海上平台作业三维虚拟仿真

前言

海上平台是高出海面且具有水平台面的一种桁架构筑物，是在海上工作时在海水中搭建的便于人行走的仿陆地区域，供进行生产作业或其他活动使用，如在海底采石油、海上施工作业等。近年来，随着海上测绘工程的日益趋向大型化和在恶劣的自然环境下作业的必然性逐渐增加，海上作业平台已成为开发海洋的主要设备之一，在海上油气开发中也扮演着极其重要的角色。三维可视化作为搭建数字化工业领域的必备技术，为用户虚拟施工作业的全貌，便于管理者和施工人员看到系统整体的同时，还能观测局部细节。于是，本文将介绍利用 Hightopo (以下简称 HT )的 HT for Web 产品构造轻量化的 3D 可视化场景，借助 3D 组态，以三维动画为主，信息展示为辅，模拟了海上安全作业的整个动态过程，便于人们真实直观的了解海上作业流程及工作环境。

 

界面简介及效果预览

该场景采用 HT 技术，实现海上平台利用吊柱和吊钩针对海中设施进行捞起、移动、放置等操作，直升机与轮船主要用于配合海上平台进行相关的施工操作，同时搭配作业环境参数信息的展示，呈现出海上作业平台施工时的三维可视化效果。

 

系统分析

我国海洋资源极其丰富，其中近海石油储量约100多亿吨，但曾经，我们因没有足够强大的工业背景，无设备开采石油等海洋资源，经济受到影响。随着科技的迅速发展，我国实力不断壮大，打造出了多种类型的海上平台，如中国自主研发的蓝鲸系列，是全球最先进的超深水双钻塔半潜式钻井平台。海上钻井平台被称为“流动的国土”，主要由上部平台、下浮体（沉垫浮箱）和中部立柱三部分组成，平台上安装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活等设施。工作原理是沉垫通过充水下入海中，只留部分立柱和上部平台在海面上，顶部驱动钻井，在钻探出石油之后，即可迅速转入采油，钻完井后将沉垫中的水排出，再移动到新井位。钻井施工工序包括：钻前工程、钻进工程和完井作业三个阶段，下图为主要工序：

 

事实上，随着技术的进步及海洋工程对先进设备的需求，不同种类的海上工程平台开始出现，使得海上作业平台应用于多领域多方面：

1. 铺设、修建、检测、拆除水上水下设施，如：码头、堤岸、桥梁、水下电缆、水下隧道等公共设施；
2. 救助遇难船舶，打捞沉船、沉物，清理海上污染物，保护海上环境；
3. 进行影响水上交通安全的海洋及气象观测、水纹测量、地质调查、科学研究等活动；
4. 开采石油、天然气、可燃冰等海上资源；
5. 用于影响通航水域交通安全或对通航环境产生影响的施工作业。

  

实现效果以及价值

1、海上作业平台动画效果

HT 提供了动画函数，可通过控制动画帧数、动画间隔、变化方式等，将物体的某些属性值从起始值逐渐变到目标值，以实现动画效果。机械臂的是实现是通过对机械模型细节零件的拆分，即通过改变吊柱高度的同时实时的改变吊钩的高度位置，以实现放钩的操作，并且可调用动画结束后的函数，实现与收钩、旋转、放钩、收钩、旋转回起始位置的动画无缝衔接。两机械臂可配合操作一起捞起海中某一设备结构，并同步旋转吊臂到指定位置后放钩，完成海中设施各结构的准确拼接。

 

机械臂的应用是海上作业平台的核心功能之一，可用于调运设备、海上救援、辅助修建海上设施等等，是海上最重要的生产和安全设备之一。它具有操作简单、制动性能好、通用性强、抗风性强、可重复作业等特点，可以代替人们去完成一些复杂沉重的搬运工作或辅助人们实现高危险性的工作任务，也可以代替工人完成大批量的生产任务，这大大提高了劳动生产效率，保障了工人们的人身安全，节约了人力资源。因而广泛应用于机械制造、施工作业、物流系统等众多工业行业。

 

2、信息条动画效果

通过改变沿 Y 轴的旋转角度来实现以不同速度变化的风力/风向、安全作业天数、钻井启用进程三个信息条的旋转过程。海上作业是高技术、高投入、高风险的一项工作，工况条件比陆地复杂、恶劣，除了受与陆上作业一样的天气因素影响外，自身还受到海洋特殊环境的影响，如海流、潮汐、风暴潮等恶劣天气影响，因此，海上作业可以与当地气象部门建立联系，将信息条中的内容根据工程师当天的环境状况进行信息绑定，及时掌握海上气候动态，确保施工时的安全性。

 

3、飞机行驶的动画效果

海上直升机是海上作业平台正常运行时的一种交通工具，主要用于运送物资、处理突发事件及运送人员。可根据自定义的轨道、设置飞机的起始、结束位置、飞行状态等属性，来指定飞机的飞行方式及线路，结合HT中的动画函数实现飞行效果。

 

4、海水的波动

通过改变海水、船的高度位置和浪花透明度的随机变化，来呈现海面的波动状态。轮船主要用于配合海上作业平台完成海上作业，用户也可自行建立两者间的联系。

 

总结

随着科技的发展和社会的进步，海上作业平台逐渐得到了广泛的应用，如在海洋勘测、资源采集、环境护理、科学研究等方面，在面对风、浪、流等各种复杂的海洋作业环境及海上安全与技术规范条款的要求等，其对各种类型的海上作业都有着积极的意义，是人们海洋工作中不可或缺的设备，为海上作业提供了稳定的工作场所，其重要性不言而喻。

而 HT 将三维动画与工业化领域相结合，使场景中各设施具有更加灵活的表现形式和直观生动的可视化效果，生动的动画演示便于工程师迅速理解和制定海上作业的施工流程，同时实时、直观呈现出海上施工的工作环境信息，可辅助管理人员及时做出准确决策，实现对整个施工项目科学、有效的管理。

 

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