浅谈国内首艘双处理机DCM船舶施工管理系统

浅谈国内首艘双处理机DCM船舶施工管理系统

沈涛

中交海洋建设开发有限公司

摘要：随着中国交建中标香港机场第三跑道系统填海拓地工程项目，工程量巨大的海上深层水泥搅拌桩项目多个标段的施工任务落定。中交海洋建设开发有限公司有幸参与DCM桩施工，为此工程新建的国内首艘DCM施工船舶已建造完毕。其整套施工管理系统由中国交建下属多家设计研究院分工完成，体现了施工系统的高度集成化，智能自动化及精确地施工控制，为DCM桩施工如期保质完成任务起到保障作用。

关键词：DCM船舶施工系统智能自动化控制精确

1船舶简介及工艺流程

2017年1月6日DCOC-1号DCM船拖离港口标志着国内首艘双处理机DCM船成功交付使用。DCM为英文“deepcementmixing”简称，中文翻译为深层水泥搅拌，该船是应用DCM工法将水泥浆注入软土地基中并在原位与软土充分搅拌形成水泥土，水泥硬化后使土体得到加固的一种软基改良施工船舶。

该船为非自航船舶，其主要尺寸如下图1：

船长74m，船宽32m，型深5m，海面上高度49.4m，拖航吃水3.45m，结构吃水3.8m，最小作业吃水2.5m，处理深度36.2m，处理面积2x4.65m2。

DCM船工艺流程如图2所示：

2船舶施工管理系统

2.1系统概述

船舶施工管理系统主要包括以下几个子系统：

A锚泊定位系统

B船舶调倾、压载系统

C拌合系统

D处理机施工系统

E船舶防污染系统

各个子系统都由相应的软件程序通过传感器控制设备进行系统的动作，这些操作都在控制时的操作柜台上通过电脑及控制按钮实现。

2.2锚泊定位系统

我们船舶要进行打桩施工就必须确定打桩位置（定桩位），锚泊定位系统的作用就是实现这一功能。

本船锚绞车总共6台（其中艉部2台带锚链轮）分布在船舶两舷前中后6个位置。锚泊定位系统由SCADA计算机及PLC系统（控制）、高精度双天线GPS系统（定位）、锚绞车（执行）、绞车编码器（计算绳长）、钢丝绳张力计（测量锚缆受力）、控制手柄等组成。锚泊定位系统分为现场控制和远程控制两种控制模式。6台绞车可以单动也可以联动，单动比较适合开始的粗略定位，联动适合后期微调时的定位，锚泊自动定位过程中如果达不到精准位置时可以通过手动方式调整到精准位置，动态定位精度为3-5cm，最终的平面误差为6.9mm。

调倾方式分手动、自动两种，手动很好理解。这里主要介绍自动调节模式，自动共有3种工作模式，分别为横向调节模式、纵向调节模式、综合调节模式。

横向调节模式：当船舶只出现横倾情况下，可通过此模式调节船舶浮态。

纵向调节模式：当船舶只出现纵倾情况下，可通过此模式调节船舶浮态。

综合调节模式：当船舶出现横纵倾情况或者只出现横倾或者纵倾，可通过此模式调节船舶浮态（此模式为我们首选）。

2.3船舶调倾、压载系统

DCM船舶打桩时要求成桩的垂直度，就要求我们的桩架有一定的角度，因此我们就通过控制船舶的浮态，来满足施工的相关要求。

自动调倾系统根据4个吃水传感器（分布在船舶左右舷、艏艉4个位置）、横纵倾仪等实时参数自动控制调倾水泵的起停，调整各个调倾水舱的水位，使得不论处理机升降高度处于任何位置，船舶始终处于施工允许的浮态范围内。

自动调倾系统可有效控制成桩直度，为保证成桩的垂直度，在减速机的上部，减速机本体的中转箱内部设有倾斜计以测量前后左右的倾斜度（±70°,精度0.01°），同时与船体自动调倾装置关联，在处理机上升和下降负荷变化产生的船体倾斜，通过自动调倾装置启动压载水调控系统快速将船体调平。

2.4拌合系统

拌合系统由粉料舱、提料机、添加剂灌、搅拌机、中储罐、空压机、除尘器、计量设备、泥浆泵等组成。

本系统生产率140m3/h,配有左右各一个600T粉料仓，其中每个600T舱分为400T和200T连个部分，以满足两种不同的原料，不同情况的使用需要。我船两舷均安装了水泥输送管路接口，水泥船无论靠哪舷均能把水泥输送到我船任意水泥舱或粉煤灰舱。

配有2台双速制主轴螺旋式搅拌机，每拌最大出料2.5m3，下设一个15m3中储罐。16台泥浆泵进口接在搅拌好的泥浆临时储存罐上，通过独立的16颗Ф60mm的钢管输送到船头处理机处，然后通过16个快速接头连接到处理机输浆管。

此系统即可抽取海水进行水泥浆拌合也可使用回收的污水沉淀后的清水进行泥浆搅拌，而且可抽取船舶自身淡水舱淡水用于设备长时间不用时的清洗。

2.5处理机施工系统

本船安装有2台处理机，处理机由升降绞车提供升降能力，处理机由变频电机、变速箱、固定轴、轴承、搅拌轴、抱桩器、搅拌翼、掘进翼等主要部件组成。每组处理机上有1根较粗的固定轴（不旋转），4根搅拌轴，搅拌轴的轴承安装在固定轴四周，固定轴为搅拌轴提供支撑作用。在固定轴外部分布4根钢管、每根搅拌轴内部安装有1根钢管通到固定轴和搅拌轴的下端，用于输送泥浆（每台处理机8个喷浆口）。

该船舶在设计上吸取目前世界上现有DCM船舶的全部优点，并在此基础上再进一步优化，创造性的采用了双重型处理机，处理面积为4.65m²×2，单台处理机重量达200吨，能有效保障刀头的贯入。每台处理机的功率均为160KW×4，总功率大，具有较大的扭矩（30rpm时最大为5195kgm）和转速（30~60rpm范围无极调速），可适应不同地层的处理需要。两台处理机可单动也可联动，每台处理机操作台面上都具有自动控制手动控制两种模式，手动模式可以通过摇杆和旋钮控制处理机的升降速度（最快升降速度：2.4m/min）、搅拌翼旋转速度（30~60rpm）及管路喷浆速度（最大流量：350L/min）。处理机导轨设有移动装置，采用螺杆方式移动处理机导轨，可满足桩距4～6m的调整，使得船舶的工况适应性更宽广。

施工系统可预先根据各种要求的桩的施工参数进行预设。整个成桩过程的不同阶段的系统动作包括下沉/提升、搅拌翼旋转、固定管喷浆、搅拌翼喷浆都可以预先设定，自动模式下可按照设定程序自行完成。搅拌机的转速、下沉/提升速度可以根据设定转数进行自动调节已满足要求，也可以根据处理土每立方米水泥用量来自动调节下沉/提升速度及喷浆量。系统界面上会显示处理机吊绳拉力，搅拌机扭距及电流、电机功率等信息，如有异常会报警提醒，并设有经济停止按钮。

2.6船舶防污染系统

香港对防污染要求较高，船舶设计时就做了相应的考虑。我船涉及防污染的措施如下：

（1）设置一级防污屏：由三节可升缩式钢套箱组成，套裹在处理机外面，阻止处理机搅动所可能产生的淤泥污染海水。

（2）设置二级防污屏：在整船外延设置由土工布组成的二级防污帷幕，施工时将土工布下放至泥面形成与船体外围海水的隔离，避免船体下面可能产生的污水扩散到船体以外。

（3）设置污水存储箱及回收管路，将清洗铰刀及管路的污水以及生活中产生的污水收集起来送往污水处理机构进行处理，避免污水直接排入海中。

2.7其他功能

（1）语音播报

在上位机模拟不同施工状态指示信号点，播放对应的语音提示。

（2）故障报警

在上位机模拟故障报警，观察发生报警后，显示在报警页面。

（3）自动排桩

在上位机输入桩设计参数，自动生成打桩计划表，并可导出与导入。

（4）三维显示

导入地层勘探数据，显示三维地层分布情况。

根据打桩进度，显示处理机位置及桩体施工进度。

3DCM船舶特点总结

DCM船施工管理系统是一个高度集成控制系统，是DCM船的控制中心。

DCM船施工管理系统具有施工工艺参数设置、施工设计文件管理、施工过程控制、平面定位与显示、施工数据存储、施工报表、数据统计分析、无线数据传输等功能。

DCM船施工管理系统完成对整个施工过程的监测与控制，实现各个分系统之间的数据共享，功能集成，联动控制等。完成安全、方便、可靠的过程控制。

DCM船施工管理系统通过工业控制网络和计算机软件系统实现全船信号集成、控制台集成、人机交互界面集成，为用户提供风格统一、体验优化的操控系统，实现全船高度集成控制，为日后全自动控制奠定良好基础。

上述特点展现了我们自建的国内首艘双处理机DCM施工船的高度智能化及自动化，船舶控制精确，施工范围大，适应能力强，将成为日后海上机场、海上堆场等海上地基处理项目不可或缺的力量。

作者简介：沈涛，1983.1，男，甘肃省武威市人，汉族，中级工程师，大学本科