在数字医疗工程框架内，针对老化夹克式平台（jacket platforms）的数字孪生体（digital twin）的计算方法

《Ocean Engineering》：A calculation method for the digital twin of aging jacket platforms within the digital healthcare engineering framework

老化 jacket 平台数字孪生计算方法研究提出基于数字健康工程（DHE）框架的集成计算模型，结合代理模型与 Morison 方程实现风浪流载荷的快速计算，采用多尺度有限元分析（宏观梁单元+局部壳体/实体单元）量化腐蚀、裂纹及凹陷等缺陷对剩余极限强度的影响，并通过多工况案例验证了该方法在确保计算精度（误差<5%）与效率（耗时从小时级降至分钟级）上的有效性。

　　### 离岸导管架平台的数字化双胞胎计算方法

离岸导管架平台在恶劣的海洋环境中长期运行，其结构可能因老化而产生一系列缺陷，这些缺陷会降低平台的承载能力。因此，开发一种能够高效计算环境载荷和剩余极限承载力的方法，以实现实时监测平台安全等级，是确保平台安全运行的关键。然而，目前的计算方法存在系统性缺陷和低效率的问题，缺乏对老化结构缺陷的有效分析手段。本文提出了一种基于数字化医疗工程（DHE）框架的离岸导管架平台数字化双胞胎计算方法，旨在实现对现场测量获得的环境和缺陷参数的高效分析。具体而言，建立了基于代理模型、Morison方程和波浪理论的环境载荷计算框架，同时开发了基于多尺度有限元模型、非线性有限元分析和结构缺陷模拟方法的剩余极限承载力计算框架。该方法形成了一种标准化的分析流程，能够在保证计算精度的同时提升效率，减少计算时间，并有效分析监测数据。通过一个具体的导管架平台案例研究，验证了所提出方法的有效性。

### 引言

导管架平台在离岸油气开发中发挥着重要作用（Zheng et al., 2024）。许多平台即使达到设计使用寿命后，仍继续运行。随着服务期的延长，导管架平台的老化问题愈发显著。延长这些平台的使用寿命可以显著提高资源开发的经济效益（Huang et al., 2025）。然而，恶劣的海洋环境和结构老化也对平台的安全运营带来了重大风险和挑战。实施有效的结构监测和健康管理是确保其安全运行的关键措施（Wahab et al., 2020）。

然而，现有的导管架平台结构健康管理方法在实时性和数字化、智能化方面表现不佳。特别是在面对复杂的海洋环境，如风暴时，很难实现实时和准确的安全评估与决策（Fadzil et al., 2024）。为了解决这些问题，Paik（2024）提出了数字化医疗工程（DHE）的概念，为老化离岸结构的健康管理提供了一套全面的解决方案。这一概念利用数字技术、通信系统和人工智能，实现对结构健康状态的实时评估和决策。

DHE由五个相互关联的模块组成（Sindi et al., 2025）：（1）现场健康参数的测量；（2）数据传输和通信；（3）利用数字双胞胎进行数据的分析和可视化；（4）基于人工智能的诊断和维修建议；以及（5）对未来健康状况的预测。DHE的概念模型如图1所示。

### 环境载荷计算

环境载荷的计算是数字化双胞胎方法的核心组成部分之一，主要包括风载荷、波浪载荷和洋流载荷。在风载荷计算中，传统的标准公式方法虽然简单且计算速度快，但忽视了风的湍流强度、上部模块之间的气动相互作用以及不同模块之间的屏蔽效应（Liu et al., 2021）。因此，本文提出了一种基于Kriging代理模型的风载荷计算方法，以解决这些问题。该方法通过现场测量数据生成样本点，利用计算流体力学（CFD）进行风载荷的计算，从而构建代理模型，实现风载荷的快速和准确计算。

波浪载荷的计算通常分为四个步骤，如图4所示。首先，需要确定海况参数，主要包括波浪参数和海洋环境参数。波浪参数主要包括波浪高度、周期和波长，这些参数描述了波浪的特征。海洋环境参数则主要指水深。在确定了这些参数后，需要选择合适的波浪理论，以计算波浪载荷。根据波浪的线性化程度，波浪理论可以分为线性和非线性两类。空气波浪理论是一种典型的线性波浪理论，它假设波浪的非线性效应可以忽略不计。然而，在实际工程中，波浪的陡度（波浪高度与波长的比值）通常不是极小值，而是相对较大的值。因此，非线性波浪理论在极端海况下更为适用，因为它能够更准确地预测波浪形状、速度场和波浪力。在实际应用中，深水波浪可以使用线性波浪理论和Stokes波浪理论进行计算，而浅水波浪则主要使用cnoidal波浪理论。在实际工程中，通常已知波浪高度（H）、波浪周期（T）和水深（d）等参数，可以根据这些参数和分散关系计算波浪长度（L）。根据波浪理论选择的标准，如果水深与波浪长度的比值（d/L）大于等于0.2，且波浪高度与水深的比值（H/d）小于等于0.2，则使用线性波浪理论。如果d/L大于等于0.1，且H/d大于0.2，则使用Stokes波浪理论。如果d/L小于0.1，则使用cnoidal波浪理论。在实际应用中，需要根据已知的海况参数选择合适的波浪理论。

洋流载荷的计算也可以使用Morison方程。在工程实践中，洋流通常被视为稳态流动，因此可以忽略惯性项，只保留阻力项。洋流载荷的计算公式如方程（17）所示（Zhang et al., 2020）。在计算洋流载荷时，首先需要获得洋流速度剖面，即不同深度的流速。为了计算总洋流力，可以采用类似于波浪载荷计算的方法：将结构离散化，计算每个元素的阻力力，然后将这些力相加以得到总洋流力。当波浪和洋流同时存在时，阻力力应基于波浪粒子速度和洋流速度的叠加来计算。

### 导管架平台建模

导管架平台建模主要包括两个部分：完整平台的全局有限元模型和老化相关的缺陷建模。首先，构建完整平台的全局有限元模型。根据不同结构组件的特性选择适当的元素类型，并应用合适的边界条件和材料属性。随后，将老化相关的缺陷如腐蚀、疲劳裂纹和机械凹陷引入完整模型中，完成老化导管架平台的建模。在建模老化结构时，采用多尺度有限元分析方法：在局部缺陷区域使用细尺度模型以捕捉细节特征，而全局导管架结构则使用较大的尺度元素进行建模。通过定义适当的连接关系，实现不同尺度元素之间的耦合。这一策略在保证建模精度的同时显著减少了总元素数量，从而提高了计算效率。

### 极限承载力计算

接下来，需要计算导管架平台的极限承载力。非线性推覆分析（Pushover）是基于弹塑性结构分析原理的一种有效方法，用于评估结构的总体坍塌抗力和极限承载能力。此外，Pushover分析还可以研究结构在超过设计值的载荷下的失效过程和失效模式。Pushover分析的流程如图8所示。首先，应用设计环境载荷。载荷过程可以分为两个步骤。在第一步中，应用重力和浮力载荷。重力载荷应包括导管架平台自身的重量和上部模块的重量。这些重力和浮力载荷在后续分析中保持不变。在第二步中，应用设计环境载荷参数，应用风、波浪和洋流的三向载荷。这些载荷在最不利的方向上应同时应用。

载荷逐渐增加。横向环境载荷被逐步放大以进行Pushover分析。在Pushover过程中，需要考虑上部模块重量引起的P-Delta效应，当结构发生塑性变形和大位移时。监测结构响应。在Pushover分析中，可以监测和跟踪整体结构响应以及组件的屈服和失效机制。

判断是否达到极限状态。可以通过多种方法判断导管架平台是否达到极限状态。由于导管架结构是超静定结构，当构件屈服或节点失效时，结构系统中的内部力会重新分布。当剩余结构系统或其一部分形成机构时，整个结构系统的刚度矩阵会变得奇异。这一条件表明结构已达到极限状态。此外，当Pushover曲线变得平缓，且载荷的微小增加导致位移的显著增加或曲线出现下降分支时，这也被认为是结构坍塌和极限承载力的标志。

绘制结果曲线。当结构达到极限承载力时，可以绘制Pushover曲线以反映结构的Pushover过程。Pushover曲线记录了结构从线弹性响应到弹塑性响应，最后坍塌的整个过程。初始时，当施加的环境载荷小于构件的屈服载荷Fy时，结构响应线弹性，对应的Pushover曲线是一条通过原点的直线或近似直线。当载荷超过Fy时，构件开始依次屈服，曲线的斜率逐渐接近零。然而，结构不会立即坍塌，而是继续直到达到极限载荷Fu。当载荷超过Fu时，结构进入坍塌阶段。

评估结果和解释。当导管架平台达到极限状态时，即Pushover曲线的峰值点，导管架平台的底剪力或环境载荷被用作极限承载力的衡量标准。此外，剩余强度比（RSR）也是评估导管架平台承载力的关键指标。RSR反映了平台结构系统的抗力水平，在整体性能设计和评估中具有重要意义。RSR的定义如方程（23）所示。

### 数字化双胞胎驱动的健康监测

上述步骤使导管架平台的环境载荷和剩余极限承载力的计算成为可能。在DHE框架内，基于这些计算过程，可以实现数字化双胞胎驱动的实时结构健康监测。在DHE的第一模块中，可以使用先进的测量技术，如浮标和雷达，实时测量风速、风向、波浪高度、波浪周期和洋流速度剖面。此外，结构缺陷的检测和识别也是关键步骤。由于海洋环境的恶劣和缺陷的隐蔽性，一些老化缺陷可能难以检测。极限承载力计算的可靠性从根本上取决于缺陷识别的准确性。总体而言，缺陷检测和识别方法可以分为三类：远程无人检测、定期人工检测和结合两者的混合方法。本文推荐使用混合方法，即在难以人工访问的区域使用配备传感器的系统进行远程监测，而在定期检测中使用适当的设备进行人工检测。这种方法能够及时测量和更新缺陷参数。在具体的缺陷检测技术中，目视检查、超声波和射线检测、磁粉检测和结构健康监测已被广泛应用。常见的缺陷识别方法如表2所示。在实际应用中，应根据每种技术的敏感性和特性灵活选择方法。

随后，这些参数通过DHE的第二模块传输到分析中心。在分析中心，应用本文提出的计算方法来计算和更新环境载荷和剩余极限承载力，如图9所示。在实际应用中，环境参数是连续变化的。通过结合代理模型和分析方法，可以在几秒钟内完成环境载荷的计算，从而实现环境载荷的快速计算和及时更新。相比之下，结构缺陷参数的变化相对缓慢，且具有较高的随机性。使用本文提出的方法，各种缺陷可以被高效建模和分析，从而实现剩余极限承载力的及时更新。基于这两个指标之间的关系，可以定义导管架平台的整体安全裕度，如方程（24）所示。安全裕度指标随着环境载荷和剩余极限承载力的变化而波动，因此可以提供平台安全状态的实时反映，并指导现场决策，从而实现数字化双胞胎驱动的健康监测。

在实际工程中，环境参数是连续变化的。本文结合代理模型和分析方法，对环境参数进行分析，使环境载荷的计算可以在几秒钟内完成，从而实现环境载荷的快速计算和及时更新。相比之下，结构缺陷参数的变化相对缓慢。它们通常通过定期检查进行更新。使用本文提出的方法，每条缺陷参数的检查记录都可以被高效建模和分析，通常在几分钟内完成非线性有限元分析，从而实现剩余极限承载力的更新。与传统的CFD和极限承载力计算方法相比，本文提出的方法将计算时间从小时级别缩短到秒或分钟级别。这大大提高了计算效率，满足了工程应用的需求，并支持在极端条件下的快速决策。

在实际工程中，通过整合DHE框架的第1和第2模块，建立一个用于测量和传输健康参数的系统，并结合本文提出的数字化双胞胎模型的计算方法，可以进行环境载荷和剩余极限承载力的计算和更新。这反过来反映了结构的安全裕度，支持进一步的结构响应分析，并将结果反馈到现场以辅助决策。通过这种方式，可以实现一个完整的数字化双胞胎驱动的导管架平台健康监测系统。

### 案例研究

在本文提出的方法中，环境载荷和剩余极限承载力的计算是两个关键步骤，也是实现数字化双胞胎的基础。因此，需要验证所提出的方法的有效性。本文以一个具体的导管架平台作为案例研究，分析环境载荷和剩余极限承载力的计算结果。

该导管架平台设计水深为100米，顶部结构包括四个层次，用于各种生产和生活设施。四个主要腿以双倾斜对称配置，横撑采用X型布局。在建模过程中，使用梁元素建模下部导管架结构、甲板之间的横撑结构和甲板梁。甲板本身使用壳元素建模，而放置在甲板上的设备和设施使用实体元素建模。关于材料，导管架结构使用非线性材料模型。在本研究中，假设材料为常规结构钢，不考虑关键焊接接头和厚板的Z方向性能钢的强化效应。采用双线性运动硬化理想弹塑性模型，屈服强度为360 MPa，切线模量为763 MPa。上部结构使用线弹性材料建模。

在环境载荷计算中，使用了Kriging代理模型，该模型基于CFD计算结果进行训练。在实际计算中，考虑了不同样本数量的计算结果。例如，样本数量为20、30、40和50。此外，随机选择了10个样本点作为验证集以评估模型的计算准确性。模型在不同样本数量下的准确性比较如图11所示。随着样本数量的增加，误差逐渐减小，表明模型的准确性不断提高。同时，决定系数R2也增加，表明模型拟合程度提高。当样本数量达到50时，平均误差仅为1.36%，最大误差为4.82%，R2值约为1，表明模型已达到高精度并满足应用需求。此外，观察误差减少的趋势，发现随着样本数量的增加，模型准确性的提升变得有限。同时，计算时间随着样本数量的增加而迅速增长。综合考虑准确性和计算成本，采用样本数量为50进行当前验证。在实际工程应用中，样本数量可以进一步增加以提高模型的准确性。

在环境载荷计算中，还考虑了不同环境返回周期的参数调整。以导管架平台的90°方向为例，进行了不同环境载荷条件下的计算。环境载荷参数如表3所示。图16展示了环境载荷计算的结果。随着载荷返回周期的增加，风速、波浪高度、周期和洋流速度均逐渐增加，相应的风载荷和波浪-洋流载荷也呈现出相应的上升趋势。总体而言，波浪-洋流载荷显著大于风载荷，表明它们构成了导管架平台的主要环境载荷。所提出的方法能够快速响应环境载荷参数的变化，并高效计算相应的环境载荷。

### 完整导管架平台的极限承载力计算

首先，计算完整导管架平台的极限承载力。基于设计环境载荷，逐步放大载荷以进行导管架平台的Pushover分析。导管架平台的承载能力曲线如图17所示，计算结果如图18所示。从图中可以看出，平台的极限承载力在0°到90°方向上呈现先减少后增加的趋势。最低极限承载力出现在45°方向，约为8.69×10^7 N，而最高极限承载力出现在0°方向，约为1.15×10^8 N。然而，RSR显示出逐渐下降的趋势，从0°方向的5.15下降到90°方向的3.52。尽管90°方向的极限承载力相对较高，但平台在该方向上也经历了更大的环境载荷，导致RSR值最低，表明该方向仍是平台最脆弱的方向。总体而言，所有四个方向的坍塌机制均表现出延展性，表明结构具有一定的冗余性。

在Pushover分析中，使用了不同类型的有限元模型，包括梁-实体模型和梁-壳模型。这些模型的计算结果如图21和图22所示。从图中可以看出，梁-实体和梁-壳模型的承载能力曲线表现出相同的趋势，整体变化模式与图17中的结果一致。使用多尺度有限元模型计算的极限承载力值与单尺度模型计算的值相似，0°方向的极限承载力显著高于90°方向。在数值结果中，多尺度模型与梁模型之间存在不同程度的偏差。最大的偏差出现在0°方向的梁-壳模型中，但即使在这种情况下，偏差也仅为0.3%。不同有限元模型的节点和元素数量比较如图23所示。

为了进一步说明多尺度有限元模型的优势，使用了单尺度梁元素、梁-壳元素、梁-实体元素、壳元素和实体元素来建立导管架平台模型。不同建模方法的节点数量、元素数量、计算时间和极限承载力结果如表4所示。结果表明，完全使用壳或实体元素建立的模型具有最多的节点和元素，计算时间最长，显著超过梁元素和多尺度元素的计算时间。此外，由于网格尺寸较大，这些模型表现出迭代缓慢、收敛困难和巨大的计算资源消耗。尽管使用实体或壳元素建立的精细模型通常具有最高的准确性，但巨大的计算成本使得它们在工程应用中不切实际，甚至无法求解。相比之下，其他三种建模方法中，梁模型具有最少的节点和元素，计算效率最高，其次是梁-壳和梁-实体模型。总体而言，尽管引入局部详细模型会降低计算效率，但它不会显著增加节点和元素的数量，计算仍然在可接受的范围内。同时，三种建模方法的计算结果相似。多尺度有限元模型在保持计算准确性的同时降低了计算成本，验证了所提出建模方法的有效性。对于实际工程中老化导管架平台的局部缺陷建模，应根据缺陷的类型和特性合理选择梁-实体或梁-壳元素，同时考虑计算效率。

### 老化导管架平台的剩余极限承载力评估

基于上述完整的导管架平台，引入了腐蚀、裂纹和机械凹陷等缺陷，以研究这些缺陷对平台极限承载力的影响，并进一步验证所提出建模方法的有效性。

需要指出的是，研究老化导管架平台的剩余极限承载力的主要目的是验证所提出的多尺度有限元模型、老化结构的缺陷建模方法和剩余极限承载力评估方法的有效性。所使用的缺陷参数是规定的值，而不是实际的现场测量数据。此外，由于坑蚀、疲劳裂纹和机械凹陷是局部缺陷，其尺寸相对整个平台较小。在本研究中，选择了一些代表极端条件的缺陷参数，以便更清晰地观察整体结构极限承载力的减少，并研究剩余极限承载力如何随不同缺陷参数变化。此外，在长期缺乏维护或严重意外冲击的情况下，确实可能发生极端结构缺陷，如贯穿性腐蚀和大尺寸凹陷（Mujeeb-Ahmed and Paik, 2021）。这使得研究结构在最不利条件下的响应成为可能，并评估安全裕度的下限，从而为理解结构失效模式和进行极限状态下的安全评估提供有价值的参考。

在研究均匀腐蚀对导管架平台极限承载力的影响时，采用了不同的腐蚀程度对平台进行Pushover分析。平台的剩余极限承载力曲线如图24所示，剩余极限承载力和RSR值的变化如图25所示。从图中可以看出，随着导管架平台腐蚀程度的增加，载荷-位移曲线的拐点逐渐降低，极限承载力下的位移减少，表明平台的延展性降低。剩余极限承载力呈现出持续下降的趋势，大致遵循线性下降。平台的极限承载力从初始值9.12×10^7 N下降到7.19×10^7 N，RSR值从3.52下降到2.77。总体而言，均匀腐蚀缺陷显著影响导管架结构的广泛区域，并导致剩余极限承载力的明显减少。该平台的剩余强度储备阈值为1.5。根据图中的结果，可以得出结论：该导管架平台仍保持相对较高的强度储备。

接下来，进一步研究了局部坑蚀对导管架平台极限承载力的影响。基于完整平台的分析结果，发现主腿的下部区域承受高应力，并作为结构的关键承重区域。因此，该区域被定义为导管架平台的缺陷敏感区。使用梁-实体建模方法，将坑蚀缺陷引入该区域，以更好地观察由此引起的结构强度减少。模型如图26所示。由于多尺度有限元模型和单梁元素模型在极限承载力结果上存在固有差异，直接比较可能会受到这些差异的影响。为了直观评估结构强度的减少，引入了剩余极限承载力比（RUSR）的概念。该指标用于量化平台剩余极限承载力的相对变化，如方程（25）所示。假设DOP值分别为0.1、0.15和0.2，对于每个DOP，将腐蚀深度设为壁厚的0.5倍和贯穿性（等于壁厚），共进行了六次实验。导管架平台的剩余极限承载力曲线如图27所示，相应的RUSR值如图28所示。结果表明，随着坑蚀强度和腐蚀深度的增加，导管架平台的剩余极限承载力呈现出明显的下降趋势。当腐蚀深度为壁厚的0.5倍，DOP为10%、15%和20%时，极限承载力分别降至完整平台极限承载力的约97.2%、93.4%和90%。在完全贯穿坑蚀的情况下，剩余极限承载力的减少更加显著，分别降至完整平台极限承载力的约90.5%、85.5%和79%。因此，在实际工程应用中，除了考虑缺陷的尺寸外，还应考虑缺陷的位置，以准确评估其对结构的影响。

在研究疲劳裂纹对导管架平台极限承载力的影响时，引入了疲劳裂纹，如图29所示。首先，在主腿的四个位置上放置了贯穿性裂纹，通过生成狭窄的缝隙来模拟裂纹。这一设置用于研究贯穿性裂纹对平台承载能力的影响。需要指出的是，贯穿性裂纹的分析仅用于验证本文提出的分析和建模方法。在实际工程中，贯穿性裂纹的出现意味着结构失效，需要立即维修。此外，由于定期检查和维护的实施，贯穿性裂纹的出现可能性相对较低。贯穿性裂纹代表了最严重的裂纹传播情况。在案例研究中，采用贯穿性裂纹可以更明显地观察到强度的减少，从而研究不同裂纹参数对结构极限承载力的影响，并验证所提出的建模方法的有效性。

在研究机械凹陷对导管架平台极限承载力的影响时，引入了机械凹陷，如图35所示。使用梁-实体建模方法模拟包含机械凹陷的结构。在主腿的上部和下部位置放置了相同尺寸的凹陷，以研究凹陷位置对极限承载力的影响。此外，机械凹陷的深度假设为0.25米、0.35米和0.45米，以研究凹陷深度对极限承载力的影响。在实际工程中，凹陷通常具有方向性，这是以往研究中经常被忽视的因素。为了评估这一点，将下部位置的凹陷开口方向设置为0°和90°，以研究凹陷方向对结构性能的影响。

导管架平台的承载能力曲线如图36所示，相应的RUSR值如图37所示。总体而言，随着凹陷深度的增加，平台的剩余极限承载力逐渐减少。以上部凹陷位置为例，当凹陷深度达到0.45米时，剩余极限承载力降至完整平台极限承载力的约78.9%，表明强度有显著减少。比较上部和下部凹陷位置的结果，发现在相同凹陷参数下，下部位置的凹陷导致强度的减少更为明显。这表明，缺陷越靠近底部（导管架结构承受主要载荷的区域），其对整体结构性能的影响越大。此外，比较不同凹陷开口方向的结果，发现凹陷方向对极限承载力有显著影响。在相同参数下，开口方向为90°的凹陷导致更严重的强度退化。因此，在实际工程应用中，除了考虑凹陷的几何尺寸外，还应考虑其方向性，以准确评估其对结构的影响。

### 结论

本文提出了一种用于老化导管架平台的数字化双胞胎计算方法。该方法在数字化医疗工程（DHE）框架内，能够高效分析现场获取的数据，从而支持导管架平台环境载荷和剩余极限承载力的计算，实现近实时的结构健康监测。针对老化导管架平台的环境载荷和结构缺陷，提出了专门的解决方案，以提高数字化双胞胎计算的及时性。本研究的主要结论如下：

1. 在环境载荷计算方面，提出了专门的风、波浪和洋流载荷计算方案。引入了基于Kriging代理模型的风载荷计算方法，解决了基于公式的计算方法在准确性上的不足，特别是它们在风向变化方面的局限性，以及CFD方法的低效率问题。该方法能够实现风载荷的快速计算，同时确保准确性。波浪和洋流载荷使用Morison方程结合波浪理论和洋流速度剖面进行准确计算。通过调整环境载荷参数，所提出的方法能够在不同工况下实现近实时和高效的计算。这不仅使数字化双胞胎模型的近实时更新成为可能，还为极端环境条件下的应急决策提供了必要的支持。

2. 在老化导管架平台的剩余极限承载力评估方面，提出了基于多尺度有限元分析的方法。该方法遵循多尺度有限元的概念，利用宏观级别的梁元素模型的高计算效率和局部精细模型的能力来引入结构缺陷。通过将宏观全局模型与局部精细模型相结合，建立了导管架平台的数值模型，使结构缺陷的引入成为可能。这显著减少了所需元素的数量，同时在准确性和效率之间保持平衡。此外，提出了针对不同类型的结构缺陷（如均匀腐蚀、坑蚀、疲劳裂纹和机械凹陷）的具体建模方法。通过一个老化导管架平台的案例研究，引入了局部结构缺陷。结果表明，多尺度有限元模型能够有效地将局部模型的信息传递到宏观模型中，最终反映在剩余极限承载力的计算中，从而验证了所提出方法的有效性。

本文提出的方法在实际工程应用中仍有一定的局限性和不足之处。未来的工作应集中在以下几个方面的改进和优化：

1. 建立一个完整的数字化双胞胎系统。本研究的重点是开发用于环境载荷和剩余极限承载力计算的计算方法，以支持数字化双胞胎模型。在未来的研究中，应进行物理测试，并实施现场数据采集、传输和通信系统。结合本文提出的方法，可以进行实时的数据模拟和分析，实现一个完整的闭环数字化双胞胎系统，为实时结构健康评估和寿命延长决策提供支持。

2. 开发数字化双胞胎模型的实验验证。数字化双胞胎方法需要反映实际环境条件下的响应，因此有必要开发实验验证技术。在未来的工程中，应设计可行的验证方案，如构建缩尺模型或监测实际老化导管架平台的结构机械响应，以获取响应数据，从而进一步校准和验证所提出的方法。

3. 使用实际海况数据验证载荷计算方法的合理性。目前，计算中所采用的环境载荷参数以多个方向和多个层次的形式表示，这在一定程度上与实际测量数据存在差异。未来的工程应纳入现场条件的实际监测数据，获取参数时间序列，从而对实时记录的环境参数进行建模和分析。这将进一步扩展所提出方法的适用性，并验证其可行性。

4. 需要进一步细化局部详细模型。在未来的实验验证中，应考虑更真实的导管架结构材料属性和局部详细模型的特性。在建模过程中，应纳入特定的增强材料属性，如Z方向性能钢，以分析其对计算极限承载力的影响。这将有助于开发更详细的微尺度模型，从而更深入地研究极限承载力的行为模式，并增强工程应用的严谨性。