CN112131666B - 一种利用全站仪优化模块支墩结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用全站仪优化模块支墩结构的方法，包括以下步骤：建立主船体三维坐标系；对模块支墩结构进行理论三维建模；在主甲板的各个分段中划出支墩底面定位线；确定若干数据采集点；采用全站仪对数据采集点进行坐标采集；将获取的各个数据采集点在全站仪三维坐标系下的三维坐标转换成主船体三维坐标系的实际三维坐标；根据各个支墩底面对应的数据采集点在主船体三维坐标系的实际三维坐标，对各个支墩重新建模以获取模块支墩结构的优化三维模型。本发明对模块支墩结构中支墩底面的实际形状建模，有效解决主甲板水平误差及加强装配误差的影响，实现了模块支墩结构的无余量无修切合拢，缩短工期，减少人工物量支出，增加企业效益。

Description

一种利用全站仪优化模块支墩结构的方法

技术领域

本发明属于船舶及海洋工程设置技术领域，具体涉及一种利用全站仪优化模块支墩结构的方法。

背景技术

浮式生产储油卸油系统(FPSO)是油气生产、储存及外输于一体模块化高度集成的高端海洋工程装备。与其他形式石油生产平台相比，FPSO具有抗风浪能力强，适应水深范围广，储/卸油能力大，以及可转移、重复使用的优点，广泛适合于远离海岸的深海、浅海海域及边际油田的开发，己成为海上油气田开发的主流生产方式。

目前，浮式生产储油卸油系统(FPSO)的主甲板上部布置有多种工艺处理模块，各个工艺处理模块通过各自的模块支墩结构与船体的主甲板连接。其中，模块支墩结构如图1所示，其包括上部的支撑框架01以及位于支撑框架底部的支墩02，每个支墩02顶部通过多个支撑管03与支撑框架01相连；而支墩02的结构如图2所示，包括顶板021、侧板022，顶板021与四个侧板022组成四棱台结构，其中四个侧板022之间设置有垂直交叉的中心板023，其中中心板023侧边端部分别与相应侧板022的中部相连。

目前，模块支墩结构在建造时，首先根据其上部工艺处理模块相对于主甲板所处的位置、高度对模块支墩结构进行理论建模，确定支撑框架01底部的支墩02的数量以及各个支墩02之间的距离，然后根据理论模型出图下料制作。其中，由于进行的是理论建模，因此各个支墩02的底面在理论模型中与理论上的主甲板上表面相贴，因此各个支墩02的底面是与理论上主甲板的上表面位于同一斜面上的。

但是由于主甲板是分段制作的，因此最终制作完成的主甲板上表面的整体平整度和支墩对位加强结构的相对位置是有误差的。因此，为了保证模块支墩结构上部工艺处理模块安装的水平度和下表面结构对位要求，模块支墩结构与主甲板装配时，需要对一些支墩的底部进行修切、堆焊、开刀以弥补主甲板平整度和结构对位精度的误差，从而造成较大的人力和工期的浪费。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种利用全站仪优化模块支墩结构的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用全站仪优化模块支墩结构的方法，包括以下步骤：

步骤1：建立船长方向、船宽方向、船高方向的主船体三维坐标系；

步骤2：在主船体三维坐标系下，对主甲板与上部工艺处理模块之间的模块支墩结构进行理论三维建模以获取模块支墩结构的理论三维模型；同时得到模块支墩结构中各个支墩底面对应的主甲板上的位置；

步骤3：主甲板分段生产时，在主甲板的各个分段中划出相应支墩四个侧板底面投影的定位线；连接相对的两段定位线的中点，划出两条垂直的中心定位线；

步骤4：主甲板各个分段合拢后，在各个支墩对应的定位线、中心定位线上确定若干数据采集点；

步骤5：建立全站仪三维坐标系，采用全站仪对同一工艺处理模块下所有支墩对应的所有数据采集点进行全站仪三维坐标系下的三维坐标采集；

步骤6：将步骤5中获取的各个数据采集点在全站仪三维坐标系下的三维坐标转换成主船体三维坐标系的实际三维坐标；

步骤7：以步骤2中获得的模块支墩结构的理论三维模型为基准，根据步骤6中得到的各个支墩底面对应的数据采集点在主船体三维坐标系的实际三维坐标，对各个支墩重新建模以获取模块支墩结构的优化三维模型。

优选的，所述步骤3中，所述支墩底面的定位线与相应支墩中四个侧板底面厚度方向的中心线一致。

优选的，所述步骤3中，定位线、中心定位线划完之后，在主甲板上沿所划的定位线、中心定位线粘贴胶带实现对定位线、中心定位线的保护。

优选的，所述步骤3中，在每段定位线外侧两端的主甲板上分别设置洋铳眼。

优选的，所述步骤3中，在定位线的外围划出与定位线相平行的检验线；所述洋铳眼位于相应的检验线上。

优选的，所述定位线与检验线之间的垂直距离为100mm。

优选的，所述步骤4中，将各个支墩对应定位线的四个交点、中心定位线与定位线的四个交点、两条中心定位线的一个交点作为数据采集点。

优选的，所述步骤5中，采用全站仪采集数据采集点坐标的步骤如下：

步骤51：在主甲板上预制基准标杆和基准光靶；

步骤52：在基准标杆与数据采集点之间架设全站仪，使用全站仪对基准光靶进行测量确定高度基准点，从而确定全站仪三维坐标系；

步骤53：在步骤确定的高度基准下，采用全站仪对所有数据采集点进行全站仪三维坐标系下的三维坐标采集。

优选的，所述步骤7中，对各个支墩重新建模以获取模块支墩结构的优化三维模型的步骤如下：

步骤71：根据步骤2中模块支墩结构的理论三维模型，获得各个支墩顶面上若干理论点的理论坐标值；每个支墩顶面选取5个理论点：位于支墩顶面中心的中心理论点、位于支墩顶面四条边中心的四个理论点；

步骤72：每个支墩根据顶面上的5个理论点的理论坐标值和底面上的9个数据采集点的实际坐标值，通过三点定面确定组成支墩的各个侧板、中心板的中心平面；

步骤73：根据各个支墩底面9个数据采集点的实际坐标值，结合各个侧板、中心板的设计厚度，在模块支墩结构的理论三维模型基础上，对各个支墩中各个侧板、各个中心板的底面模型进行修正；

步骤74：根据步骤72中重新确定的支墩中各个侧板、中心板的中心平面以及步骤73中修正后的支墩中各个侧板、各个中心板的底面模型，对各个支墩的侧板、中心板进行重新建模以获取模块支墩结构的优化三维模型。

本发明的有益效果是：

本发明的方法，在主甲板建造时对模块支墩结构中支墩对应的位置划出定位线，使用全站仪对定位线上的数据采集点进行测量，得到各个支墩底面上数据采集点的实际坐标值；根据支墩底面各个数据采集点的实际坐标值对模块支墩结构的理论三维模型进行优化；

本发明将传统的先设计后建造改成了边建造边设计，在船舶建造具备条件后通过全站仪对主甲板上模块支墩结构的安装位置进行实际测量，得到主甲板上表面实际的建造状态，从而对模块支墩结构中支墩底面的实际形状建模，有效的解决了主甲板水平误差及加强装配误差的影响，实现了模块支墩结构的无余量无修切合拢，缩短工期，减少人工物量支出，增加企业效益。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是模块支墩结构的结构示意图；

图2是模块支墩结构中支墩的剖视图；

图3是本发明中主甲板上的划线示意图；

图4是本发明中每个支墩对应数据采集点的位置示意图；

图5是本发明中全站仪测量系统的示意图；

图6是一个支墩的9个数据采集点的理论坐标以及X、Y、Z三个方向的偏差示意图；

图7是一个支墩底面的9个数据采集点与顶面上的5个理论点的示意图；

其中，

01-支撑框架，02-支墩，021-顶板，022-侧板，023-中心板，03-支撑管；

1-主甲板，2-定位线，21-洋铳眼，22-检验线，3-中心定位线，4-数据采集点，5-基准标杆，6-基准光靶，7-全站仪。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“底”、“顶”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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种利用全站仪优化模块支墩结构的方法，包括以下步骤：

步骤1：建立船长方向、船宽方向、船高方向的主船体三维坐标系；

步骤2：在主船体三维坐标系下，对主甲板1与上部工艺处理模块之间的模块支墩结构进行理论三维建模以获取模块支墩结构的理论三维模型；同时得到模块支墩结构中各个支墩底面对应的主甲板1上的位置；

具体地，根据主船体上主甲板1与上部工艺处理模块之间的位置关系以及上部工艺处理模块的体积与重量，对模块支墩结构进行三维建模；其中，理论建模是以主甲板1的上表面为光滑的斜面为基础的，因此，得到的理论三维模型中，模型支墩结构中各个支墩的底面是与理论上主甲板的上表面位于同一斜面上的。

步骤3：主甲板1分段生产时，在主甲板1的各个分段中划出相应支墩02四个侧板底面投影的定位线2；连接相对的两段定位线2的中点，划出两条垂直的中心定位线3；其中，主甲板1的划线示意如图3所示，每个支墩02底面的定位线2与中心定位线3形成田字形。

具体地，所述步骤3中，所述支墩02底面的定位线2与相应支墩02中四个侧板底面厚度方向的中心线一致，即定位线2共有四段。

具体地，所述步骤3中，定位线2、中心定位线3划完之后，在主甲板1上沿所划的定位线2、中心定位线3粘贴胶带实现对定位线2、中心定位线3的保护，即采用胶带覆盖住定位线2、中心定位线3，保证主甲板1分段打磨涂装时不会破坏定位线2和中心定位线3。

具体地，所述步骤3中，在每段定位线2外侧两端的主甲板1上分别设置洋铳眼21。洋铳眼21主要是涂装后重新坎划检验线22使用，并用胶带进行保护。

具体地，所述步骤3中，在定位线2的外围划出与定位线2相平行的检验线22，所述洋铳眼21位于相应的检验线22上。

具体地，所述定位线2与检验线22之间的垂直距离为100mm。

本申请中所划的定位线2是各个侧板板厚方向的中心线，模块支墩结构整体装配上之后定位线2就被相应的支墩覆盖住了，需要用检查线22来检验各个支墩是否定位准确。

步骤4：主甲板1各个分段合拢后，在各个支墩02对应的定位线2、中心定位线3上确定若干数据采集点4；其中，每个支墩02数据采集点的位置示意如图4所示；在主甲板1各个分段上确定的这些数据采集点4代表的是支墩底面实际对应的点，由于主甲板1建造的误差，这些点不一定位于同一平面上；

具体地，所述步骤4中，将各个支墩02对应定位线2的四个交点、中心定位线3与定位线2的四个交点、两条中心定位线3的一个交点作为数据采集点；即每个支墩02对应的定位线2处确定9个数据采集点，如图4所示。

步骤5：建立全站仪三维坐标系，采用全站仪对同一工艺处理模块下所有支墩02对应的所有数据采集点4进行全站仪三维坐标系下的三维坐标采集；

具体地，所述步骤5中，采用全站仪采集数据采集点4坐标的步骤如下：

步骤51：在主甲板1上预制基准标杆5和基准光靶6；

步骤52：如图5所示，在基准标杆5与数据采集点4之间架设全站仪7，使用全站仪7对基准光靶6进行测量确定高度基准点，从而确定全站仪三维坐标系；

步骤53：在步骤52确定的高度基准下，采用全站仪7对所有数据采集点4进行全站仪三维坐标系下的三维坐标采集。

步骤6：将步骤5中获取的各个数据采集点4在全站仪三维坐标系下的三维坐标转换成主船体三维坐标系的实际三维坐标；即通过全站仪的测量以及换算分析，得到这些数据采集点在主船体三维坐标系的实际三维坐标；

将全站仪测量的各个数据采集点4的坐标进行主船体坐标系下X、Y、Z三个方向的换算，得出每个支墩上9个数据采集点在X、Y、Z方向相对于理论坐标的偏差，经过计算后分别代表各个支墩02上数据采集点在主船体坐标系下的实际坐标。

例如，其中一个支墩的9个数据采集点的理论坐标以及X、Y、Z三个方向的偏差如图6所示。例如点1，其理论坐标为(X＝92510，Y＝-4935，Z＝27504)，该理论坐标是根据步骤2中的理论三维模型得到的；而通过全站仪测量后，这些数据采集点的实际三维坐标与理论坐标之间存在偏差，每个方向上的偏差为括号后面的数字，例如点1的实际三维坐标与理论三维坐标在X方向上的偏差为6、在Y方向上的偏差为0、在Z方向上的偏差为18。

因此，各个数据采集点的理论坐标加上相应的偏差就能得到主船体三维坐标系的实际三维坐标。

步骤7：以步骤2中获得的模块支墩结构的理论三维模型为基准，根据步骤6中得到的各个支墩02底面对应的数据采集点在主船体三维坐标系的实际三维坐标，对各个支墩重新建模以获取模块支墩结构的优化三维模型。

具体地，所述步骤7中，对各个支墩重新建模以获取模块支墩结构的优化三维模型的步骤如下：

步骤71：根据步骤2中模块支墩结构的理论三维模型，获得各个支墩02顶面上若干理论点的理论坐标值；每个支墩02顶面选取5个理论点：位于支墩02顶面中心的中心理论点、位于支墩02顶面四条边中心的四个理论点；

步骤72：每个支墩02根据顶面上的5个理论点的理论坐标值和底面上的9个数据采集点的实际坐标值，通过三点定面确定组成支墩02的各个侧板、中心板的中心平面；

步骤73：根据各个支墩02底面9个数据采集点的实际坐标值，结合各个侧板022、中心板023的设计厚度，在模块支墩结构的理论三维模型基础上，对各个支墩02中各个侧板022、各个中心板023的底面模型进行修正；

步骤74：根据步骤72中重新确定的支墩02中各个侧板022、中心板023的中心平面以及步骤73中修正后的支墩中各个侧板、各个中心板的底面模型，对各个支墩的侧板、中心板进行重新建模以获取模块支墩结构的优化三维模型。

例如，其中一个支墩底面的9个数据采集点的实际坐标值与顶面上的5个理论点的理论坐标值如图7所示。

其中：

点1、点3、中心理论点1确定第一中心板的中心平面；

点1、点7、中心理论点1确定第二中心板的中心平面；

点5、点9、中心理论点1确定第三中心板的中心平面；

点2、点8、理论点3确定第一侧板的中心平面；

点4、点6、理论点2确定第二侧板的中心平面；

点3、点4、理论点4确定第三侧板的中心平面；

点2、点3、理论点4确定第四侧板的中心平面；

点7、点8、理论点5确定第五侧板的中心平面；

点6、点7、理论点5确定第六侧板的中心平面；

点1～点9的实际坐标值确定该支墩各个侧板、中心板修正后的底面模型；

相应侧板修正后的底面模型沿相应侧板的中心平面延伸至顶板处，得到该侧板的优化模型；

相应中心板修正后的底面模型沿相应中心板的中心平面延伸至顶板处，得到该中心板的优化模型；

每个支墩中所有侧板、中心板的优化模型与模块支墩结构理论三维模型中的顶板模型组合在一起，共同形成每个支墩的优化三维模型，从而得到模块支墩结构的优化三维模型。

采用本发明的方法，在主甲板1建造时对模块支墩结构中支墩对应的位置划出定位线，使用全站仪对定位线上的数据采集点进行测量，得到各个支墩底面上数据采集点的实际坐标值；根据支墩底面各个数据采集点的实际坐标值对模块支墩结构的理论三维模型进行优化。

本发明将传统的先设计后建造改成了边建造边设计，在船舶建造具备条件后通过全站仪对主甲板上模块支墩结构的安装位置进行实际测量，得到主甲板上表面实际的建造状态，从而对模块支墩结构中支墩底面的实际形状建模，有效的解决了主甲板水平误差及加强装配误差的影响，实现了模块支墩结构的无余量无修切合拢，缩短工期，减少人工物量支出，增加企业效益。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种利用全站仪优化模块支墩结构的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1：建立船长方向、船宽方向、船高方向的主船体三维坐标系；

步骤2：在主船体三维坐标系下，对主甲板与上部工艺处理模块之间的模块支墩结构进行理论三维建模以获取模块支墩结构的理论三维模型；同时得到模块支墩结构中各个支墩底面对应的主甲板上的位置；

步骤3：主甲板分段生产时，在主甲板的各个分段中划出相应支墩四个侧板底面投影的定位线；连接相对的两段定位线的中点，划出两条垂直的中心定位线；

步骤4：主甲板各个分段合拢后，在各个支墩对应的定位线、中心定位线上确定若干数据采集点；

步骤5：建立全站仪三维坐标系，采用全站仪对同一工艺处理模块下所有支墩对应的所有数据采集点进行全站仪三维坐标系下的三维坐标采集；

步骤6：将步骤5中获取的各个数据采集点在全站仪三维坐标系下的三维坐标转换成主船体三维坐标系的实际三维坐标；

步骤7：以步骤2中获得的模块支墩结构的理论三维模型为基准，根据步骤6中得到的各个支墩底面对应的数据采集点在主船体三维坐标系的实际三维坐标，对各个支墩重新建模以获取模块支墩结构的优化三维模型；

所述步骤4中，将各个支墩对应定位线的四个交点、中心定位线与定位线的四个交点、两条中心定位线的一个交点作为数据采集点；

所述步骤7中，对各个支墩重新建模以获取模块支墩结构的优化三维模型的步骤如下：

步骤71：根据步骤2中模块支墩结构的理论三维模型，获得各个支墩顶面上若干理论点的理论坐标值；每个支墩顶面选取5个理论点：位于支墩顶面中心的中心理论点、位于支墩顶面四条边中心的四个理论点；

步骤72：每个支墩根据顶面上的5个理论点的理论坐标值和底面上的9个数据采集点的实际坐标值，通过三点定面确定组成支墩的各个侧板、中心板的中心平面；

步骤73：根据各个支墩底面9个数据采集点的实际坐标值，结合各个侧板、中心板的设计厚度，在模块支墩结构的理论三维模型基础上，对各个支墩中各个侧板、各个中心板的底面模型进行修正；

步骤74：根据步骤72中重新确定的支墩中各个侧板、中心板的中心平面以及步骤73中修正后的支墩中各个侧板、各个中心板的底面模型，对各个支墩的侧板、中心板、底板进行重新建模以获取模块支墩结构的优化三维模型。

2.如权利要求1所述的利用全站仪优化模块支墩结构的方法，其特征是，所述步骤3中，所述支墩底面的定位线与相应支墩中四个侧板底面厚度方向的中心线一致。

3.如权利要求1所述的利用全站仪优化模块支墩结构的方法，其特征是，所述步骤3中，定位线、中心定位线划完之后，在主甲板上沿所划的定位线、中心定位线粘贴胶带实现对定位线、中心定位线的保护。

4.如权利要求2所述的利用全站仪优化模块支墩结构的方法，其特征是，所述步骤3中，在每段定位线外侧两端的主甲板上分别设置洋铳眼。

5.如权利要求4所述的利用全站仪优化模块支墩结构的方法，其特征是，所述步骤3中，在定位线的外围划出与定位线相平行的检验线；所述洋铳眼位于相应的检验线上。

6.如权利要求5所述的利用全站仪优化模块支墩结构的方法，其特征是，所述定位线与检验线之间的垂直距离为100mm。

7.如权利要求1所述的利用全站仪优化模块支墩结构的方法，其特征是，所述步骤5中，采用全站仪采集数据采集点坐标的步骤如下：

步骤51：在主甲板上预制基准标杆和基准光靶；

步骤52：在基准标杆与数据采集点之间架设全站仪，使用全站仪对基准光靶进行测量确定高度基准点，从而确定全站仪三维坐标系；

步骤53：在步骤确定的高度基准下，采用全站仪对所有数据采集点进行全站仪三维坐标系下的三维坐标采集。