海洋结构物组块吊装和模拟系统功能需求研究

2018-03-22赵乃东魏佳广

山西建筑 2018年31期

赵乃东魏佳广

(海洋石油工程股份有限公司安装公司，天津 300461)

1 概述

海洋结构物通常包括下部导管架和组块，以及后续吊装的钻机模块、生活楼等模块。这里要讨论的仅是组块的吊装。在吊装组块工作开始之前，各部分工作的状态如下：下部导管架及附属钢桩已经安装完成；钢桩顶或者导管架顶部的水平度已经处理，达到吊装条件；吊装索具已经被安装到组块上；组块已经被装载在运输驳船上，并在拖轮的拖带下，到达施工现场附近；主作业船到达施工现场，装备必要的机具、设备、材料和人员。组块吊装是指利用主作业船吊机、吊装索具从驳船上起吊组块，通过旋转扒杆、变幅、起/放钩，以及绞锚移船等操作，把组块安放到导管架/钢桩上的工作。组块吊装，对于海洋石油平台安装非常重要，在整个工作中占有重要的一环。因为海上的气象、海况条件之恶劣，非陆地可比，所以组块吊装工作的风险性也特别高。整个组块吊装流程比较复杂，需要各个单位密切配合，需要所有参加人员都对自己的工作和责任熟悉精通。可以建立一套仿真模拟系统，尽可能地在办公室环境中，模拟出真实的现场施工场景。这样，可以对未来的组块吊装工作进行练习、演习，以验证安装设计方案的可行性。同时，也可以对新来员工，对技术和操作人员进行培训，使其尽快了解组块吊装这项工作。本文以某项目约3 000 t的组块为例，选用5 000 t级别以上主作业船，描述组块的吊装流程，分析各个单位、系统间的相互关系，提出模拟系统功能需求，为以后的仿真试验室做准备。

2 组块吊装工作流程

主作业船抛锚就位：按照设计图纸，主作业船在海上就位，与导管架平台有一定安全距离，其方向角要考虑风、浪、流的影响。作业船海上施工时通常抛8根工作锚、长度约为1 600 m，抛锚长度满足船舶就位锚泊要求。

组块运输驳船靠驳就位:主作业船通过绞锚，使其距离导管架平台有一定距离，约400 m～500 m，组块运输驳船通过2条拖轮吊拖配合，使其缓慢由主作业船船头侧驶入，运输驳船舷侧靠主作业船头，完成两船间的带缆。

组块挂扣:通过变幅，旋转主作业船扒杆，使浮吊钩头与组块重心基本保持一致，挂扣过程中应该注意根据配扣图纸将每根索具挂在相应的钩齿上，并拴系控制缆。

固定切除:在切除固定筋板时，一定要保证筋板完全切除，以保证结构物与建造时的滑靴或者垫墩完全分离。

组块起吊:主作业船开始起吊，在起吊过程中，主作业船主钩的起吊力一定要慢慢上升，一般先上升到100 t，进行索具的受力情况核查，如果索具受力均匀，一切正常，然后再慢慢地加力，每加力50 t，进行观察，一边观察，一边加力，直到组块脱离驳船。

组块运输驳船离驳:组块吊起一定高度后，检查驳船结构与组块间的安全距离，需满足驳船撤离条件。主作业船施工总监下达运输驳船离开指令，解开主作业船和运输驳船之间的缆绳，两条拖轮协助运输驳船安全撤离至指定区域。

组块海上吊装:1)主作业船通过绞锚移船方式，缓慢向导管架方向靠近，并保持监控主作业船、上部组块、导管架的状态；2)主作业船绞锚使其船头距离导管架30 m后，停止绞锚移船；3)通过变幅或者旋转扒杆等操作，结合收放锚缆操作，使组块位置位于导管架上方，此时通过主作业船头小吊机操作，送组块指挥人员至导管架(也可以事先预留人员在导管架上)；4)浮吊主钩开始缓慢下放，导管架上指挥人员通过观察组块底部插尖和导管架腿的相对位置情况，使主作业船的浮吊通过变幅起落、旋转角度等操作，将上部模块的插尖与导管架腿顶部对齐；5)继续下放主钩，使上部模块顺利、安全与导管架设计位置对接。

模块焊接固定:组块就位后，进行组块的焊接固定作业。当模块焊接固定1/3后，主作业船可以考虑进行索具拆除工作。从主作业船抛锚就位开始，整个工作过程中，监测系统一直对风、浪、流等环境条件、船舶位置、导管架位置和主作业船的运动姿态进行监测。

3 名词定义

模拟系统：整套软件系统。系统：模拟系统包括系泊系统、监测系统、操作系统和作业系统，这些都是分支工作系统。平台：系统在电脑上显示的屏幕窗口。分为核心平台和分支平台。核心平台就是模拟系统的指挥系统，围绕这数据库，对整个吊装监控。输入框：平台上的数据的输入框，这与我们日常使用的各种窗口式软件完全一样，界面友好。通过键盘输入，通过输出按钮(或者回车键)发出，由操作人员控制更新。数据输出时，有文字提示。输入框也可以设置成由软件自动控制输入/输出，比如动态观测风、浪等参数。接收框：平台上的数据接收框，显示最新接收到的数据，这些数据来自于其他平台发送过来的，数据即时更新，为了减轻服务器负担，也可以设置时间间隔。功能按钮：此按钮具有某一特定功能，进行某一操作，比如吊机起钩按钮，可以对吊机的钩头进行提升操作。又如吊机旋转按钮，可以分为向左旋转按钮和向右旋转按钮，通过点击向左或者向右按钮，达到吊机向左或者向右旋转。如果功能按钮被设置在操控台上，也可能是摇杆或者方向盘等进行操作。

4 模拟系统功能需求

4.1 数据库

建立数据库，数据库包含与组块吊装工作相关的所有基础信息和数据。这些数据主要包括：风、流、浪、潮汐等环境条件。现实中，环境条件是变化的，在模拟系统中，需要认为的设计环境参数，才能最大程度的与之符合。还有，需要建立各类船舶、导管架、组块、吊装索具及各个系统相关设备和机具等的基础数据模型。

4.2 环境参数

确定组块吊装的基本环境参数，主要包括：风、流、浪和潮汐。

4.3 系泊系统

以动画显示，拖轮协助起重船抛锚，后通过多次收紧和放松锚缆，调整起重船船位至设计位置，锚缆张力适时发送到系泊系统指挥平台及数据库。并且，锚机1～8平台从系泊系统指挥平台得到指令，通过收紧和放松锚缆，达到移动船舶的作业效果。

4.4 监测系统

环境监测平台，适时监测风、波、浪、流和潮汐；位置监测平台，适时监测主作业船、拖轮、驳船、导管架和组块等的位置；浮吊姿态平台，适时监测浮吊的横摇、纵倾、升沉以及吃水、压载等情况。监测平台并把数据传送到监控系统平台及数据库。监测平台对整个吊装作业提供数据支持。

4.5 操作系统

吊机操作平台，从操作系统指挥平台得到指令，进行起钩、下放、变幅和旋转操作，以完成对组块从驳船至导管架的荷载转移。拖缆操作平台，从操作系统指挥平台得到指令，进行收紧和放松操作，以控制和稍微调整组块的方向。

4.6 作业系统

作业系统平台，实际上是吊装工作的附属作业。挂扣/解扣平台通过作业系统平台与吊机操作平台联系，得到吊机操作平台的配合，完成挂扣/解扣工作，以动画显示。带缆作业平台，指的是主作业船于驳船间的带缆，以动画显示。

4.7 通信系统

通信系统就是工作人员间联系沟通的方式。实际作业中表现为：施工人员通过对讲机对话，发送指令或者交换信息。在模拟系统中，很难真实模拟出来。如果把核心平台和分支平台设置在同一个区域或者房间，数据输入、输出和对话广播，可以简化为直接的语言沟通，会有身临其境的真实感。

4.8 指挥系统

在组块吊装作业中，所谓的指挥系统并不存在的，而是以总负责人出现的，通常是施工总监。施工总监一个人纵览全局，指挥吊装工作。当然，象征系泊系统的值班驾驶员/锚机操作员，象征监测系统的专业技术工程师，象征操作系统的吊机操作手，象征作业系统的甲板工作水手是确实存在的，他们都在本职的岗位上，辅助施工总监完成工作。在模拟系统中，为模拟现实及简化相互关系，施工总监的指挥工作被分解，设置成四个系统。又针对指挥系统的四个系统，设置四个平台，即系泊系统指挥平台、监测系统指挥平台、操作系统指挥平台和作业系统指挥平台，由四名人员分别负责。这四个指挥平台负责对四个系统的终端指挥和发出指令。