海上大型结构物的装卸与安装技术研究

摘要：海上大型结构物的装卸与安装技术是海洋工程中的重要环节，然而，海上工程环境复杂、作业难度大以及安全性要求高，现有的装卸安装技术但仍存在诸多问题和挑战。针对这一缺陷，研究引入了一种新的智能测控系统进行参数控制，以提升装卸过程的安全性和效率。实验结果表明：传统测控系统在驳船浮态控制中横纵倾角产生的平均压载舱水位分别为1.34和0.92，驳船高度差平均值为1.19。而智能测控系统下驳船横纵倾角产生的平均压载舱水位降至1.08和0.81，驳船高度差平均值降至0.98。研究设计的智能测控系统明显改善了驳船的浮态稳定性，提高了驳船在装卸过程中的稳定性，对于提高海上大型结构物装卸过程的安全性和效率具有实际意义。

关键词：大型结构物驳船浮态控制智能测控系统装卸技术装卸调载

中图分类号：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

在全球化和经济的迅速发展中，海上大型结构物的装卸与安装工程对海洋经济的发展具有重要作用[1-2]。然而，海洋环境的复杂性和不确定性导致了作业环境的复杂性和危险性，大型结构物自身的重量和尺寸对装卸与安装设备和技术需要更高的要求[3]。此外，由于海上作业时间长，成本高，提高装卸与安装效率、降低成本成为目前的一大挑战[4]。现有研究大多集中在提高设备性能和提高预测准确性等方面，往往忽视了系统性和全局性[5]。针对这一挑战，研究提出了海上大型结构物的装卸与安装技术研究，旨在通过全局和系统的视角来探索和解决海上大型结构物装卸与安装的问题，以提高装卸与安装效率。研究的创新点在于引入了系统工程，以整体、全局和长远为导向的，强调系统的整体性和协调性，帮助人们更好地理解和解决海上大型结构物装卸与安装的问题。

1海上大型结构物的装卸与调载技术研究

1.1海上大型结构物的装卸原理与过程研究

海上大型结构物装卸与调载涉及了结构物特性、海洋环境和装卸设备、系统性能等科学原理[6]。装卸过程包括预规划、现场布置、设备选择使用以及后续监控评估。对于大型结构物装船示意图如图1所示。

大型结构物装船过程需要稳定强大的牵引力，但船舶在滑移装载的过程中，会因结构物的重量不均、潮汐的变化使得船舶不稳定[7]。因此，需对船舶在各种装卸情况下的稳定性进行校验，其计算公式如式（1）所示。

式（1）中：表示稳性衡准系数；表示最小倾覆力矩，即船舶在最危险情况下能抵抗外力矩的极限能力；表示风压倾斜力矩。船舶装卸任务中稳定性关键，并检验不同情况下的稳定性水平。

1.2海上大型结构物的装卸测控系统研究

海上大型结构装卸测控系统实时监控并精确调控装卸设备，确保结构物平稳、准确地从码头移至船舶[8]。其对于海上大型结构物的装卸智能测控系统如图2所示。

海上大型结构物装卸智能测控系统可以在装卸过程中，通过对船舶的倾斜角度对船舶初稳性进行计算。稳性力矩可以使船舶恢复到平衡位置的复原力矩，其计算公式如下。

式（2）中：表示船舶静稳性力臂；表示初稳性高。船舶稳定性力矩的计算是船舶设计和操作中的重要环节，以清晰得出力对物体旋转影响的物理量。

2海上大型结构物装卸测控系统性能分析

为验证海上大型结构物装卸测控系统性能的稳定性和可靠性，设定统一的实验环境。实验配置包括SIEMENSS120高精度传感器、英特尔Corei7-9700K处理器和ABBACS800执行器。以及MATLABR2020b进行核心计算分析，Python3.7与TensorFlow2.2实施数据处理。传统测控方法与智能测控方法下驳船浮态情况对比如图3所示。

图3（a）中，在传统测控下，横纵倾角的平均压载舱水位分别为1.34m和0.92m，高度差平均值为1.19m。图3（b）中，智能测控下，横倾角水位降至1.08m，纵倾角水位降至0.81m，高度差减至0.98m，表明了智能系统有较强稳定性。其中，有无压载水下滑移大型结构物装卸调载结果如表1所示。

由表1可知，有压载时横纵倾角稳定在0.000℃，而无压载时横倾角和纵倾角分别从-0.364℃和-0.313℃降低至-1.073℃和-0.985℃，高度差由0.013m增至0.051m。对比无压载时的-0.254m至-1.386m的下降，表明了压载显著影响装卸稳定性。

3结论

全球化与现代化推动了海上大型结构物装卸技术的发展，需应对其环境的复杂性与作业难度。针对这一挑战，探讨对海上大型结构物的装卸与安装技术的研究。结果表明：相较于传统系统，智能系统能有效降低驳船浮态差异，分别将横倾角、纵倾角和高度差的平均值从1.34、0.92、1.19降至1.08、0.81、0.98。验证了智能测控系统控制浮态的优越性。然而，目前研究尚未深入分析压载水量对稳定性的具体影响。后续研究将对智能测控系统进行进一步优化，以增强海上大型结构物装卸操作的稳定性与效率。

参考文献

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