一种大型结构物滑移装船调载水量计算方法

摘要

本发明方法公开了一种大型结构物滑移装船调载水量计算方法。该方法通过对驳船调载过程进行数学建模，将其归结为一个有约束优化问题，并通过惩罚函数将此有约束规划问题转换为无约束优化问题，最后通过求解无约束优化问题求解出总调载水量最小的最优调载方案。采用最优调载方案可大大减少调载时间，提高装船作业效率。该方法可通过C、C++或者Matlab等计算机编程语言进行编程，实现装船调载水量快速自动计算。

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型结构物滑移装船调载水量计算方法，属于大型结构物安装运输领域。

背景技术

随着海上石油平台大型化的趋势，其总体重量越来越重，最大的海上石油平台总重达到了3万吨。为了完成万吨级结构物的装船作业，工程师们发明了滑移装船技术。滑移装船技术通过牵引装置将放置在滑道上的大型结构物拖拉到船上。这种方法避免了大型结构物的整体托举，省去了租用浮吊的巨额费用，是一种安全、经济的装船方式。在滑移装船开始时，驳船甲板与码头平齐，但随着大型结构物向驳船方向移动，结构物传递给驳船的载荷在逐渐变大，且载荷的作用点也在不断变化，这会造成驳船的下沉与船体的倾斜。如果驳船的下沉量与船体的倾斜角得不到控制，结构物很有可能因为重心不稳而滑落到海里，造成重大的工程事故。现在常用的方法是，通过船舱压载水的调节，使驳船甲板与码头保持平齐。在调载过程中如何快速计算出各个压载舱的调节水量，如何保证计算出的调载水量最小，是工程师关心的两个问题。然而现在调载水量的计算往往通过工程师配合现场观测数据，手工计算，计算速度慢，而且往往只能计算出一个可行的调载方案，无法计算出总调载水量最小的最优调载方案。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种大型结构物滑移装船调载水量计算方法。通过该方法可快速计算出结构物滑移过程中的各个压载舱的调载水量，同时该方法还可以求解出满足驳船装船条件的总调载水量最小的最优调载方案。

本发明为解决其技术问题所采用的技术如下技术方案。

一种大型结构物滑移装船调载水量计算方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、建立驳船调载的优化数学模型。

对驳船的力学模型描述如下：

建立如下坐标系：以驳船的基平面、中站面和中线面的交点作为原点O，而以三个平面(基平面、中站面和中线面)的交线作为坐标轴。其中，基平面与中线面的交线是X轴，指向船首为正方向；基平面与中站面的交线是Y轴，指向左舷为正方向；中线面与中站面的交线是Z轴，向上为正方向。

驳船空船重量为G0，整个船的重心坐标为(x0,y0,z0)。在滑移装船的初始时刻，即结构物没有上船，且驳船甲板与平齐时，驳船上n个压载舱的初始水量为

将整个滑移装船过程分为i(i＝1,2,3,…,m)步，每一步调载完毕都应满足以下五个条件：

条件一：第i步滑移调载后驳船n个压载舱的水量

条件二：第i步滑移调载后驳船n个压载舱的压载水量

条件三：第i步滑移调载后驳船n个压载舱的压载水量

条件四：n个压载舱里的水量不能大于该舱容量最大值。

条件五：n个压载舱里的水量不能小于该舱容量最小值。

则第i步，驳船调载量

以第i步驳船调载量f

步骤二、步骤一中的调载优化模型为有约束的调载优化模型，通过惩罚函数法，将其转化为无约束的调载优化模型。

步骤三、令步骤二中的无约束优化模型的i分别等于1、2、3、…、m，并通过无约束优化计算方法，可依次求得：第1步滑移后的n个压载舱的水量

步骤四、在装船调载作业中，按步骤三中计算出的i(i＝1,2,3,…,m)步结束时的n个压载舱的最优调载量，调载压载水量即可。

将上述步骤一至步骤四的最优调载方案计算过程，通过C、C++或者Matlab等通用计算机编程软件进行编程，实现快速自动计算。

有益效果

本发明方法提供了一种大型结构物滑移装船调载水量计算方法。该方法的有益效果包括：该方法通过对驳船调载过程进行数学建模，将其归结为一个有约束优化问题，并通过惩罚函数将此有约束规划问题转换为无约束优化问题，最后通过求解无约束优化问题求解出总调载水量最小的最优调载方案。该方法可通过C、C++或者Matlab等计算机编程语言进行编程，实现装船调载水量快速自动计算。采用最优调载方案可大大减少调载时间，提高装船作业效率。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明方法作进一步说明。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案如下：

步骤一、建立驳船调载的优化数学模型。

对驳船的力学模型描述如下：

建立如下坐标系：以驳船的基平面、中站面和中线面的交点作为原点O，而以三个平面(基平面、中站面和中线面)的交线作为坐标轴。其中，基平面与中线面的交线是X轴，指向船首为正方向；基平面与中站面的交线是Y轴，指向左舷为正方向；中线面与中站面的交线是Z轴，向上为正方向。

驳船空船重量为G0，整个船的重心坐标为(x0,y0,z0)。在滑移装船的初始时刻，即结构物没有上船，且驳船甲板与平齐时，驳船上n个压载舱的初始水量为

将整个滑移装船过程分为i(i＝1,2,3,…,m)步，每一步调载完毕都应满足以下五个条件：

条件一：第i步滑移调载后驳船n个压载舱的水量

即

式中：

条件二：第i步滑移调载后，驳船n个压载舱的压载水量

即

式中：y

条件三：第i步滑移调载后，驳船n个压载舱的压载水量

即

式中：x

条件四：n个压载舱里的水量不能大于该舱容量最大值。

即

式中：V

条件五：n个压载舱里的水量不能小于该舱容量最小值。

即

则第i步，驳船调载量

式中：V

以第i步驳船调载量f

步骤二、步骤一中的调载优化模型为有约束的调载优化模型，通过惩罚函数法，将其转化为如下无约束优化模型。

式中：r

步骤三、令步骤二中的无约束优化模型的i分别等于1、2、3、…、m，并通过无约束优化计算方法，可依次求得：第1步滑移后的n个压载舱的水量

步骤四、在装船调载作业中，按步骤三中计算出的i(i＝1,2,3,…,m)步结束时的n个压载舱的最优调载量，调载压载水量即可。

将上述步骤一至步骤四的最优调载方案计算过程，通过C、C++或者Matlab等通用计算机编程语言进行编程，实现快速自动计算。