耙吸船施工效率影響因子的分析及最佳參數的選定

鄭金龍，沈偉平，韓政，朱時茂

（中港疏浚有限公司，上海 200136）

耙吸船施工效率影響因子的分析及最佳參數的選定

鄭金龍，沈偉平，韓政，朱時茂

（中港疏浚有限公司，上海 200136）

隨著現代科技的發展，疏浚企業精細化管理與數據性指導施工已成為迫切需求。結合多年在疏浚技術領域的工作經驗，對影響耙吸船施工效率的因素進行分析，提出了最佳施工參數的選定過程與工具，在具體工程應用實踐中，有效提高了船舶施工效率。

耙吸挖泥船；最佳參數；參數尋優

0 引言

隨著計算機、傳感器、物聯網、自動化控制、GPS定位、網絡信息等技術的發展和在耙吸船上的廣泛應用，大大提高了耙吸船的安全性、自動化及智能化水平。疏浚行業雖是傳統行業，但疏浚技術是一門綜合性學科，涉及到水文、水力學、機械、土力學、氣象、工程地質等學科知識，到目前為止國內始終沒有形成一套成熟的關于確定耙吸船最佳施工參數的理論或方法。常此以往，耙吸船的施工效率和經濟效益的提升會受到嚴重的制約。

1 耙吸船施工效率影響因子的分析

疏浚施工發展至今，已有數百年的歷史，其理論研究已經較為成熟和系統。結合現今的疏浚裝備，公認對耙吸船施工效率影響較大的、可人為進行調整的施工參數即影響因子有船舶航速、泥泵轉速、高壓沖水壓力（或流量）和波浪補償器壓力。所以在對耙吸船疏浚施工進行參數尋優時，主要考慮這4個參數[1-3]。

2 最佳尋優參數的確立

2.1 最佳參數的尋優流程

主要有以下5個步驟：

1）搜集工程的原始資料，邊界條件；

2）結合耙吸船本身的設備情況制定參數測試大綱；

3）測試人員赴現場進行測試；

4）將測試結果數據通過科學方法進行統計分析，得出最優參數；

5）將結果反饋至船舶，跟蹤施工情況，并與之前施工效率進行比對。

耙吸挖泥船工藝參數尋優流程如圖1所示。

圖1 耙吸挖泥船工藝參數尋優流程Fig.1 The flow charts of TSHD parameter optimization

2.2 常用尋優測試與數據分析方法

1）多因素敏感性分析法

將n個影響疏浚施工效率的關鍵參數（因子），每個選取n個變量，進行正交方陣排列組合[4]，測試每一組的施工效率，并進行敏感性分析比較，從而確定最佳參數組合。該方法的特點是關鍵參數建模簡單，測試時間短，適用于一些工期較短，要求能夠盡早確定關鍵施工參數的工程。

以某疏浚工程為例，選取船舶航速、波浪補償器壓力和高壓沖水泵轉速作為試驗因子，分別設定代碼為A、B、C。根據試驗要求，在保證挖泥區域、航行條件、風浪狀況等因素接近的情況下，進行多因素敏感性建模（表1）。

表1 耙吸船關鍵因子測試結果Table 1 Test results on impact factor of TSHD

然后將各個組別的試驗結果采用數理統計的方法，分別求和、計算平均值和極差，統計出最佳施工工藝組合及最敏感因素，如表2所示。

表2 耙吸船關鍵因子測試結果分析表Table 2 Results analysis on impact factor of TSHD

從試驗數據可知：第2組試驗結果最佳，進艙密度最大，為1.26 t/m3，與之對應的因子為2 kn的船舶航速、2.8 MPa的波浪補償器壓力和1 100 r/min的高壓沖水泵轉速。而通過進一步的數據處理，得到KA1、KB2、KC3分別在各自因子組別中數值最大，與之對應的挖泥施工工藝為2 kn的挖泥航速、2.8 MPa的波浪補償器壓力和1 200 r/min的高壓沖水泵轉速。與此同時，極差越大，說明該因子的水平改變時對試驗指標的影響越大。極差最大的那一列，就是那個因子的改變時對試驗指標的影響最大，那個因素就是要考慮的主要因素。通過分析可以得出：各因素對試驗指標（進艙泥漿密度）的影響按大小次序應當是C（高壓沖水泵轉速）＞A（挖泥航速）＞B（波浪補償器壓力）；最好的方案應當是C3A1B2，即2 kn的挖泥航速、2.8 MPa的波浪補償器壓力和1 200 r/min的高壓沖水泵轉速。

2）大數據分析法

通過將船舶一個階段內的所有進艙密度進行分析，統計高密度區域主要集中在哪些時間段，這些時間段的施工參數是怎么組合的，并且分析這些施工參數的變化趨勢，從而確定最佳施工工藝參數。這種方法適用于工程工期較長，具有大量施工數據，對最佳施工工藝參數確定沒有很高的時間要求的工程。

3 實際工程應用及效果驗證

2015年5月對洋山航道疏浚工程進行施工效率測試，主要對耙吸船“航浚4003”輪的船舶航速、波浪補償器壓力、泥泵轉速等關鍵參數進行測試，選取最佳組合。船舶從5月14日開始正式采用要求的最佳參數清單施工。

施工效率比對采取的方法是：在施工工藝改進前后各隨機抽取8 d時間，從這8 d中每天再隨機抽取一船，統計其放耙開始1 h內的土方量和平均進艙密度，分析其施工效率變化情況（表3）。

表3 工藝改進前后施工效率統計Table 3 The efficiency before and after construction improvement

從表3比對中分析出，“航浚4003”輪平均進艙密度提高了約1.7%，平均每小時進艙方量提高約8.8%。施工效率提升5%以上。

用上述同樣方法對南通港呂四港區航道疏浚工程中的耙吸船“神華浚2”輪進行施工效率測試，測試結果如表3。

從表3比對中分析出，平均進艙密度提高了約2.5%，平均每小時進艙土方量提高約10.9%。施工效率提升10%以上。

4 結語

綜上分析結果可以看出，采用科學的施工效率測試方法，統計分析出理論最佳施工參數組合，可以最大限度地改進施工工藝，改變以前施工參數的選取主要依靠人員的經驗和缺乏對大規模施工數據的整理、挖掘與分析的現狀，有效提高船舶施工效率，為企業創造更大的經濟效益。

[1]JTJ 319—1999，疏浚工程技術規范[S]. JTJ 319—1999,The technical code of dredging engineering[S].

[2]JTS 207—2012，疏浚與吹填工程施工規范[S]. JTS 207—2012,Construction code for dredging and reclamation works[S].

[3]朱時茂，郭素明.長江南京以下12.5 m深水航道一期疏浚施工中的難點與對策[J].水運工程，2016（4）：7-12. ZHU Shi-mao，GUO Su-ming.Construction difficulties and countermeasures of dredging project in the first phase of 12.5 m deepwater channel of the Yangtze River below Nanjing city[J].Port& Waterway Engineering,2016(4):7-12.

[4]吳科亮，丁春林.基于正交試驗法的邊坡穩定因素敏感性分析[J].華東交通大學學報，2016（2）：114-120. WU Ke-liang,DING Chun-lin.Sensitivityanalysison slopestability factor based on orthogonal test[J].Journal of EastChina Jiaotong University,2016(2):114-120.

Analysis of impact factor on construction efficiency of TSHD and the selection of optimum parameter

ZHENG Jin-long,SHEN Wei-ping,HAN Zheng,ZHU Shi-mao
（CHEC Dredging Co.,Ltd.,Shanghai 200136,China）

With the development of modern technology,the fine management and data to guide construction have become the urgent need for the dredging enterprises.Based on many years work experiences in the field of dredging technology,we analyzed the factors that influence efficiency of trailing suction vessel construction,and put forward the selected process and tools of the optimum construction parameters,which has effectively improved the ship construction efficiency in practical engineering application.

trailing suction hopper dredger；optimum parameter；parameter optimization

U616

A

2095-7874（2016）12-0054-03

10.7640/zggwjs201612011

2016-08-03

鄭金龍（1963— ），男，浙江臺州人，高級工程師，技術部經理，主要從事船舶設備與港口航道工程技術管理工作。E-mail：zss@checd.com