中长周期波海况下工程船舶施工适应性评估方法研究及应用

主要完成单位：中交第四航务工程局有限公司、中交四航工程研究院有限公司、上海交通大学、

         中交四航局第二工程有限公司、中交四航局第三工程有限公司、

         中交四航局第五工程有限公司、南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)

1、项目基本情况

该项目为企业自主创新研发课题。项目组针对典型海域中长周期波条件下工程船舶安全与工程质量等难题，通过长时间波浪观测与验证，理论与数值分析结合实船测试，室内模型试验与现场检测等多种研究手段，开展了海况获取和特征分析、工程船舶作业适应性多指标安全质量评估、可作业天数分析方法和风险改善及安全保障措施研究攻关，历时近4年。首次提出基于工程船舶适应性的波高-周期联合分布下的可作业天数精确计算方法，建立了工程船舶作业适应性多参数指标评估体系，支撑了工程船舶选型、调遣和工期安排等工程实践；研发了新型多孔材料浮式防波堤结构，形成了中长周期波浪条件下浮式防波堤选型和设计方法，有效保障了中长周期波浪条件下工程船舶、设备、人员的作业安全及工程施工进度。

该项目坚持自主创新和集成创新相结合，坚持产学研用一体，对总体技术具有完全自主知识产权；共获发明专利4项、实用新型专利8项、软件著作权4项。

2、技术难点和特点

（1）提出了综合考虑中长周期波作用下工程船舶安全、人员作业安全和质量控制等多因素控制指标的船舶作业条件分析方法；建立了工程船舶基于波高-周期的可作业天数分析方法，解决了中长周期波条件下工程船舶可作业天数精确计算的难题；揭示了浮式防波堤随吃水深度、层数和波周期等参数变化的挡浪效果规律。

（2）建立了工程船舶作业适应性多参数指标评估体系；建立了波浪透射系数随着波陡变化的计算模型。

（3）实现了“一带一路”沿线施工船舶作业区域海浪、洋流、风场和潮汐等参数的有效后报和7天短时预报；建立和完善了工程船舶施工作业安全决策支持算法与系统。

（4）研发了新型多孔材料浮式防波堤结构，并提出了中长周期波浪条件下浮式防波堤选型和设计方法。

3、主要成果和创新点

（1）研发了全球海况信息综合解析方法，开发了全球海况数据获取分析及工程实施区域条件推演系统，实现了工程实施区域范围内施工船舶作业所需海浪参数的后报和7天短时预报，可为全球典型海域工程建设提供海况数据。

（2）提出了综合考虑中长周期波作用下工程船舶安全、人员作业安全和工程质量控制要求等因素的船舶作业条件分析方法，建立了工程船舶作业适应性评估指标体系，研发了工程船舶施工作业决策支持系统，有效提升了工程船舶选型决策效率。

（3）建立了波高、周期等多因素影响的工程船舶可作业天数预测方法，解决了中长周期波条件下工程船舶可作业天数计算的难题，精确预报了施工作业窗口，提高了工程施工组织的科学性。

（4）揭示了随吃水深度、层数和波周期等参数变化的挡浪规律，建立了波浪透射系数随着波陡变化的计算模型，研发了多孔介质新型浮式防波堤，改善了中长周期波浪条件下施工作业条件。

4、成果应用

在加纳特码新集装箱码头工程、印尼阿迪帕拉防波堤工程、泉州港石湖作业区新泊位码头工程、揭阳惠来广东石化原油码头工程、汕尾陆丰甲湖湾电厂新建工程和茂名港博贺港区粤电煤炭码头工程项目方案制定和施工中，应用“恶劣海况下工程船舶可施工性评估方法研究及实践”的成果，获得了长周期波浪特性及其变化规律，掌握了施工窗口预报技术，对半潜驳、起重船、驳船和抛石船开展施工适应性分析和现场实测验证，克服了季风和水流对船舶和沉箱的不利影响，保证了沉箱出运安全和安装的精度，精准预测了施工作业窗口，近三年来累计节约施工成本约6000万元，具有显著地经济效益。

在秘鲁钱凯多用途港口码头工程项目投标和实施方案策划中，应用“恶劣海况下工程船舶可施工性评估方法研究及实践”的成果，对南美中长周期波浪海域施工工期和成本制定了精细化投标方案，突出核心竞争力助力项目中标5.98亿美元，具有显著的社会效益。

5、经济和社会效益

通过开展施工场域波浪特征分析和现场波浪获取与后报，结合工程船舶作业适应性评估指标体系，针对典型工程船舶开展适应性分析，提供了合理的施工作业窗口预测和指导，有效避免了不合理船舶选型及施工工艺对工程进度和施工工艺可能导致的经济及工期损失，保障施工作业的顺利进行。对非作业窗口期较恶劣海况环境下的施工作业，提出的临时挡浪措施，延长了可作业时间，对缩短施工工期，提升施工安全性起到了促进作用，对于类似工程中的勘察、设计、投标、施工等提供了合理的理论和实践支撑，可有效降低施工成本。