葉中來

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

DP Heavy Lift是近幾年出現的一項新技術，是DP功能的一個拓展，也是DP起重船實現智能控制的現實需要。通常，為了證明船舶具備DP Heavy Lift功能，在實際驗收過程中建造方會根據船舶吊重能力及船舶DP能力進行海上DP Heavy Lift實效試驗。與起重機碼頭吊重試驗不同，前者是船舶固定在碼頭進行吊重，而后者船舶在海上且處于動力定位模式下進行吊重?？梢?，后者的風險更大，試驗時不僅需要考慮外界海況（風、浪、流）對船舶定位的影響，而且要考慮重物對船體施加的力矩影響。因此，本文將以國內某DP起重船在海上組織的DP Heavy Lift試驗為例，介紹一種目前相對安全的試驗方法。

1 試驗前準備及檢查項目

1.1 試驗前的準備

1.1.1 試驗前需要準備的設施設備

試驗以一艘4 500 t起重船為例。該船配備動力定位系統(tǒng)（DP3），具備DP Heavy Lift作業(yè)能力，錨泊定位系統(tǒng)。各專業(yè)涉及動力定位設備配置根據CCS船級社DP3規(guī)范要求進行。尾部安裝了一臺主起重機，在艉吊模式下起重達4 500 t，在全回轉模式下起重達3 500 t。船舶船長×型寬×型深為198.8 m×46.6 m×14.2 m，最大起重吃水11.0 m。

為驗證DP Heavy Lift功能的有效性，試驗前準備2個1 000 t水箱作為吊重物，同時需要一艘甲板運輸船作為2個1 000 t水箱的起吊和落位的載體。

1.1.2 試驗前需完善的功能和系統(tǒng)

第一，碼頭吊重試驗。船舶在試航前完成起重機的空載和靜態(tài)吊重試驗，測試起重機的吊重能力和船舶的壓載、調載功能。按照DP Heavy Lift調試程序完成試驗前的模擬測試，包括所有起重機系統(tǒng)和DP系統(tǒng)之間的信號參數接口測試，確保起重機的各項數據輸入正確。

第二，動力定位（Dynamic Positioning，DP）及動力定位系統(tǒng)故障模式分析試驗，在DP Heavy Lift試驗前船舶需完成常規(guī)的DP系統(tǒng)調試及動力定位系統(tǒng)故障模式分析測試，確保DP系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。

第三，船舶壓載系統(tǒng)、抗橫傾系統(tǒng)試驗。在DP Heavy Lift過程中，船舶往往會發(fā)生搖晃和橫縱傾。因此，船舶需要通過壓載系統(tǒng)和抗衡傾系統(tǒng)快速調整船舶的浮態(tài)，從而最大限度地保證船舶的整體安全。所以，試驗前船舶的壓載系統(tǒng)和抗橫傾系統(tǒng)需確保功能正常。

第四，DP Heavy Lift系統(tǒng)檢查，主要包括確認DP系統(tǒng)與起重機之間的信號通信正常、確認DP Heavy Lift軟件正常、確認外界海況影響、調節(jié)高精度增益曲線以及調節(jié)船舶與吊機的受風補償。

第五，觀察外界海況如風、浪、流等參數，選擇適宜DP Heavy Lift作業(yè)的天氣進行試驗，需對試驗時的周圍環(huán)境進行警戒，確保周邊除試驗用船外無其他船舶靠近。

1.2 試驗前的必要檢查

1.2.1 起重機電氣部分

起重機電氣部分主要包括中心集電器、高壓柜、變壓器、驅動系統(tǒng)、輔助配電柜、機構電機以及緊停系統(tǒng)等。如果存在長時間未運行，起重機上電時，需要將所有系統(tǒng)所屬加熱器（驅動系統(tǒng)還需要驅動風機）打開一段時間后上電運行，以避免潮氣影響電氣設備的性能。

1.2.2 起重機機械部分

起重機機械部分需檢查海運綁扎件，包括檢查主鉤、副鉤、小鉤、50 t索具鉤、20 t索具鉤、穩(wěn)鉤絞車、穩(wěn)貨絞車、臂架擱架與臂架結構之間、機房頂出繩罩以及人字架滑移滑輪等海運前綁扎加固過的區(qū)域。檢查綁扎件、鎖銷等是否有效移除并清理，及時清理或綁扎，排除墜落隱患。

1.2.3 吊重水箱、鋼絲繩狀態(tài)檢查

1.2.4 船舶控制系統(tǒng)

船舶控制系統(tǒng)主要包括船舶自動化系統(tǒng)、電站管理系統(tǒng)、高階發(fā)電機管理系統(tǒng)、DP控制系統(tǒng)、DP Heavy Lift控制系統(tǒng)、DP系統(tǒng)故障模式分析與測試報告、推進器輔助控制系統(tǒng)、壓載水控制系統(tǒng)、抗橫傾控制系統(tǒng)以及其他必要輔助系統(tǒng)等。

2 試驗原理

DP Heavy Lift技術整合DP技術與起重機技術，通過差分全球定位系統(tǒng)（Differential Global Positioning System，DGPS）采集船舶位置信息、重物位置信息以及重物落點信息來實現吊重物最終與落點位置重合的目的。它與普通DP定位時數據采集的主要區(qū)別在于在起重機臂架前端部靠近鋼絲繩轉向滑輪處位置安裝高精度DGPS天線。在DP Heavy Lift作業(yè)時，DGPS通過UHF天線將吊重物的準確位置傳輸給DP控制系統(tǒng)，通過在DP Heavy Lift系統(tǒng)中設定零增益區(qū)[1]、船舶狀態(tài)進行動態(tài)補償以及對重物實際坐標位置進行修正，達到精確吊裝到位的目的，同時最大限度地保障船舶的作業(yè)安全。DP Heavy Lift技術主要是考慮在整個吊重過程中從鉤頭開始受力到結束受力。這個外力通過起重機臂架施加到整個船舶上，造成船舶的震蕩。DP Heavy Lift技術通過推進系統(tǒng)對船舶施加反向力來限制和補償船舶狀態(tài)。首次試驗時需要根據實際情況設定波高、橫搖幅以及橫搖角的范圍，且根據DGPS測量被吊重物實際位置值進行修正[2]。

3 試驗風險分析

海上進行DP Heavy Lift試驗，增加了試驗風險。相較于碼頭常規(guī)吊重試驗，船舶除受到剪力彎矩影響，還會受到海上風、浪、流等海況影響，需在制定船舶壓載方案時予以考慮。另外，海上試驗時，船舶會隨著載荷力的突加突卸，導致船舶狀態(tài)出現較大改變。DP系統(tǒng)會通過推進器對船舶施加疊加影響，這個風險主要需要借助動力定位操作員的實際操作經驗以及DP系統(tǒng)技術來避免[3]。

4 試驗方案

試驗所需的主要物資和人員準備如下：1 000 t水箱2個，配相應鋼絲繩、卸扣、加水泵等；水箱尺寸10 m×10 m×12.5 m；甲板運輸船1艘，船長×型寬×吃水為234.93 m×43 m×8 m；多用途拖輪1艘；動力定位操作員2名，專業(yè)船長指揮、作業(yè)指揮、輔助人員、起重指揮若干；試驗前需獲得海事申請許可。根據完工裝載手冊中的DP Heavy Lift工況下船舶的吃水要求對船舶進行預壓載，同時開啟抗橫傾系統(tǒng)。甲板運輸船到達指定位置后，拋首錨穩(wěn)定，固定船位。多用途拖輪在甲板運輸船船尾部協(xié)助拋工作錨作為系固點。完成拋錨后，多用途拖輪移至周邊進行守護。起重船DP移船穩(wěn)定并調整好船位，將尾部正對甲板運輸輪舷側，兩船距約200 m。船舶穩(wěn)定后，起吊2 000 t水箱至船艉（即起重機臂架抬升，將2 000 t配重（水箱）起升，穩(wěn)定到合適臂架幅度約65°開始旋轉，將臂架從艏向旋轉至艉向180°）。整個起重回轉的過程中，船舶抗橫傾系統(tǒng)將根據船舶的橫傾狀態(tài)進行自動調載。船舶的橫傾角不大于±1°，旋轉至艉向，調整至試驗變幅（鉤頭至旋轉中心50 m），如圖1所示。

圖1 實驗方案示意圖

在DP Heavy Lift模式下且船舶穩(wěn)定后，利用船舶DP定位功能移船至甲板運輸船旁。過程中進行首向調整，并記錄首向值及變化量。待兩船直線距離約30 m時，DP減速移船，穩(wěn)定船位慢慢至15 m，調整水箱距運輸船甲板面高度約0.5 m（視涌浪大小，現場調整高度）。此時，主鉤鉤頭位于運輸船甲板中心線上，理論上兩船距離為15 m。穩(wěn)定后，記錄相關數據，數據記錄好后將水箱落至甲板面，鋼絲繩松弛，記錄整個卸載過程中相關數據變化的最大值。尾部卸載狀態(tài)數據記錄完畢。

船舶穩(wěn)定后，記錄相關數據（為快速加載前初始狀態(tài)）。記錄好后將水箱快速提起，記錄此過程中的船位最大變化值。試驗結束后DP移船離開，試驗結束。方案實施現場圖，如圖2所示。

圖2 方案實施現場圖

5 結果與存在的問題

5.1 結果

水箱在卸載至甲板運輸船上時，起重船瞬時船位偏差最大0.7 m；起鉤掛載時，起重船瞬時船位偏差最大1.3 m。試驗時，它能準確落在指定位置，且落位平穩(wěn)，同時起重船與甲板運輸船相對位置保持安全。

5.2 存在的問題

由于DP Heavy Lift系統(tǒng)調試需要起重機在吊重狀態(tài)下，而系統(tǒng)電腦采集環(huán)境數據和人工設置零增益區(qū)，需要一定的時間。在此過程中，吊重物容易出現左右搖擺現象，且與DP系統(tǒng)維持船位動作相反，導致擺幅越來越大。因此，需要多進行幾次試驗調整系統(tǒng)內各項參數，從而最終精準控制船位，且最大限度地控制吊重物在空中的擺幅，直至震蕩衰減保持和船位相對靜止。

6 結語

DP Heavy Lift技術作為隨著市場需求出現的新技術，結合DP系統(tǒng)及起重機系統(tǒng)來控制船舶狀態(tài)。所述的DP起重船DP Heavy Lift實效試驗為國內首次驗證，驗證結果證明了DP Heavy Lift功能的有效性能，對國內大噸位全回轉起重船今后的海上DP Heavy Lift實效吊重試驗具有重要的借鑒意義。