DP Heavy Lift试验探讨

叶中来

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

DP Heavy Lift是近几年出现的一项新技术，是DP功能的一个拓展，也是DP起重船实现智能控制的现实需要。通常，为了证明船舶具备DP Heavy Lift功能，在实际验收过程中建造方会根据船舶吊重能力及船舶DP能力进行海上DP Heavy Lift实效试验。与起重机码头吊重试验不同，前者是船舶固定在码头进行吊重，而后者船舶在海上且处于动力定位模式下进行吊重。可见，后者的风险更大，试验时不仅需要考虑外界海况（风、浪、流）对船舶定位的影响，而且要考虑重物对船体施加的力矩影响。因此，本文将以国内某DP起重船在海上组织的DP Heavy Lift试验为例，介绍一种目前相对安全的试验方法。

1 试验前准备及检查项目

1.1 试验前的准备

1.1.1 试验前需要准备的设施设备

试验以一艘4 500 t起重船为例。该船配备动力定位系统（DP3），具备DP Heavy Lift作业能力，锚泊定位系统。各专业涉及动力定位设备配置根据CCS船级社DP3规范要求进行。尾部安装了一台主起重机，在艉吊模式下起重达4 500 t，在全回转模式下起重达3 500 t。船舶船长×型宽×型深为198.8 m×46.6 m×14.2 m，最大起重吃水11.0 m。

为验证DP Heavy Lift功能的有效性，试验前准备2个1 000 t水箱作为吊重物，同时需要一艘甲板运输船作为2个1 000 t水箱的起吊和落位的载体。

1.1.2 试验前需完善的功能和系统

第一，码头吊重试验。船舶在试航前完成起重机的空载和静态吊重试验，测试起重机的吊重能力和船舶的压载、调载功能。按照DP Heavy Lift调试程序完成试验前的模拟测试，包括所有起重机系统和DP系统之间的信号参数接口测试，确保起重机的各项数据输入正确。

第二，动力定位（Dynamic Positioning，DP）及动力定位系统故障模式分析试验，在DP Heavy Lift试验前船舶需完成常规的DP系统调试及动力定位系统故障模式分析测试，确保DP系统稳定、可靠。

第三，船舶压载系统、抗横倾系统试验。在DP Heavy Lift过程中，船舶往往会发生摇晃和横纵倾。因此，船舶需要通过压载系统和抗衡倾系统快速调整船舶的浮态，从而最大限度地保证船舶的整体安全。所以，试验前船舶的压载系统和抗横倾系统需确保功能正常。

第四，DP Heavy Lift系统检查，主要包括确认DP系统与起重机之间的信号通信正常、确认DP Heavy Lift软件正常、确认外界海况影响、调节高精度增益曲线以及调节船舶与吊机的受风补偿。

第五，观察外界海况如风、浪、流等参数，选择适宜DP Heavy Lift作业的天气进行试验，需对试验时的周围环境进行警戒，确保周边除试验用船外无其他船舶靠近。

1.2 试验前的必要检查

1.2.1 起重机电气部分

起重机电气部分主要包括中心集电器、高压柜、变压器、驱动系统、辅助配电柜、机构电机以及紧停系统等。如果存在长时间未运行，起重机上电时，需要将所有系统所属加热器（驱动系统还需要驱动风机）打开一段时间后上电运行，以避免潮气影响电气设备的性能。

1.2.2 起重机机械部分

起重机机械部分需检查海运绑扎件，包括检查主钩、副钩、小钩、50 t索具钩、20 t索具钩、稳钩绞车、稳货绞车、臂架搁架与臂架结构之间、机房顶出绳罩以及人字架滑移滑轮等海运前绑扎加固过的区域。检查绑扎件、锁销等是否有效移除并清理，及时清理或绑扎，排除坠落隐患。

1.2.3 吊重水箱、钢丝绳状态检查

1.2.4 船舶控制系统

船舶控制系统主要包括船舶自动化系统、电站管理系统、高阶发电机管理系统、DP控制系统、DP Heavy Lift控制系统、DP系统故障模式分析与测试报告、推进器辅助控制系统、压载水控制系统、抗横倾控制系统以及其他必要辅助系统等。

2 试验原理

DP Heavy Lift技术整合DP技术与起重机技术，通过差分全球定位系统（Differential Global Positioning System，DGPS）采集船舶位置信息、重物位置信息以及重物落点信息来实现吊重物最终与落点位置重合的目的。它与普通DP定位时数据采集的主要区别在于在起重机臂架前端部靠近钢丝绳转向滑轮处位置安装高精度DGPS天线。在DP Heavy Lift作业时，DGPS通过UHF天线将吊重物的准确位置传输给DP控制系统，通过在DP Heavy Lift系统中设定零增益区[1]、船舶状态进行动态补偿以及对重物实际坐标位置进行修正，达到精确吊装到位的目的，同时最大限度地保障船舶的作业安全。DP Heavy Lift技术主要是考虑在整个吊重过程中从钩头开始受力到结束受力。这个外力通过起重机臂架施加到整个船舶上，造成船舶的震荡。DP Heavy Lift技术通过推进系统对船舶施加反向力来限制和补偿船舶状态。首次试验时需要根据实际情况设定波高、横摇幅以及横摇角的范围，且根据DGPS测量被吊重物实际位置值进行修正[2]。

3 试验风险分析

海上进行DP Heavy Lift试验，增加了试验风险。相较于码头常规吊重试验，船舶除受到剪力弯矩影响，还会受到海上风、浪、流等海况影响，需在制定船舶压载方案时予以考虑。另外，海上试验时，船舶会随着载荷力的突加突卸，导致船舶状态出现较大改变。DP系统会通过推进器对船舶施加叠加影响，这个风险主要需要借助动力定位操作员的实际操作经验以及DP系统技术来避免[3]。

4 试验方案

试验所需的主要物资和人员准备如下：1 000 t水箱2个，配相应钢丝绳、卸扣、加水泵等；水箱尺寸10 m×10 m×12.5 m；甲板运输船1艘，船长×型宽×吃水为234.93 m×43 m×8 m；多用途拖轮1艘；动力定位操作员2名，专业船长指挥、作业指挥、辅助人员、起重指挥若干；试验前需获得海事申请许可。根据完工装载手册中的DP Heavy Lift工况下船舶的吃水要求对船舶进行预压载，同时开启抗横倾系统。甲板运输船到达指定位置后，抛首锚稳定，固定船位。多用途拖轮在甲板运输船船尾部协助抛工作锚作为系固点。完成抛锚后，多用途拖轮移至周边进行守护。起重船DP移船稳定并调整好船位，将尾部正对甲板运输轮舷侧，两船距约200 m。船舶稳定后，起吊2 000 t水箱至船艉（即起重机臂架抬升，将2 000 t配重（水箱）起升，稳定到合适臂架幅度约65°开始旋转，将臂架从艏向旋转至艉向180°）。整个起重回转的过程中，船舶抗横倾系统将根据船舶的横倾状态进行自动调载。船舶的横倾角不大于±1°，旋转至艉向，调整至试验变幅（钩头至旋转中心50 m），如图1所示。

图1 实验方案示意图

在DP Heavy Lift模式下且船舶稳定后，利用船舶DP定位功能移船至甲板运输船旁。过程中进行首向调整，并记录首向值及变化量。待两船直线距离约30 m时，DP减速移船，稳定船位慢慢至15 m，调整水箱距运输船甲板面高度约0.5 m（视涌浪大小，现场调整高度）。此时，主钩钩头位于运输船甲板中心线上，理论上两船距离为15 m。稳定后，记录相关数据，数据记录好后将水箱落至甲板面，钢丝绳松弛，记录整个卸载过程中相关数据变化的最大值。尾部卸载状态数据记录完毕。

船舶稳定后，记录相关数据（为快速加载前初始状态）。记录好后将水箱快速提起，记录此过程中的船位最大变化值。试验结束后DP移船离开，试验结束。方案实施现场图，如图2所示。

图2 方案实施现场图

5 结果与存在的问题

5.1 结果

水箱在卸载至甲板运输船上时，起重船瞬时船位偏差最大0.7 m；起钩挂载时，起重船瞬时船位偏差最大1.3 m。试验时，它能准确落在指定位置，且落位平稳，同时起重船与甲板运输船相对位置保持安全。

5.2 存在的问题

由于DP Heavy Lift系统调试需要起重机在吊重状态下，而系统电脑采集环境数据和人工设置零增益区，需要一定的时间。在此过程中，吊重物容易出现左右摇摆现象，且与DP系统维持船位动作相反，导致摆幅越来越大。因此，需要多进行几次试验调整系统内各项参数，从而最终精准控制船位，且最大限度地控制吊重物在空中的摆幅，直至震荡衰减保持和船位相对静止。

6 结语

DP Heavy Lift技术作为随着市场需求出现的新技术，结合DP系统及起重机系统来控制船舶状态。所述的DP起重船DP Heavy Lift实效试验为国内首次验证，验证结果证明了DP Heavy Lift功能的有效性能，对国内大吨位全回转起重船今后的海上DP Heavy Lift实效吊重试验具有重要的借鉴意义。