巨型上部组块双驳船浮托安装中对接作业的数值模拟与作业性评估研究

《Ocean Engineering》：Numerical modelling and operational assessments of mating operations of twin-barge floatover installation for mega topsides

本文针对巨型海上平台上部组块安装难题，开发了弹性连接双驳船浮托系统的多体耦合时域运动算法，精准模拟了0%、50%、100%载荷转移阶段的多体水动力相互作用与对接单元（DSU/LMU）载荷，并通过实验验证了模型可靠性。研究为双驳船浮托安装的关键作业参数（如波高、周期）提供了重要设计依据与安全评估标准。

　　

研究亮点

数值建模

在双驳船浮托安装的载荷转移阶段，两艘驳船通过甲板支撑单元（DSUs）与上部组块连接，而上部组块则通过支腿对接单元（LMUs）与导管架相连。本研究将LMUs/DSUs简化为三个弹簧模型，忽略对接单元的阻尼与扭转效应。上部组块通过多个对接单元与双驳船连接，详见图1。L_i（i=1,2,3）和R_i（i=1,2,3）代表DSUs，A_i（i=1,2,3）和B_i（i=1,2,3）代表LMUs。

实验建模

双驳船浮托安装的实验研究在天津大学港口与海洋工程实验室完成。该水池长55米、宽40米、深1.5米，具备模拟风、浪、流海洋环境的能力。实验采用1:40的缩尺比，水深0.55米，对应原型水深22米。双驳船浮托系统使用两艘相同驳船，分别为Barge A和Barge B。

实验结果与数值结果对比

本研究通过系统对比实验数据验证了所提出的数值方法。验证涵盖三个载荷转移阶段（0%、50%、100%），分析了驳船与上部组块的运动响应以及对接单元的载荷。由于双驳船在顶浪中对称布置且运动响应一致，仅分析其中一艘驳船。

基于对接点相对运动与载荷的作业性评估

精准预测插销运动与对接单元载荷对双驳船浮托安全至关重要，过高数值可能超出捕获半径或设计极限。第4节验证了数值模型，使得在0%/50%/100%载荷转移阶段的作业可行性评估成为可能。通过分析顶浪条件下（有效波高Hs=1.0–2.5米，峰值周期Tp=5–15秒）DSU-R1和LMU-A1单元，为作业天气窗口提供了关键参考。

结论

本研究开发了浮托安装过程中弹性连接双驳船系统的数值模型，考虑了水动力与机械相互作用，并通过物理模型试验验证了模型。分析了载荷转移过程中对接点的相对运动与载荷变化，评估了不同波高与周期下插销的相对运动与对接单元载荷，以判断作业可行性。