茫茫大海中，墜入海底的沉船狀態(tài)如何探知，如何選擇最佳打撈方案，打撈過程如何實時監(jiān)測?近日，交通運輸建設科技項目“大噸位沉船整體打撈探測、起浮技術及裝備”用成果回答了上述問題。該項目由煙臺打撈局、大連海事大學、交通運輸部天津水運工程科學研究院和柳州歐維姆機械股份有限公司聯(lián)合承擔。

組合聲吶數(shù)據(jù)算出沉船三維模型

對于打撈大噸位船舶，探尋到沉船位置只是第一步，成功打撈還需要進一步了解沉船的姿態(tài)和損傷細節(jié)。交通運輸部天津水運工程科學研究院高級工程師隋海琛告訴記者，項目組研發(fā)了兩種聲吶設備來探知沉船狀態(tài)。一種安裝在船上，對沉船的整體姿態(tài)進行掃描，另外一種是安放在沉船附近海底的三維聲學掃描聲吶，對整體掃描探知不到的地方進行補充掃描，兩種設備獲取的數(shù)據(jù)結合起來就可以獲得沉船精準的三維點云模型，其誤差可以控制在10厘米以內(nèi)。

“除了在船上進行掃描，我們還用水下機器人搭載的三維聲學掃描聲吶，根據(jù)不同物體的反射頻率，來判定沉船四周側面及其周邊物體的基礎數(shù)據(jù)，大大提升了設計方案的合理性。”大連海事大學教師吳厚德介紹說，以往處理設備掃描到的數(shù)據(jù)，大多是通過人工拼接。在該項目中，科研人員研發(fā)了數(shù)據(jù)自動拼接技術，讓計算機自動把掃描到的數(shù)據(jù)進行建模，以往靠人工三四天才能拼接出的沉船模型，現(xiàn)在一天就可以算出，對沉船快速應急打撈幫助很大。

據(jù)介紹，項目還研制了水下低照度攝像機，在低照度環(huán)境下，即使水下比較渾濁，也可以拍攝到人眼無法看到的影象，解決了局部損傷觀測清晰度問題。

打撈過程可預演并實時監(jiān)測

弄清了沉船狀態(tài)后，則需要制定科學的打撈方案。為此，項目組提出了沉船打撈計算機快速建模方法和多用數(shù)據(jù)流導入導出方法，開發(fā)了打撈方案輔助設計平臺，該平臺融合了多個軟件，主要軟件包括打撈計算軟件(GHS)、水動力分析軟件(HydroSTAR)、局部強度校核(Ansys)三種軟件，可快速計算沉船打撈噸位、重量分布、浮態(tài)和穩(wěn)性、拖航狀態(tài)、拖航阻力及風浪影響等方面數(shù)據(jù)。借助輔助設計平臺，軟件數(shù)據(jù)交互融合，對沉船狀態(tài)及打撈過程進行快速仿真、模擬和計算，大大縮短了方案制定時間。

在打撈的過程中，項目組還研發(fā)出打撈工程現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息集成顯示和打撈過程實時虛擬再現(xiàn)方法，開發(fā)了沉船打撈可視化集成監(jiān)測系統(tǒng)。在沉船打撈時，技術人員可將打撈施工現(xiàn)場采集的各種信息數(shù)據(jù)并進行集成顯示，并利用部分位姿傳感器數(shù)據(jù)驅(qū)動沉船三維模型，現(xiàn)場指揮在救撈母船上通過界面實時觀測沉船狀態(tài)信息，界面上還同步顯示兜底千斤拉力、千斤頂提升力、沉船姿態(tài)、沉船提升速度等若干信息。數(shù)據(jù)與畫面的高度交互，實現(xiàn)了打撈過程的可視化，為構建打撈決策指揮系統(tǒng)提供了重要的數(shù)據(jù)圖像支撐。

鏈式法解決深水打撈難題

“2007年的時候，我們遇到了一個打撈難題。一艘散貨船斷成兩截沉到海底，其中一截76米長6500噸重，用傳統(tǒng)的浮筒和浮吊法都行不通。”煙臺打撈局救撈工程船隊的王道能告訴記者，項目組針對這種長度短、大噸位和大水深的沉船，提出了具有波浪補償功能的大噸位沉船鏈式打撈方法，設計了鏈式牽引車總體結構，優(yōu)化鏈條夾持結構導向輪裝置，通過對結構強度和剛度反復校核試驗，加大對符合強度條件的鏈條抗腐蝕性、耐磨性的研究力度，研制出一種強大的夾持裝置，并開發(fā)了具有波浪補償能力的大噸位沉船鏈式提升系統(tǒng)，使鏈條在提升過程中保持平穩(wěn)，解決了鋼絞線提升水深最大不足70米的問題。當風浪過大時，通過波浪補償裝置控制沉船位置和穩(wěn)性，抵抗風浪加速度，即便風起浪涌，沉船也可以按照預設方案平穩(wěn)起浮。

據(jù)介紹，項目組還研究了超高壓微磨料水射流破碎切割機理，提出了脈沖自激振射流切割方法，開發(fā)了高壓水射流開孔裝備。磨料水射流是一種冷切割，切割媒介由水和石榴石組成，切割形態(tài)如同一把水刀，在水中可快速實施開孔作業(yè)，切割油艙無任何爆燃隱患。在施工過程中，只需將開孔裝置吊送到指定位置，通過潛水員或水下機器人的幫助調(diào)整姿態(tài)，然后利用底座上的磁吸附裝置將整套裝置牢固地吸附到沉船表面并進行開孔作業(yè)。開孔過程無需人為操作，控制人員只需設定開孔速度和開孔孔徑即可。

項目驗收會上，專家表示，這個項目成果有效解決了大噸位沉船水底姿態(tài)探測、低照度水域沉船船體損傷高清晰觀測、計算機輔助打撈方案快速制定、打撈施工過程可視化監(jiān)控、具有波浪步長功能的鏈式液壓同步提升、大水深環(huán)境下的冷態(tài)磨料水射流開孔等重大關鍵技術難題，形成了3套裝備并開發(fā)了3套軟件系統(tǒng)。

目前，項目研究成果已在渤海灣“碧海行動”和韓國“世越號”打撈得到了應用，取得了顯著的社會、經(jīng)濟效益，打破國外對我國在一些關鍵技術上的封鎖，填補了國內(nèi)技術空白，提升了我國大噸位沉船的打撈能力，推廣應用前景良好。

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