鄭金龍，沈偉平，韓政，朱時(shí)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(shù)的選定

鄭金龍，沈偉平，韓政，朱時(shí)茂

（中港疏浚有限公司，上海 200136）

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，疏浚企業(yè)精細(xì)化管理與數(shù)據(jù)性指導(dǎo)施工已成為迫切需求。結(jié)合多年在疏浚技術(shù)領(lǐng)域的工作經(jīng)驗(yàn)，對影響耙吸船施工效率的因素進(jìn)行分析，提出了最佳施工參數(shù)的選定過程與工具，在具體工程應(yīng)用實(shí)踐中，有效提高了船舶施工效率。

耙吸挖泥船；最佳參數(shù)；參數(shù)尋優(yōu)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)化控制、GPS定位、網(wǎng)絡(luò)信息等技術(shù)的發(fā)展和在耙吸船上的廣泛應(yīng)用，大大提高了耙吸船的安全性、自動(dòng)化及智能化水平。疏浚行業(yè)雖是傳統(tǒng)行業(yè)，但疏浚技術(shù)是一門綜合性學(xué)科，涉及到水文、水力學(xué)、機(jī)械、土力學(xué)、氣象、工程地質(zhì)等學(xué)科知識(shí)，到目前為止國內(nèi)始終沒有形成一套成熟的關(guān)于確定耙吸船最佳施工參數(shù)的理論或方法。常此以往，耙吸船的施工效率和經(jīng)濟(jì)效益的提升會(huì)受到嚴(yán)重的制約。

1 耙吸船施工效率影響因子的分析

疏浚施工發(fā)展至今，已有數(shù)百年的歷史，其理論研究已經(jīng)較為成熟和系統(tǒng)。結(jié)合現(xiàn)今的疏浚裝備，公認(rèn)對耙吸船施工效率影響較大的、可人為進(jìn)行調(diào)整的施工參數(shù)即影響因子有船舶航速、泥泵轉(zhuǎn)速、高壓沖水壓力（或流量）和波浪補(bǔ)償器壓力。所以在對耙吸船疏浚施工進(jìn)行參數(shù)尋優(yōu)時(shí)，主要考慮這4個(gè)參數(shù)[1-3]。

2 最佳尋優(yōu)參數(shù)的確立

2.1 最佳參數(shù)的尋優(yōu)流程

主要有以下5個(gè)步驟：

1）搜集工程的原始資料，邊界條件；

2）結(jié)合耙吸船本身的設(shè)備情況制定參數(shù)測試大綱；

3）測試人員赴現(xiàn)場進(jìn)行測試；

4）將測試結(jié)果數(shù)據(jù)通過科學(xué)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出最優(yōu)參數(shù)；

5）將結(jié)果反饋至船舶，跟蹤施工情況，并與之前施工效率進(jìn)行比對。

耙吸挖泥船工藝參數(shù)尋優(yōu)流程如圖1所示。

圖1 耙吸挖泥船工藝參數(shù)尋優(yōu)流程Fig.1 The flow charts of TSHD parameter optimization

2.2 常用尋優(yōu)測試與數(shù)據(jù)分析方法

1）多因素敏感性分析法

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

以某疏浚工程為例，選取船舶航速、波浪補(bǔ)償器壓力和高壓沖水泵轉(zhuǎn)速作為試驗(yàn)因子，分別設(shè)定代碼為A、B、C。根據(jù)試驗(yàn)要求，在保證挖泥區(qū)域、航行條件、風(fēng)浪狀況等因素接近的情況下，進(jìn)行多因素敏感性建模（表1）。

表1 耙吸船關(guān)鍵因子測試結(jié)果Table 1 Test results on impact factor of TSHD

然后將各個(gè)組別的試驗(yàn)結(jié)果采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，分別求和、計(jì)算平均值和極差，統(tǒng)計(jì)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(guān)鍵因子測試結(jié)果分析表Table 2 Results analysis on impact factor of TSHD

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：第2組試驗(yàn)結(jié)果最佳，進(jìn)艙密度最大，為1.26 t/m3，與之對應(yīng)的因子為2 kn的船舶航速、2.8 MPa的波浪補(bǔ)償器壓力和1 100 r/min的高壓沖水泵轉(zhuǎn)速。而通過進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理，得到KA1、KB2、KC3分別在各自因子組別中數(shù)值最大，與之對應(yīng)的挖泥施工工藝為2 kn的挖泥航速、2.8 MPa的波浪補(bǔ)償器壓力和1 200 r/min的高壓沖水泵轉(zhuǎn)速。與此同時(shí)，極差越大，說明該因子的水平改變時(shí)對試驗(yàn)指標(biāo)的影響越大。極差最大的那一列，就是那個(gè)因子的改變時(shí)對試驗(yàn)指標(biāo)的影響最大，那個(gè)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(yàn)指標(biāo)（進(jìn)艙泥漿密度）的影響按大小次序應(yīng)當(dāng)是C（高壓沖水泵轉(zhuǎn)速）＞A（挖泥航速）＞B（波浪補(bǔ)償器壓力）；最好的方案應(yīng)當(dāng)是C3A1B2，即2 kn的挖泥航速、2.8 MPa的波浪補(bǔ)償器壓力和1 200 r/min的高壓沖水泵轉(zhuǎn)速。

2）大數(shù)據(jù)分析法

通過將船舶一個(gè)階段內(nèi)的所有進(jìn)艙密度進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)高密度區(qū)域主要集中在哪些時(shí)間段，這些時(shí)間段的施工參數(shù)是怎么組合的，并且分析這些施工參數(shù)的變化趨勢，從而確定最佳施工工藝參數(shù)。這種方法適用于工程工期較長，具有大量施工數(shù)據(jù)，對最佳施工工藝參數(shù)確定沒有很高的時(shí)間要求的工程。

3 實(shí)際工程應(yīng)用及效果驗(yàn)證

2015年5月對洋山航道疏浚工程進(jìn)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(bǔ)償器壓力、泥泵轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)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(shù)清單施工。

施工效率比對采取的方法是：在施工工藝改進(jìn)前后各隨機(jī)抽取8 d時(shí)間，從這8 d中每天再隨機(jī)抽取一船，統(tǒng)計(jì)其放耙開始1 h內(nèi)的土方量和平均進(jìn)艙密度，分析其施工效率變化情況（表3）。

表3 工藝改進(jìn)前后施工效率統(tǒng)計(jì)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(jìn)艙密度提高了約1.7%，平均每小時(shí)進(jìn)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(qū)航道疏浚工程中的耙吸船“神華浚2”輪進(jìn)行施工效率測試，測試結(jié)果如表3。

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

4 結(jié)語

綜上分析結(jié)果可以看出，采用科學(xué)的施工效率測試方法，統(tǒng)計(jì)分析出理論最佳施工參數(shù)組合，可以最大限度地改進(jìn)施工工藝，改變以前施工參數(shù)的選取主要依靠人員的經(jīng)驗(yàn)和缺乏對大規(guī)模施工數(shù)據(jù)的整理、挖掘與分析的現(xiàn)狀，有效提高船舶施工效率，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]JTJ 319—1999，疏浚工程技術(shù)規(guī)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(guī)范[S]. JTS 207—2012,Construction code for dredging and reclamation works[S].

[3]朱時(shí)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(diǎn)與對策[J].水運(yùn)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(yàn)法的邊坡穩(wěn)定因素敏感性分析[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，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(tái)州人，高級工程師，技術(shù)部經(jīng)理，主要從事船舶設(shè)備與港口航道工程技術(shù)管理工作。E-mail：zss@checd.com