质等学科知识，到目前为止国内始终没有形成一套成熟的关于确定耙吸船最佳施工参数的理论或方法。常此以往，耙吸船的施工效率和经济效益的提升会受到严重的制约。

1 耙吸船施工效率影响因子的分析

疏浚施工发展至今，已有数百年的历史，其理论研究已经较为成熟和系统。结合现今的疏浚装备，公认对耙吸船施工效率影响较大的、可人为进行调整的施工参数即影响因子有船舶航速、泥泵转速、高压冲水压力（或流量）和波浪补偿器压力。所以在对耙吸船疏浚施工进行参数寻优时，主要考虑这4个参数[1-3]。

2 最佳寻优参数的确立

2.1 最佳参数的寻优流程

主要有以下5个步骤：

1）搜集工程的原始资料，边界条件；

2）结合耙吸船本身的设备情况制定参数测试大纲；

3）测试人员赴现场进行测试；

4）将测试结果数据通过科学方法进行统计分析，得出最优参数；

5）将结果反馈至船舶，跟踪施工情况，并与之前施工效率进行比对。

耙吸挖泥船工艺参数寻优流程如图1所示。

图1 耙吸挖泥船工艺参数寻优流程Fig.1 The flow charts of TSHD parameter optimization

2.2 常用寻优测试与数据分析方法

1）多因素敏感性分析法

将n个影响疏浚施工效率的关键参数（因子），每个选取n个变量，进行正交方阵排列组合[4]，测试每一组的施工效率，并进行敏感性分析比较，从而确定最佳参数组合。该方法的特点是关键参数建模简单，测试时间短，适用于一些工期较短，要求能够尽早确定关键施工参数的工程。

以某疏浚工程为例，选取船舶航速、波浪补偿器压力和高压冲水泵转速作为试验因子，分别设定代码为A、B、C。根据试验要求，在保证挖泥区域、航行条件、风浪状况等因素接近的情况下，进行多因素敏感性建模（表1）。

表1 耙吸船关键因子测试结果Table 1 Test results on impact factor of TSHD

然后将各个组别的试验结果采用数理统计的方法，分别求和、计算平均值和极差，统计出最佳施工工艺组合及最敏感因素，如表2所示。

表2 耙吸船关键因子测试结果分析表Table 2 Results analysis on impact factor of TSHD

从试验数据可知：第2组试验结果最佳，进舱密度最大，为1.26 t/m3，与之对应的因子为2 kn的船舶航速、2.8 MPa的波浪补偿器压力和1 100 r/min的高压冲水泵转速。而通过进一步的数据处理，得到KA1、KB2、KC3分别在各自因子组别中数值最大，与之对应的挖泥施工工艺为2 kn的挖泥航速、2.8 MPa的波浪补偿器压力和1 200 r/min的高压冲水泵转速。与此同时，极差越大，说明该因子的水平改变时对试验指标的影响越大。极差最大的那一列，就是那个因子的改变时对试验指标的影响最大，那个因素就是要考虑的主要因素。通过分析可以得出：各因素对试验指标（进舱泥浆密度）的影响按大小次序应当是C（高压冲水泵转速）＞A（挖泥航速）＞B（波浪补偿器压力）；最好的方案应当是C3A1B2，即2 kn的挖泥航速、2.8 MPa的波浪补偿器压力和1 200 r/min的高压冲水泵转速。

2）大数据分析法

通过将船舶一个阶段内的所有进舱密度进行分析，统计高密度区域主要集中在哪些时间段，这些时间段的施工参数是怎么组合的，并且分析这些施工参数的变化趋势，从而确定最佳施工工艺参数。这种方法适用于工程工期较长，具有大量施工数据，对最佳施工工艺参数确定没有很高的时间要求的工程。

3 实际工程应用及效果验证

2015年5月对洋山航道疏浚工程进行施工效率测试，主要对耙吸船“航浚4003”轮的船舶航速、波浪补偿器压力、泥泵转速等关键参数进行测试，选取最佳组合。船舶从5月14日开始正式采用要求的最佳参数清单施工。

施工效率比对采取的方法是：在施工工艺改进前后各随机抽取8 d时间，从这8 d中每天再随机抽取一船，统计其放耙开始1 h内的土方量和平均进舱密度，分析其施工效率变化情况（表3）。

表3 工艺改进前后施工效率统计Table 3 The efficiency before and after construction improvement

从表3比对中分析出，“航浚4003”轮平均进舱密度提高了约1.7%，平均每小时进舱方量提高约8.8%。施工效率提升5%以上。

用上述同样方法对南通港吕四港区航道疏浚工程中的耙吸船“神华浚2”轮进行施工效率测试，测试结果如表3。

从表3比对中分析出，平均进舱密度提高了约2.5%，平均每小时进舱土方量提高约10.9%。施工效率提升10%以上。

4 结语

综上分析结果可以看出，采用科学的施工效率测试方法，统计分析出理论最佳施工参数组合，可以最大限度地改进施工工艺，改变以前施工参数的选取主要依靠人员的经验和缺乏对大规模施工数据的整理、挖掘与分析的现状，有效提高船舶施工效率，为企业创造更大的经济效益。

[1]JTJ 319—1999，疏浚工程技术规范[S]. JTJ 319—1999,The technical code of dredging engineering[S].

[2]JTS 207—2012，疏浚与吹填工程施工规范[S]. JTS 207—2012,Construction code for dredging and reclamation works[S].

[3]朱时茂，郭素明.长江南京以下12.5 m深水航道一期疏浚施工中的难点与对策[J].水运工程，2016（4）：7-12. ZHU Shi-mao，GUO Su-ming.Construction difficulties and countermeasures of dredging project in the first phase of 12.5 m deepwater channel of the Yangtze River below Nanjing city[J].Port& Waterway Engineering,2016(4):7-12.

[4]吴科亮，丁春林.基于正交试验法的边坡稳定因素敏感性分析[J].华东交通大学学报，2016（2）：114-120. WU Ke-liang,DING Chun-lin.Sensitivityanalysison slopestability factor based on orthogonal test[J].Journal of EastChina Jiaotong University,2016(2):114-120.

Analysis of impact factor on construction efficiency of TSHD and the selection of optimum parameter

ZHENG Jin-long,SHEN Wei-ping,HAN Zheng,ZHU Shi-mao
（CHEC Dredging Co.,Ltd.,Shanghai 200136,China）

With the development of modern technology,the fine management and data to guide construction have become the urgent need for the dredging enterprises.Based on many years work experiences in the field of dredging technology,we analyzed the factors that influence efficiency of trailing suction vessel construction,and put forward the selected process and tools of the optimum construction parameters,which has effectively improved the ship construction efficiency in practical engineering application.

trailing suction hopper dredger；optimum parameter；parameter optimization

U616

A

2095-7874（2016）12-0054-03

10.7640/zggwjs201612011

2016-08-03

郑金龙（1963— ），男，浙江台州人，高级工程师，技术部经理，主要从事船舶设备与港口航道工程技术管理工作。E-mail：zss@checd.com