课题来源：国家工信部海洋工程装备科研项目（编号：Z16SJENI0071）。 课题背景：本课题以深水铺管起重船"HYSY201"、多功能水下工程船"HYSY286"等海洋工程作业船舶及ROV等海洋工程装备为主要依托，深入开展深水铺管、水下安装、水下维修、浮托作业等典型海洋工程作业特点及其风险控制研究，突破总体构架设计与系统集成、基于运动学与水动力学的数学模型、分布式仿真时空一致性、水下作业评估体系与评估模型、视景仿真等关键技术，研发一套具有自主知识产权的水下作业仿真测试平台，并对海上典型水下作业工程案例（深水铺管、水下安装、浮托安装等）进行方案验证、过程预演与安全评估。 技术原理：课题根据海洋工程安装作业特点，进行仿真测试平台的总体架构与系统集成方案设计；开展多浮体理论模型研究，应用多刚体动力学和三维势流理论相结合的方法，建立刚柔耦合多系统耦合运动学模型；并使用计算机辅助设计软件建立海洋装备（导管架、驳船、码头等）的三维几何模型。基于计算机图形学理论，使用OpenGL及DirectX图形包实现三维几何模型的图像渲染功能。应用对等互联网络理论，构建仿真时空一致的计算机通讯网络，连接运动学模型、半物理操控台、三维视景软件等物理计算机节点，将运动学模型计算结果与半物理操控台操作指令驱动视景软件中的几何模型位姿。通过对仿真过程的人员操作、运动学模型历时曲线、干涉碰撞检查等多方面因素分析，结合海上施工作业风险源数据库实现对方案的预演、验证、评估及优化。 性能指标： （1）具备500米水深起重、铺管、水下产品设施安装、浮托安装等典型作业方案预演与评估功能； （2）具备典型水下工程作业风险分析评估功能； （3）具备水下生产运营仿真测试功能； 技术的创造性与先进性：项目设计了模块化的船舶六自由度运动模型框架，结合安装作业过程中船舶、锚缆、吊物、管道等相互之间的作用特性，提出了刚柔耦合多系统耦合运行学模型，并基于GPU高性能计算技术实现了作业工况下船舶运动的实时解算，计算频率高于60Hz,明显优于挪威DNV船级社对船舶运动解算不低于30Hz的要求，同时典型工况下仿真结果与实船采集数据、模型试验数据比对，其误差不大于10%，满足工程仿真精度要求。根据对荷兰鹿特丹海事安全仿真中心STC（Safety Training Center）、挪威海洋工程仿真中心OSC（Offshore Simulation Center）等北欧海洋工程强国的仿真技术中心的调研，大多采用简化的锚缆力计算模型，未能体现船舶与锚缆、管道、吊物的耦合运动相互影响，且无法进行运动的实时解算。 技术成熟度：已进行产业化应用。 适用范围：深水铺管、水下安装、水下生产运营、浮拖安装、海上吊装作业过程仿真； 安全性：无风险。 应用情况：该项科技研究成果成功应用于文昌9-2/9-3、渤中34-9、东方13-2浮托安装项目工程化仿真，同时该平台架构为中海油海洋石油工程股份有限公司"海洋工程数字化化中心"的提供了核心技术支持，目前该中心已进入产业化阶段。从应用情况来看，主要针对移船就位、进船300米、进船50米、ROV水下安装维修与海上吊装作业等典型科目进行了协同演练，验证了系统运行的稳定性。 存在的问题：仿真系统存在进一步完善的空间，如实船数据采集如何更有效验证和校核船舶运动模型、提升模型逼真度等；另外对于作业方案评估方面建议依托具有丰富作业经验的船长和作业总监构建专家库，以确保预演评估的完备性和科学性。 历年获奖情况：无。

哈尔滨工程大学

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