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(guò)程如何實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?近日，交通運(yùn)輸建設(shè)科技項(xiàng)目“大噸位沉船整體打撈探測(cè)、起浮技術(shù)及裝備”用成果回答了上述問(wèn)題。該項(xiàng)目由煙臺(tái)打撈局、大連海事大學(xué)、交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院和柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司聯(lián)合承擔(dān)。

組合聲吶數(shù)據(jù)算出沉船三維模型

對(duì)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(jìn)一步了解沉船的姿態(tài)和損傷細(xì)節(jié)。交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院高級(jí)工程師隋海琛告訴記者，項(xiàng)目組研發(fā)了兩種聲吶設(shè)備來(lái)探知沉船狀態(tài)。一種安裝在船上，對(duì)沉船的整體姿態(tài)進(jìn)行掃描，另外一種是安放在沉船附近海底的三維聲學(xué)掃描聲吶，對(duì)整體掃描探知不到的地方進(jìn)行補(bǔ)充掃描，兩種設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)就可以獲得沉船精準(zhǔn)的三維點(diǎn)云模型，其誤差可以控制在10厘米以內(nèi)。

“除了在船上進(jìn)行掃描，我們還用水下機(jī)器人搭載的三維聲學(xué)掃描聲吶，根據(jù)不同物體的反射頻率，來(lái)判定沉船四周側(cè)面及其周邊物體的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，大大提升了設(shè)計(jì)方案的合理性。”大連海事大學(xué)教師吳厚德介紹說(shuō)，以往處理設(shè)備掃描到的數(shù)據(jù)，大多是通過(guò)人工拼接。在該項(xiàng)目中，科研人員研發(fā)了數(shù)據(jù)自動(dòng)拼接技術(shù)，讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)把掃描到的數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)沉船快速應(yīng)急打撈幫助很大。

據(jù)介紹，項(xiàng)目還研制了水下低照度攝像機(jī)，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(wú)法看到的影象，解決了局部損傷觀測(cè)清晰度問(wèn)題。

打撈過(guò)程可預(yù)演并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

弄清了沉船狀態(tài)后，則需要制定科學(xué)的打撈方案。為此，項(xiàng)目組提出了沉船打撈計(jì)算機(jī)快速建模方法和多用數(shù)據(jù)流導(dǎo)入導(dǎo)出方法，開(kāi)發(fā)了打撈方案輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)，該平臺(tái)融合了多個(gè)軟件，主要軟件包括打撈計(jì)算軟件(GHS)、水動(dòng)力分析軟件(HydroSTAR)、局部強(qiáng)度校核(Ansys)三種軟件，可快速計(jì)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(fēng)浪影響等方面數(shù)據(jù)。借助輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)，軟件數(shù)據(jù)交互融合，對(duì)沉船狀態(tài)及打撈過(guò)程進(jìn)行快速仿真、模擬和計(jì)算，大大縮短了方案制定時(shí)間。

在打撈的過(guò)程中，項(xiàng)目組還研發(fā)出打撈工程現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息集成顯示和打撈過(guò)程實(shí)時(shí)虛擬再現(xiàn)方法，開(kāi)發(fā)了沉船打撈可視化集成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在沉船打撈時(shí)，技術(shù)人員可將打撈施工現(xiàn)場(chǎng)采集的各種信息數(shù)據(jù)并進(jìn)行集成顯示，并利用部分位姿傳感器數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)沉船三維模型，現(xiàn)場(chǎng)指揮在救撈母船上通過(guò)界面實(shí)時(shí)觀測(cè)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(huà)面的高度交互，實(shí)現(xiàn)了打撈過(guò)程的可視化，為構(gòu)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?zhǔn)椒ń鉀Q深水打撈難題

“2007年的時(shí)候，我們遇到了一個(gè)打撈難題。一艘散貨船斷成兩截沉到海底，其中一截76米長(zhǎng)6500噸重，用傳統(tǒng)的浮筒和浮吊法都行不通。”煙臺(tái)打撈局救撈工程船隊(duì)的王道能告訴記者，項(xiàng)目組針對(duì)這種長(zhǎng)度短、大噸位和大水深的沉船，提出了具有波浪補(bǔ)償功能的大噸位沉船鏈?zhǔn)酱驌品椒�，設(shè)計(jì)了鏈?zhǔn)綘恳�車總體結(jié)構(gòu)，優(yōu)化鏈條夾持結(jié)構(gòu)導(dǎo)向輪裝置，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度反復(fù)校核試驗(yàn)，加大對(duì)符合強(qiáng)度條件的鏈條抗腐蝕性、耐磨性的研究力度，研制出一種強(qiáng)大的夾持裝置，并開(kāi)發(fā)了具有波浪補(bǔ)償能力的大噸位沉船鏈?zhǔn)教嵘�系統(tǒng)，使鏈條在提升過(guò)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(wèn)題。當(dāng)風(fēng)浪過(guò)大時(shí)，通過(guò)波浪補(bǔ)償裝置控制沉船位置和穩(wěn)性，抵抗風(fēng)浪加速度，即便風(fēng)起浪涌，沉船也可以按照預(yù)設(shè)方案平穩(wěn)起浮。

據(jù)介紹，項(xiàng)目組還研究了超高壓微磨料水射流破碎切割機(jī)理，提出了脈沖自激振射流切割方法，開(kāi)發(fā)了高壓水射流開(kāi)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(shí)施開(kāi)孔作業(yè)，切割油艙無(wú)任何爆燃隱患。在施工過(guò)程中，只需將開(kāi)孔裝置吊送到指定位置，通過(guò)潛水員或水下機(jī)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(jìn)行開(kāi)孔作業(yè)。開(kāi)孔過(guò)程無(wú)需人為操作，控制人員只需設(shè)定開(kāi)孔速度和開(kāi)孔孔徑即可。

項(xiàng)目驗(yàn)收會(huì)上，專家表示，這個(gè)項(xiàng)目成果有效解決了大噸位沉船水底姿態(tài)探測(cè)、低照度水域沉船船體損傷高清晰觀測(cè)、計(jì)算機(jī)輔助打撈方案快速制定、打撈施工過(guò)程可視化監(jiān)控、具有波浪步長(zhǎng)功能的鏈?zhǔn)揭簤和�步提升、大水深環(huán)境下的冷態(tài)磨料水射流開(kāi)孔等重大關(guān)鍵技術(shù)難題，形成了3套裝備并開(kāi)發(fā)了3套軟件系統(tǒng)。

目前，項(xiàng)目研究成果已在渤海灣“碧海行動(dòng)”和韓國(guó)“世越號(hào)”打撈得到了應(yīng)用，取得了顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，打破國(guó)外對(duì)我國(guó)在一些關(guān)鍵技術(shù)上的封鎖，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)空白，提升了我國(guó)大噸位沉船的打撈能力，推廣應(yīng)用前景良好。

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