复杂地质灾害下自升式平台海上安全应急升降作业虚拟仿真
首先我们需要来了解一下什么是自升式海上平台：自升式海上平台由平台结构、桩腿及升降机构组成，其中自升式钻井平台的主船体部分是一个水密结构，用以承载机械，实现钻井采油功能。
当其浮于海面上时，主船体部分产生的浮力用以平衡桩腿、机械、结构等的重力。
为避免海上风电场风浪流环境影响，满足高精度高可靠的的建造和安装，目前几乎全部采用自升式平台为海上作业支撑。
一、海上平台结构介绍
上部结构可沿桩腿升降(由气动、液压或电动的升降机驱动),以适应不同水深条件作业的要求。上部结构是一个浮力相当大的驳船形浮体。钻井前,桩腿下降,插到海底,上部结构被顶起脱离海面,在平台的顶面进行作业。钻井后,升降机构先把上部结构降回海面,再拔起桩腿即可转移。工作水深为十几米到上百米。平台无动力装置,不能自航。
二、背景及海上平台问题
在各类海工作业装备中，自升式海洋平台因其定位能力强、作业灵活、可移动性能好、性价比高等特点，在大陆架海域的油气勘探开发中居“主力军”地位，已有文献统计的全球已建和在建各类海工作业平台中自升式海洋平台约占总数的 52.8％；
但海底地基的不稳定性与恶劣海洋环境影响，极易导致自升式平台桩腿刺穿。甚至引发火灾、平台船体结构受损，从而造成重大经济损失，而已有穿刺判断方法的环境适应性存在问题，现场操控者依靠经验难以做出快速决策；
平台的穿刺事故正以每年都有发生，重大事故造成的经济损失都在1000万美元以上，且以亚洲海域居多。
1.事故举例：
Maersk Victory号海工升降平台穿刺事故
- 2009年胜利作业三号海工升降平台穿刺事故
- 今年7月我国惠州海域海上风电安装平台发生倾斜侧翻事故
- 今年10月华东工程建设公司一座平台发生严重穿刺事故
- 今年5月马来西亚一座钻井海工升降平台沉没
2.事故——穿刺过程分析：
平台到达指定井场后，首先将桩靴插入到海底地层中，平台会受到地层提供的向上的力量，这种力叫做土体的承载力。正常情况下，随着桩腿插入的越深，这种承载力越大，当土体的承载力增加到足以支撑起整个平台的压载时，平台就可以站在海底了。然而，并不是每次插桩都如此顺利。受沉积环境影响，海底土时常遇到这样一种层状地基情况，上层土硬度大厚度小，下层土强度小厚度大，这种上层硬，下层软的地层可以形象的比作“鸡蛋壳”地层。
在平台插桩压载过程中，桩靴插到鸡蛋壳上可能暂时是稳定的，然而一旦硬壳无法承受平台之重而破裂，桩腿刺穿硬壳后，下部松软的土层无法提供足够的承载力，平台桩腿会突然快速入泥，即所谓的桩腿“穿刺”。
三、海上平台虚拟仿真技术创新
针对海工作业装备灾难，构建一座带有海底插桩沉降模拟机构的陆地海工实验平台，利用数字网络智能一体化的大数据系统，应用于作业预警安全，提前感知海底沉降引发的平台结构和升降系统性能影响， 掌握安全操控技术， 在穿刺事故发生之前， 及时采取应急措施。
以陆地海洋工程模拟升降平台为载体，综合利用大数据智能化控制、数据分析、预测模型构建与海工平台验证相结合的方法，通过海底地基压力、桩腿沉降位移、速度与平台升降动力系统压力与位移多参数信息采集融合与转换，实现平台海底灾难性工况过程可控重现。
四、海上平台作业模拟
自升式海上平台作为大型海上设备，如何避免因操作错误而引发的事故就显得尤为重要。复杂地质灾害下自升式平台海上安全应急升降作业虚拟仿真通过还原真实的自升式海上平台及规范化的平台操作过程，使用户具有熟练使用平台作业及在特定紧急情况下的正确处置能力；
我们从四个模块进行分析，复杂地质灾害下自升式平台海上安全应急升降作业虚拟仿真，共分为平台插桩作业、平台拔桩作业、紧急情况处置及理论测试四个模块。
>平台插桩作业：
01.先点击平台插桩作业按钮后，进入插桩作业界面
02.将水平滑动条从锁止拨动至预加载
03.点击排出压载水按钮释放压载舱内压载水
04.释放完毕后，将滑块推动至插桩处开始插桩
05.操纵各桩腿操纵杆开始插桩，并时刻关注各桩腿载荷情况
06.当平台上升至一定高度后，停止操纵杆，启动加注压载水按钮
07.插桩完成后依次将水平滑块推至预加载，释放压载水，然后推至锁止处
>平台拔桩作业：
01.首先点击平台拔桩作业按钮，进入拔桩界面
02.将水平滑动条从锁止拨动至预加载
03.点击排出压载水按钮释放压载舱内压载水
04.释放完毕后，将滑块推动至拔桩处开始拔桩
05.点击喷冲系统按钮，启动喷冲系统
06.操纵桩腿操纵杆开始拔桩，过程中注意各桩腿载荷及运动状况
07.据后续需要选择继续拔桩或暂停，若暂停需将滑块推动至锁止处
>紧急情况处置：
01.首先点击紧急情况处置按钮，进入紧急情况处置界面（插桩过程中发生穿刺，平台开始倾斜）
02.将界面上部应急系统开关旋转至开处，此时应急系统指示灯点亮。所有正在进行的作业全部强制终止
03.根据水平仪、各桩腿载荷和系统提示，判断是哪个桩腿发生插穿。点击排出压载水按钮
04.根据桩腿插穿情况，点击界面左右两侧横向的“桩腿上升”按钮，将该桩腿快速拔出，同时工作指示灯点亮
05.操纵桩腿操纵杆开始拔桩，过程中注意各桩腿载荷及运动状况
06.随着该桩腿拔出，平台逐步恢复平衡，完成紧急情况处置！
>理论测试：
这个虚拟软件详情就介绍到这里了，通过实际的互动操作，大家可以在理论测试模块，检验一下自己的学习情况！
五、技术支持
目前，为了保障自升式海工平台海上作业安全，国内外科研人员进行了大量的探索研究，通过预测桩腿入泥深度，指导自升式海工平台海上作业。研究主要集中在不稳定海底下自升式海工平台的地基承载能力、安全插桩深度的预测及桩土作用下发生穿刺的风险评估。针对海工作业装备灾难，将数字网络智能一体化的大数据系统，应用于作业预警安全的关键技术研究还没有。
为此，智享领课联合海洋大学共同申报了国家级 “ 尖兵 ”“ 领雁 ” 研发攻关计划的项目 。
六、彩蛋环节
最后，感谢各位的耐心观看，也希望各位老师、同仁以及同学可以多多提出宝贵建议，您的指导对我们至关重要。
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