CN111797476B

CN111797476B - 浮吊起吊天气窗口判定方法

Info

Publication number: CN111797476B
Application number: CN202010642391.2A
Authority: CN
Inventors: 闫明辉; 李陕锋; 刘仁泉; 王向阳
Original assignee: Huadian Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: Huadian Heavy Industries Co Ltd
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2020-07-06
Publication date: 2023-02-28
Anticipated expiration: 2040-07-06
Also published as: CN111797476A

Abstract

本发明提供了一种浮吊起吊天气窗口判定方法，首先分别构建气象数据资料库和水动力数据库，通过船舶资料数据库建立船舶施工工况下的模型，结合气象数据资料库和水动力数据库进行分析，可以得出施工天气窗口，并结合水动力分析计算得出船舶运动对应周期，结合船舶运动对应周期结合共振原理确定吊索晃动最大危险长度，即计算得出吊机大臂顶点到吊钩之间的危险长度，在这个长度范围内吊机吊钩受到船舶共振影响晃动程度最大，因此在吊装全过程中为了避免共振，吊装吊索到吊机顶点距离需要避开吊钩吊索共振长度，能够拉长船舶的施工窗口期，降低因晃动带来的吊钩钢缆脱槽风险，保证施工进度和施工安全。

Description

浮吊起吊天气窗口判定方法

技术领域

本发明涉及海上吊装的技术领域，具体涉及一种浮吊起吊天气窗口判定方法。

背景技术

目前海上风电施工，需要采用到浮吊装置进行吊装操作，浮吊在海上起吊的过程会受到船舶晃动影响，可能出现吊钩钢缆脱槽、吊机大臂碰撞休息臂等危险工况，在起吊后也会出现吊钩晃动幅度过大导致无法吊装的现象，严重影响施工进度和施工安全，因此需要选择合适的施工窗口进行施工。

浮吊船舶施工窗口的选择一般是根据最近一周的天气预报做施工计划，为了更好的利用天气窗口，通常施工船舶会提前进场，根据施工计划进场施工的船舶在选择具体的开工时间节点上并没有太多理论依据，主要依靠吊机操作人员的经验根据现场情况选择起吊节点，但是依据现场经验进行判断，对操作人员的经验要求较高，且可能会出现判断不准确的情况，从而影响施工进度和施工安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浮吊起吊天气窗口判定方法，以解决现有技术中依赖于操作人员的经验对施工窗口进行判断，可能会出现判断不准确的情况的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种浮吊起吊天气窗口判定方法，包括如下步骤：

建立数据库，采集施工海域的气象数据并构建气象数据资料库，采集潮流和波浪数据并构建水动力数据库，采集船舶的重量分布和吊机及索具的性能数据构建船舶资料数据库；

施工工况分析，根据所述船舶资料数据库建立船舶施工工况模型，根据所述气象数据资料库和所述水动力数据库对不同波浪方向和周期下的船舶运动情况进行分析计算，得出施工天气窗口；

水动力分析，对所述船舶施工工况模型进行水动力分析，得出所述施工天气窗口的工况下船舶运动对应周期以及吊索晃动最大危险长度。

进一步地，所述水动力数据库还包括，还需要采集施工海域的平均水深。

进一步地，所述水动力数据库包括潮流的方向、潮流的流速、波浪的高度以及波浪高度的对应周期。

进一步地，所述气象数据资料库包括平均风速、平均最大风速、平均风向、平均频率、平均雨量、平均雨日、平均雾日、平均湿度和平均气温。

进一步地，所述气象数据资料库包括至少为近三月的气象数据。

进一步地，所述船舶资料数据库包括施工船舶甲板布置以及船舶装载和压载的情况。

进一步地，所述船舶资料数据库包括所述吊机及索具的主钩和副勾在0至90度的臂角下的作业半径、起升高度和允许负荷。

进一步地，采用MOSES计算软件，建立船舶施工工况模型，并进行施工工况分析和水动力分析。

进一步地，在所述施工工况分析的步骤中，分析起吊时转动0至180度的工况下的不同波浪方向和周期下船舶运动情况。

进一步地，所述吊索晃动最大危险长度的计算公式为：

式中：l为吊索长度；

T为船舶运动晃动周期；

g为重力加速度。

本发明提供的浮吊起吊天气窗口判定方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明浮吊起吊天气窗口判定方法，首先采集施工海域的气象信息、潮流和波浪信息，对外部的天气环境和水流等信息进行采集，并分别构建气象数据资料库和水动力数据库，通过船舶资料数据库建立船舶施工工况下的模型，结合气象数据资料库和水动力数据库进行分析，可以得出施工天气窗口，并结合水动力分析计算得出船舶运动对应周期，结合船舶运动对应周期结合共振原理确定吊索晃动最大危险长度，即计算得出吊机大臂顶点到吊钩之间的危险长度，在这个长度范围内吊机吊钩受到船舶共振影响晃动程度最大，因此在吊装全过程中为了避免共振，吊装吊索到吊机顶点距离需要避开吊钩吊索共振长度，能够拉长船舶的施工窗口期，降低因晃动带来的吊钩钢缆脱槽风险，保证施工进度和施工安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的浮吊起吊天气窗口判定方法的步骤示意图；

图2为本发明实施例中船舶甲板的布置示意图；

图3为本发明实施例提供的浮吊起吊天气窗口判定方法中的船舶施工工况模型图一；

图4为本发明实施例提供的浮吊起吊天气窗口判定方法中的船舶施工工况模型图二；

图5为本发明实施例提供的浮吊起吊天气窗口判定方法中的施工船舶横摇响应的波形图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请一并参阅图1，现对本发明提供的浮吊起吊天气窗口判定方法进行说明。所述浮吊起吊天气窗口判定方法，包括如下步骤：

S100，建立数据库：

S101、采集施工海域的气象所述气象数据一般是采集近三个月的气象数据，且可以结合天气预报等情况对气象数据进行预判，气象数据资料库主要包括平均风速、平均最大风速、平均风向、平均频率、平均雨量、平均雨日、平均雾日、平均湿度和平均气温等；

S102、采集施工海域平均水深，并将平均水水加入水动力资料库。由于海域内潮差影响较大，因此需要采集施工海域的平均高潮位的水深，同时为了保证数据的准确性，对施工海域的最高高潮位、最低低潮位、平均低潮位和平均潮差等一并测量。

S103、收集潮流的方向和流速等数据，同时收集波浪的高度和对应波浪高度的周期构建水动力数据库。对于潮流的方向和流速测量，一般是采用浮标法进行测量，其具体的测量方法可以采用现有技术中的常规方式，通过在海上多个测点，对每个测点的漂浮方向和漂浮速度，以及每个测点所观测到的波浪的高度，以及某一波浪高度出现的周期进行统计。

对施工海域的波浪的高度和周期进行测量时，一般需要对过去一年的波浪有效波高和平均周期进行测量，其中，波浪的高度和周期的测量和统计方法也为现有技术。

优选的，在潮流的方向和流速测量的采集时，需要分别在大潮、中潮和小潮时分别进行采集和测量，且对于每个观测点的涨潮时间段和落潮时间段进行区分，从而保证测量到的各个测量点的垂向平均流速特征值的结果准确。

S104、采集船舶数据，得出船舶的重量分布等情况，构建船舶资料数据库，保证后续建立的船舶施工工况的模型的准确性。对于船舶的重量分布需要结合船舶甲板的布置以及船舶甲板上物品的堆放情况，还可以结合施工船舶装载及压载情况说明文件，例如：描述船舶重心位置的船舶出厂时的倾斜试验结果文件，以及历次改装提交船检的文件；描述船舶压载情况的船舱分布情况的文件；描述甲板设备及临时放置在甲板上设备及物资情况文件等。结合上述文件进行分析可以得出船长、船宽、船深、船的自重、重心高度和回转半径等信息。

S105、采集吊机及索具的性能数据构建船舶资料数据库，所述吊机及索具的性能需要采集主钩和副勾在0至90度的臂角下的作业半径、起升高度和允许负荷等数据信息。优选的，由于主钩和副钩的臂角转动范围一般仅在25至80度，因此也可以仅对主钩和副钩的臂角在25-80度的工况下的作业半径、起升高度和允许负荷等数据信息。由于主钩还可以实现旋转吊装，因此在使用时，可以根据区分旋转吊装时允许的吊装负荷，以及固定吊装时允许的吊装负荷。

S200,采用MOSES计算软件结合之前采集到的船舶的重量分布和吊机及索具的性能数据等信息建立船舶施工工况模型，并进行施工工况分析，结合气象数据资料库和水动力数据库，对不同波浪方向和周期下的船舶运动情况进行分析计算，得出施工天气窗口。

其中，构建船舶的模型的方法为现有技术中常规的方法，其构建步骤一般包括建立坐标基准，然后结合已知的船舶资料数据库构建船舶施工工况模型，根据气象数据资料库和水动力数据库对不同波浪方向和周期下的船舶运动情况进行分析计算，得出施工天气窗口；

优选的，施工工况分析中主要考虑分析起吊时转动0至180度的工况下的不同波浪方向和周期下船舶运动情况，其具体的施工工况分析方法为现有技术，其一般是结合施工区域的外部环境力的不同组合进行计算分析，然后筛选出满足施工条件的工况，既可以得出船舶可以进场施工的天气窗口。

S300，在施工的天气窗口下，根据施工天气窗口下的环境力的方向和大小，对施工船舶的水动力分析，根据水动力计算结果找出对应环境力工况下船舶运动对应周期；按照船舶运动周期，根据以下公式计算吊机吊索晃动最大危险长度：

式中：l为吊索长度；

T为船舶运动晃动周期；

g为重力加速度。

基于避免吊装过程中共振影响的考虑，根据实际观察海况和天气预报的统计结果，计算当前海况工况下危险长度，校核是否满足条件起吊施工，作为施工天气窗口选择的一个判定条件。

根据施工工况和水动力情况进行分析，判断出浮吊起吊天气窗口以及吊索晃动的最大危险长度，即计算得出吊机大臂顶点到吊钩之间的危险长度，在这个长度范围内吊机吊钩受到船舶共振影响晃动程度最大，因此在吊装全过程中为了避免共振，吊装吊索到吊机顶点距离需要避开吊钩吊索共振长度，能够拉长船舶的施工窗口期，降低因晃动带来的吊钩钢缆脱槽风险，保证施工进度和施工安全。

优选的，采集信息时采集施工海域的气象、潮流和波浪数据的顺序可以根据实际的采集情况进行调整，采集到的具体是数据信息也可以根据实际的工况和海域情况进行对应的增加和减少。船舶、吊机和索具的信息采集来源不限于上述的来源方式，还可以根据实际情况和具体需求进行调整。

优选的，建模并进行水动力分析是采用MOSES计算软件进行计算，但是根据实际情况和具体需求，还可以采用其他的能够对船舶及海洋结构物的浮态、稳性、强度等方面进行分析的软件，例如Hydrostar与Ariane等软件。

以南海海域冬季进行施工时施工窗口期的判断方式为例：

由于南海海域在冬季天气变化频繁，施工窗口期要较上半年缩短，而且平均天气窗口期仅为3～4天，天气窗口期内需要进行船舶动复员，因此其时间较为紧张，需要对施工窗口期进行精确的把握，提高天气窗口期的利用程度，其具体判定步骤如下：

S100，建立数据库：

S101、采集施工海域的气象所述气象数据一般是采集近三个月的气象数据，表1为5月至7月的气象要素统计示意表：

表1气象要素统计示意表

	5月	6月	7月
				平均风速(m/s)	6.8	6.4	6.8
平均最大风速(m/s)	18	16	18.4
				平均风向	E	SE，S	SSW
平均频率(％)	21	28	25
				平均雨量(mm)	73	187	258
平均雨日(日)	8	12	10
				平均雾日(日)	0.5	0.6	0.3
平均湿度(％)	82	83	84
				平均气温(℃)	28.9	29.1	28.9

S102、采集施工海域平均水深，表2为采集到的施工海域的水深相对于专用潮位站的高度，由于海域内潮差影响较大，选取平均高潮位进行分析，即平均水深为相对专用潮位站高0.9m/

表2专用潮位站潮位特征值示意表

S103、收集潮流的方向和流速等数据，在施工区域附近分别设置4个测点，记录其在大潮、小潮和中潮中不同高度和时间的平均流速，具体请参见下表；

表3测点平均流速特征值示意表

(流速：cm/s)

对施工海域的波浪的高度和周期进行测量时，一般需要对过去一年的波浪有效波高和平均周期进行测量，下表为全年有效波高(Hs)和平均周期

的联合分布示意：

表4全年有效波高和平均周期的联合分布示意

单位：(％)

	1≤T<2	2≤T<3	3≤T<4	4≤T<5	5≤T<6	6≤T<7	7≤T<8	8≤T<9	9≤T<10	10≤T<11
											Hs≤0.5	0.00	3.50	30.61	19.23	5.36	1.79	0.36	0.04	0.04	0.00
0.5<Hs≤1.0	0.00	0.22	10.03	14.37	1.79	0.51	0.15	0.04	0.04	0.04
											1.0<Hs≤1.5	0.00	0.00	0.36	6.28	1.13	0.04	0.04	0.00	0.00	0.00
1.5<Hs≤2.0	0.00	0.00	0.00	0.88	2.19	0.04	0.00	0.00	0.00	0.00
											2.0<Hs≤2.5	0.00	0.00	0.00	0.00	0.88	0.07	0.00	0.00	0.00	0.00
合计	0.00	3.72	41.01	40.75	11.35	2.44	0.55	0.07	0.07	0.04

S104、采集船舶数据，得出船舶的重量分布等情况，其中甲板的布置图请参见图2，并结合描述船舶重心位置的船舶出厂时的倾斜试验结果文件，以及历次改装提交船检的文件；描述船舶压载情况的船舱分布情况的文件；描述甲板设备及临时放置在甲板上设备及物资情况文件等，得出装船部件重量清单如下表：

表5装船部件重量清单

S105、采集吊机及索具的性能数据，所述吊机及索具的性能需要采集主钩和副勾在25至80度的臂角下的作业半径、起升高度和允许负荷等数据信息。

表6吊机及索具的性能数据

S200,采用MOSES计算软件结合之前采集到的船舶的重量分布和吊机及索具的性能数据等信息建立船舶施工工况模型，建立的船舶施工工况模型请参阅图3和图4，根据所述船舶资料数据库建立船舶施工工况模型，根据所述气象数据资料库和所述水动力数据库对不同波浪方向和周期下的船舶运动情况进行分析计算，根据针对船舶各个方向所受到的风速、水流速和浪高等情况的影响，对不同波浪方向和周期下的船舶运动情况进行分析计算，统计表格如下表：

表7 0至180度的工况示意表

S300，并结合采集的施工海域在天气窗口内的环境力，对船舶、吊具和吊索进行水动力分析，分析的施工船舶横摇响应的波形图请参阅图5。

根据以上计算的结果，得出的吊索长度为吊机大臂顶点到吊钩之间的危险长度，在这个长度范围内吊机吊钩受到船舶共振影响晃动程度最大，因此在吊装全过程中为了避免共振，吊装吊索到吊机顶点距离避开吊钩吊索共振长度。采用上述分析判断方法，加大了天气窗口期利用程度，精准判定了施工窗口，使得施工窗口的时间拉长了1至2天，并且可以进行准确的预判，使得船舶施工提前进入准备阶段，节约了大量时间成本。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.浮吊起吊天气窗口判定方法，其特征在于，包括如下步骤：

水动力分析，对所述船舶施工工况模型进行水动力分析，得出所述施工天气窗口的工况下船舶运动对应周期以及吊索晃动最大危险长度；

所述吊索晃动最大危险长度的计算公式为：

式中：l为吊索长度；

T为船舶运动晃动周期；

g为重力加速度。

2.如权利要求1所述的浮吊起吊天气窗口判定方法，其特征在于：所述水动力数据库还包括，还需要采集施工海域的平均水深。

3.如权利要求1所述的浮吊起吊天气窗口判定方法，其特征在于：所述水动力数据库包括潮流的方向、潮流的流速、波浪的高度以及波浪高度的对应周期。

4.如权利要求1所述的浮吊起吊天气窗口判定方法，其特征在于：所述气象数据资料库包括平均风速、平均最大风速、平均风向、平均频率、平均雨量、平均雨日、平均雾日、平均湿度和平均气温。

5.如权利要求4所述的浮吊起吊天气窗口判定方法，其特征在于：所述气象数据资料库包括至少为近三月的气象数据。

6.如权利要求1所述的浮吊起吊天气窗口判定方法，其特征在于：所述船舶资料数据库包括施工船舶甲板布置以及船舶装载和压载的情况。

7.如权利要求1所述的浮吊起吊天气窗口判定方法，其特征在于：所述船舶资料数据库包括所述吊机及索具的主钩和副勾在0至90度的臂角下的作业半径、起升高度和允许负荷。

8.如权利要求1至7任一项所述的浮吊起吊天气窗口判定方法，其特征在于：采用MOSES计算软件，建立船舶施工工况模型，并进行施工工况分析和水动力分析。

9.如权利要求1至7任一项所述的浮吊起吊天气窗口判定方法，其特征在于：在所述施工工况分析的步骤中，分析起吊时转动0至180度的工况下的不同波浪方向和周期下船舶运动情况。