海洋结构物牵引装船和模拟系统功能需求研究

赵乃东

(海洋石油工程股份有限公司安装公司，天津 300452)

0 引言

海洋结构物的牵引装船，是指通过牵引工具(比如:拉力千斤顶，拖拉绞车等)及配套系统，把海洋结构物从建造场地，沿着滑道，向驳船上转移的工作。牵引装船，是海洋石油平台施工的一项重要的工作。建立一套牵引装船模拟仿真软件系统，可以验证装船方案的安全可行性，可以在电脑上进行牵引装船工作的实操工作的演习，同时也可用于对技术和操作人员进行培训。模拟仿真软件系统内核，最大程度地模拟牵引装船的实际工作，支持多人在多台电脑上联机，互相配合，一起完成结构物装船工作的演练。本文以2台75 t拖拉绞车系统为例，对各个系统的构成与数据相互传送的关系进行分析，提出模拟系统功能需求。

1 结构物装船工作流程

清理驳船甲板:按照设计图纸，对驳船上滑道摆放区域和焊接固定区域进行清理。

滑道处理:接长陆地滑道至码头前沿，摆放驳船上滑道，并焊接固定。

设备、工具和器械安置:在驳船上焊接主拖拉点，并焊接固定，在陆地上摆放2台75 t拖拉绞车及配套系统，在码头前摆放4台10 t系泊绞车及配套系统。在滑道上设置止拖点，避免拖拉超过设计位置。

驳船就位:在拖轮的协助下，驳船在陆地滑道前就位，使驳船滑道与陆地滑道基本对齐。拴紧靠驳用尼龙缆至码头带缆桩。

设置拖拉系统:用拖拉卡环把主拖拉点和800 t滑轮组连接在一起。从拖拉绞车的滚筒上拽出钢丝绳，在滑轮组间来回穿引，完成后，用锚卡子扣死。利用小卷扬机把滑轮组牵向导管架滑靴上的拖拉点，用卡环连接，完成拖拉系统的连接。

设置系泊系统:从系泊绞车的滚筒上拽出缆绳，挂到驳船左右舷的带缆桩上。

设置监测系统:在驳船四个角，左右对称选定四个点，安置四个标尺，在陆地滑道外侧设置观测点，为防止视觉障碍干扰，设置两个，用于观测驳船横倾和纵倾状态。在码头边，安装验潮标尺，随时测量水面高度，验证潮汐。在结构物下的滑靴上，画好刻度线，用来跟踪结构位置。

设置调载系统:驳船自带调载系统，额外需要布置的是一名调载工程师和电脑及调载计算软件，以根据潮汐，进行即时的调载计算，修正原设计的调载计算。

安装辅助千斤顶:在组块滑靴后侧，各安装1台200 t千斤顶，用于克服牵引启动摩擦力。

牵引装船:驳船调载，使驳船上滑道与陆地滑道高度大致齐平。调整系泊缆，使陆地滑道与驳船上滑道对齐，系泊绞车刹死。收紧拖拉绞车，根据计算，拖拉绞车带50%的牵引力。助推千斤顶加力，结构物启动。持续牵引至码头前。持续调载，保持驳船上滑道和陆地滑道齐平。根据调载计算报告，结合实际潮汐和观测到的船舶状态，进行调载与牵引相结合的操作，完成导管架重心，由陆地向驳船上转移，直至结构物牵引到位。结构牵引装船工作完成。

2 模拟系统名词定义

模拟系统:整个软件系统，称为模拟系统，全系统完全通过键盘输入、视觉观看和头脑分析构成，没有语音交流。模拟系统交互关系图见图1。

系统:模拟系统的各个分支系统，包括系泊系统、拖拉系统、监测系统、调载系统、指挥系统和通信系统。

模型:各种船舶、设备、器械和工具的3D数据模型。

平台:启动软件后，某系统在电脑上的工作窗口。

输入框:平台上的数据的输入框，通过键盘输入，通过输出按钮送出，人为更新。数据输出时，有语音提示。

接收框:平台上的数据接收框，显示接收到的数据，即时更新。当数据更新时，有语音提示。

功能按钮:可以进行某一功能的操作，比如启动按钮、停止按钮和提升拉力按钮等。

数据输出按钮:进行数据输出的按钮。

信息按钮:进行信息交换的按钮，关联的两个平台上，同时响应，并伴有语音提示。

对话广播框:用于作业复杂情况和紧急时的沟通，每个操作平台都配备此项，后面不再赘述。通过对话广播框，可以自由打字，自由观看，类似于群聊天室的功能。除对话广播框以外，各个平台只能与指挥系统进行数据交换和信息交换。

3 模拟系统功能需求

3．1 数据库

建立数据库，主要包括:海陆数据，风、流、浪、潮汐、运输驳船、运输拖轮、导管架、系泊绞车系统设备、拖拉系统设备、滑道、监测系统设备、驳船调载系统等的基础数据模型。

3．2 滑道布置

主拖拉点、陆地滑道和驳船上滑道的布置，通过独立的3D动画效果来实现。

3．3 辅助千斤顶布置

辅助千斤顶的布置，通过独立的3D动画效果来实现。

3．4 通信系统

通信系统，在实际作业中表现为:人员通过对讲机对话，互相交换信息。在模拟系统中，通信系统是模拟系统中的虚拟系统，不必真实模拟出来，它反映的是数据输出和信息响应。

图1 模拟系统交互关系图

3．5 系泊系统

四台系泊绞车及系泊缆的布置，通过独立的3D动画效果来实现。分配给系泊系统四个相同的平台，也就是四台电脑由四名人员各自负责。平台上显示与系泊绞车连接的系泊缆的动态拉力数据、提升拉力按钮、降低拉力按钮和安全拉力数据警示标识、数据输入框、数据输出按钮和数据接收框。软件设置拉力数据超过警示标识数据为红色。当某一系泊缆的拉力数据显示为红色，人员填写数据输入框，并按下数据输出按钮，把数据发送给指挥系统，等待指挥系统把目标数据返回到数据接收框，进行降低拉力操作。在数据输入和输出时，平台有语音提示。

3．6 拖拉系统

拖拉绞车、滚筒、动力站、拖拉索具的布置，通过独立的3D动画效果来实现。分配给拖拉系统两个相同的平台，由两名人员分别负责。操作平台上显示拖拉力动态数据、绞车启动按钮、绞车停止按钮和信息按钮。当指挥系统命令启动或者停止时，信息按钮响应，人员进行启动或者停止操作。信息按钮响应时，伴有语音提示。

3．7 监测系统

验潮标尺、水平仪和滑靴刻度线的布置，通过独立的3D动画效果来实现。分配给监测系统三个不同的平台，由三名人员分别负责。验潮标尺平台上显示潮水高度数据输入框，数据输出按钮和信息按钮。当指挥系统命令验潮时，信息按钮响应，填写潮水高度数据，并按数据输出按钮，传给指挥系统。因无法量取实际的水深，应预先按照潮汐表，绘制潮水高度曲线图，按照曲线图的数据填写数据。水平仪平台上显示驳船上四个目标点的高度数据，数据无法采集，模拟系统中，从指挥系统的数据库中调用，来源于船舶状态。如果数据超过允许状态数值，通过对话广播框，发送给其他平台。滑靴刻度线平台上显示结构物与驳船纵向相对位置的数据输入框、数据输出按钮和信息按钮，当结构物牵引到某一设计位置，按信息按钮，填写数据输入框，并发送给指挥系统。作业的实际数据无法采集，模拟系统中，从指挥系统的数据库中调用，来源于结构物状态。

3．8 调载系统

调载计算机、调载泵和舱位仪表的布置，通过独立的3D动画效果来实现。分配给调载系统两个不同平台，由两名人员分别负责。调载计算机平台内置计算软件，滑靴刻度线数据接收框、目标舱位数据输入框和数据输出按钮。根据由指挥系统转传过来的滑靴刻度线数据进行计算，确认目标舱位数据。通过目标舱位数据框和数据输出按钮发送给指挥系统，再通过指挥系统转传给调载泵和舱位仪表平台。

调载泵和舱位仪表平台上显示各舱的即时舱位信息、调载泵的目标舱位数据的几个接收框、几个注水操作按钮、几个排水按钮、几个停止按钮和信息按钮。在得到新的目标舱位数据后，进行注水或者排水操作，完成调载作业后，按停止操作按钮和信息按钮，把调载完成的信息反馈给指挥系统。

3．9 指挥系统

在实际作业中，指挥系统就是牵引装船作业的总负责人。作为滑移装船功能需求模拟系统的中枢系统，对系泊系统、拖拉系统、监测系统和调载系统，进行一点对多点的数据交换和信息交换。因为指挥系统有些庞杂，针对四个系统，设置四个平台，即系泊系统指挥平台、拖拉系统指挥平台、监测系统指挥平台和调载系统指挥平台，由四名人员分别负责。为了保证作业的安全有效，这四名人员可以在平常状态下，通过对话框进行沟通和讨论，并设置密码，其他平台人员不可见。另外，分配给指挥系统一个数据库，供模拟系统存储数据和调取。

指挥系统具有三大功能:

1)储存着模拟系统所有的数据，包括环境数据、船舶、设备、机械和工具等的静态和动态数据;

2)可以和各个系统进行数据交换，对各个系统的平台进行信息发送和响应;

3)因为各平台不能直接进行联系，指挥系统具有转传数据的功能。

4 结语

公司正在研究该模拟系统软件，不可能在一次设计中得到成功。相信软件在多次的调试后，尽可能地与实际相结合，并逐步丰富和完善内容，最终会取得完美的效果。