朱曉宇，張永恒，馮士倫

(1.中國船級(jí)社 青島分社，山東 青島 266011；2.天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院，天津 300350)

0 引 言

海洋工程浮式結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)性是衡量其安全性能的最重要指標(biāo)，目前海洋浮式結(jié)構(gòu)物穩(wěn)性分析可以使用的軟件[1]主要有NAPA、MAXSURF、MOSES等，其中MOSES軟件具有命令簡(jiǎn)單、操作容易、上手快的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于海洋結(jié)構(gòu)物拖航過程中的穩(wěn)性分析[2]。

馮加果等[3]使用MOSES軟件研究初始縱傾角對(duì)張力腿平臺(tái)(Tension Leg Platform，TLP)濕拖穩(wěn)性的影響，發(fā)現(xiàn)在對(duì)TLP進(jìn)行穩(wěn)性分析時(shí)，不同縱傾角計(jì)算時(shí)輸出文件內(nèi)容繁瑣且重復(fù)、工作效率較低。張浦陽等[4]使用MOSES軟件建立海上風(fēng)電復(fù)合筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)氣浮拖航模型，對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行浮態(tài)、初穩(wěn)心高、頻域和時(shí)域分析，由于分析工況復(fù)雜，MOSES計(jì)算結(jié)果文件內(nèi)容極多，數(shù)據(jù)處理非常不方便，因而花費(fèi)了大量的時(shí)間。使用MOSES軟件可以進(jìn)行海洋結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)性計(jì)算、海上浮托安裝分析等，其計(jì)算速度快、計(jì)算精度較高，在海洋工程領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，但是由于MOSES軟件分析過程主要依靠命令流構(gòu)成，輸入和輸出文件內(nèi)容繁多，處理起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力，常令科研人員眼花繚亂，容易出錯(cuò)。針對(duì)上述問題，周健[5]采用VBA二次開發(fā)方法將海洋浮式結(jié)構(gòu)物主尺度、貨物、環(huán)境條件等計(jì)算參數(shù)進(jìn)行集成，優(yōu)化穩(wěn)性分析前處理過程，顯著節(jié)省MOSES軟件建模分析時(shí)間，但是對(duì)于MOSES穩(wěn)性計(jì)算后處理部分，尚沒有太多的研究和優(yōu)化。本文采用Office軟件中內(nèi)嵌的VBA程序進(jìn)行二次開發(fā)，可大幅縮短提取穩(wěn)性分析關(guān)鍵數(shù)據(jù)所需的時(shí)間，尤其在批量計(jì)算過程中效果明顯。

1 程序化方法

1.1 MOSES輸出文件特征

使用MOSES軟件計(jì)算浮式結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)性，需要對(duì)平臺(tái)的計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析，按照中國船級(jí)社(CCS)《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)規(guī)范》的要求，必須對(duì)各項(xiàng)穩(wěn)性衡準(zhǔn)進(jìn)行校核分析以滿足規(guī)范的要求。傳統(tǒng)的做法是從輸出文件中按頁查找所需要的各項(xiàng)穩(wěn)性指標(biāo)，將其謄抄出來列在表格中進(jìn)行對(duì)比，但是由于1座平臺(tái)往往需要計(jì)算多個(gè)吃水工況，得到對(duì)應(yīng)的初穩(wěn)心高、面積比、2交點(diǎn)之間力臂面積等數(shù)據(jù)，每個(gè)吃水工況下都至少需要計(jì)算12個(gè)風(fēng)向角，手動(dòng)提取這些數(shù)據(jù)所需時(shí)間較久。

對(duì)MOSES穩(wěn)性計(jì)算輸出文件進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)完整穩(wěn)性結(jié)果文件主要由2部分組成：一部分是不同吃水深度下的穩(wěn)性數(shù)據(jù)，如表1所示，該表格描述該平臺(tái)的許用重心高度、吃水深度、橫搖角、縱傾角、風(fēng)速等具體的漂浮狀態(tài)數(shù)據(jù)；另一部分是對(duì)穩(wěn)性計(jì)算數(shù)據(jù)的匯總，如表2所示，主要包含吃水深度、橫搖角、縱傾角、第1平衡角、第2平衡角、面積比等重要信息。MOSES軟件的穩(wěn)性計(jì)算輸出文件中的數(shù)據(jù)按照特定的形式排列，2個(gè)表格中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)所在的位置和長度都是固定的，這樣的特征為VBA編程提取數(shù)據(jù)提供了方便。

表1 完整穩(wěn)性計(jì)算輸出文件1

表2 完整穩(wěn)性計(jì)算輸出文件2

1.2 MOSES程序開發(fā)思路

進(jìn)行二次開發(fā)的程序語言眾多，常用的有C語言、C++、Fortran、MATLAB等，其都可完成對(duì)MOSES輸出文件的提取，但是由于這些程序語言安裝麻煩、學(xué)習(xí)難度大、使用不方便，提出使用Office內(nèi)嵌的VBA模塊完成對(duì)MOSES的二次開發(fā)。VBA[6]是微軟開發(fā)出來在其桌面應(yīng)用程序中執(zhí)行通用的自動(dòng)化任務(wù)的編程語言，主要用來拓展Microsoft Office軟件的應(yīng)用程序功能。其語法形式簡(jiǎn)單、易學(xué)易用、應(yīng)用廣泛、功能強(qiáng)大，可操控各種Office 對(duì)象，批量處理文檔數(shù)據(jù)，減輕手工處理工作的煩瑣，提高工作效率。向垂規(guī)等[7]使用VBA平臺(tái)獲取繪制斷面圖所需要的里程、高程數(shù)據(jù)文件等，將其用于后續(xù)的建模計(jì)算，節(jié)省了大量搜尋數(shù)據(jù)的時(shí)間，使得繪制斷面圖更加精確和快捷。陳蜀等[8]使用VBA平臺(tái)編程處理海量的石油地質(zhì)數(shù)據(jù)，克服由人工處理大量數(shù)據(jù)而可能產(chǎn)生的疏忽失誤，提高此類工作的效率。本文利用VBA強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，采用VBA平臺(tái)開發(fā)的程序可以快速地提取與匯總海洋浮式結(jié)構(gòu)物不同拖航工況下的穩(wěn)性數(shù)據(jù)，節(jié)省大量的重復(fù)勞動(dòng)時(shí)間，提高工作效率。

本次程序設(shè)計(jì)的目的在于：通過VBA程序運(yùn)行的方式,自動(dòng)完成MOSES計(jì)算輸出文件的查找，從中搜尋吃水、許用重心高度、風(fēng)傾力臂、面積比等數(shù)據(jù)，而后對(duì)其分別排序和輸出，以便于進(jìn)行穩(wěn)性校核和分析。

由表1可知，VCG、Draft、Yaw角、Arms About Axis Yawed 等數(shù)據(jù)都按照確定的順序排列，因此可使用“Arms About Axis Yawed 0.0 Deg From Vessel X”作為程序開發(fā)時(shí)提取表1中數(shù)據(jù)的特征值。由表2可知，Draft、Roll、Pitch等也按照確定的順序依次排列，可使用“VCG=”作為提取表2中數(shù)據(jù)的特征值。

二次開發(fā)過程利用上述特征，總共開發(fā)3段命令，分別進(jìn)行許用重心高度的提取、完整穩(wěn)性數(shù)據(jù)的提取、破艙穩(wěn)性數(shù)據(jù)的提取。由于3段命令開發(fā)思路相似，以完整穩(wěn)性的輸出文件提取為例進(jìn)行說明。

完整穩(wěn)性計(jì)算數(shù)據(jù)的提取步驟如下：

(1) 設(shè)置完整穩(wěn)性結(jié)果計(jì)算輸出文件的讀取路徑。

(2) 設(shè)置VBA提取項(xiàng)，分別為吃水、yaw角、許用重心高度、初穩(wěn)心高、面積比等。

(3) 在MOSES計(jì)算結(jié)果文件中分別查找“Arms About Axis Yawed”“VCG=”這2項(xiàng)，賦予特征值。

(4) 按照順序找出提取項(xiàng)與這2項(xiàng)特征值的相對(duì)位置，設(shè)置字符的起止位置，分別輸出該相對(duì)位置上的數(shù)字，表1中輸出的結(jié)果如表4所示。

(5) 循環(huán)查找整個(gè)文件直至結(jié)束。

2 算例分析

以1座型長為75.6 m、型寬為39.6 m、型深為6.8 m的自升式平臺(tái)的穩(wěn)性分析為例，使用二次開發(fā)程序?qū)ζ溆?jì)算輸出文件進(jìn)行提取，表3為該自升式平臺(tái)的主要參數(shù)。利用MOSES軟件建立平臺(tái)的穩(wěn)性計(jì)算模型，如圖1所示，按照規(guī)范要求計(jì)算完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性。第1.1節(jié)中的表1和表2是該平臺(tái)完整穩(wěn)性計(jì)算輸出文件。

計(jì)算完成后，在Office中打開VBA窗口，輸入開發(fā)程序，點(diǎn)擊運(yùn)行后即可得到如表4所示的完整穩(wěn)性匯總結(jié)果。

表3 自升式平臺(tái)主要參數(shù) m

圖1 自升式平臺(tái)模型

表4 完整穩(wěn)性提取與匯總結(jié)果

由表4可知：根據(jù)CCS《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)規(guī)范》，在完整穩(wěn)性計(jì)算工況下，自升式平臺(tái)需滿足面積比大于等于1.4、初穩(wěn)心高度不小于0.15 m、2交點(diǎn)力臂面積均大于零。在對(duì)算例平臺(tái)進(jìn)行分析時(shí)，VBA程序提取出了完整穩(wěn)性計(jì)算輸出文件中的吃水深度、yaw角、初穩(wěn)心高、面積比等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，吃水深度為3.86 m，初穩(wěn)心高為9.89 m，最小面積比為1.56，最小2交點(diǎn)力臂面積為4.67，很明顯可以看出各項(xiàng)穩(wěn)性參數(shù)都滿足自升式平臺(tái)的穩(wěn)性衡準(zhǔn)要求。

3 結(jié) 論

實(shí)際操作發(fā)現(xiàn)，使用VBA程序進(jìn)行穩(wěn)性結(jié)果的提取，僅需要不到1 min就可得到某吃水工況下的風(fēng)向角、風(fēng)傾力臂、面積比等數(shù)據(jù)，相對(duì)來說，節(jié)省了時(shí)間，也避免了人為失誤，有效提高了工作效率。

充分發(fā)揮MOSES軟件的計(jì)算功能與Office軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理作用，采用Office內(nèi)嵌的VBA模塊對(duì)MOSES軟件進(jìn)行二次開發(fā)，定制出我們所需的特定功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)MOSES計(jì)算結(jié)果的系統(tǒng)分析，對(duì)行業(yè)軟件進(jìn)行一定的定制補(bǔ)充，可顯著提高以后同類工作的效率，幫助分析人員更快地完成海洋浮式結(jié)構(gòu)物拖航穩(wěn)性計(jì)算工作，希望本方法能對(duì)業(yè)內(nèi)人士的工作有所啟發(fā)，充分開發(fā)VBA模塊，服務(wù)工程實(shí)踐。