茫茫大海中，坠入海底的沉船状态如何探知，如何选择最佳打捞方案，打捞过程如何实时监测?近日，交通运输建设科技项目“大吨位沉船整体打捞探测、起浮技术及装备”用成果回答了上述问题。该项目由烟台打捞局、大连海事大学、交通运输部天津水运工程科学研究院和柳州欧维姆机械股份有限公司联合承担。

组合声呐数据算出沉船三维模型

对于打捞大吨位船舶，探寻到沉船位置只是第一步，成功打捞还需要进一步了解沉船的姿态和损伤细节。交通运输部天津水运工程科学研究院高级工程师隋海琛告诉记者，项目组研发了两种声呐设备来探知沉船状态。一种安装在船上，对沉船的整体姿态进行扫描，另外一种是安放在沉船附近海底的三维声学扫描声呐，对整体扫描探知不到的地方进行补充扫描，两种设备获取的数据结合起来就可以获得沉船精准的三维点云模型，其误差可以控制在10厘米以内。

“除了在船上进行扫描，我们还用水下机器人搭载的三维声学扫描声呐，根据不同物体的反射频率，来判定沉船四周侧面及其周边物体的基础数据，大大提升了设计方案的合理性。”大连海事大学教师吴厚德介绍说，以往处理设备扫描到的数据，大多是通过人工拼接。在该项目中，科研人员研发了数据自动拼接技术，让计算机自动把扫描到的数据进行建模，以往靠人工三四天才能拼接出的沉船模型，现在一天就可以算出，对沉船快速应急打捞帮助很大。

据介绍，项目还研制了水下低照度摄像机，在低照度环境下，即使水下比较浑浊，也可以拍摄到人眼无法看到的影象，解决了局部损伤观测清晰度问题。

打捞过程可预演并实时监测

弄清了沉船状态后，则需要制定科学的打捞方案。为此，项目组提出了沉船打捞计算机快速建模方法和多用数据流导入导出方法，开发了打捞方案辅助设计平台，该平台融合了多个软件，主要软件包括打捞计算软件(GHS)、水动力分析软件(HydroSTAR)、局部强度校核(Ansys)三种软件，可快速计算沉船打捞吨位、重量分布、浮态和稳性、拖航状态、拖航阻力及风浪影响等方面数据。借助辅助设计平台，软件数据交互融合，对沉船状态及打捞过程进行快速仿真、模拟和计算，大大缩短了方案制定时间。

在打捞的过程中，项目组还研发出打捞工程现场数据信息集成显示和打捞过程实时虚拟再现方法，开发了沉船打捞可视化集成监测系统。在沉船打捞时，技术人员可将打捞施工现场采集的各种信息数据并进行集成显示，并利用部分位姿传感器数据驱动沉船三维模型，现场指挥在救捞母船上通过界面实时观测沉船状态信息，界面上还同步显示兜底千斤拉力、千斤顶提升力、沉船姿态、沉船提升速度等若干信息。数据与画面的高度交互，实现了打捞过程的可视化，为构建打捞决策指挥系统提供了重要的数据图像支撑。

链式法解决深水打捞难题

“2007年的时候，我们遇到了一个打捞难题。一艘散货船断成两截沉到海底，其中一截76米长6500吨重，用传统的浮筒和浮吊法都行不通。”烟台打捞局救捞工程船队的王道能告诉记者，项目组针对这种长度短、大吨位和大水深的沉船，提出了具有波浪补偿功能的大吨位沉船链式打捞方法，设计了链式牵引车总体结构，优化链条夹持结构导向轮装置，通过对结构强度和刚度反复校核试验，加大对符合强度条件的链条抗腐蚀性、耐磨性的研究力度，研制出一种强大的夹持装置，并开发了具有波浪补偿能力的大吨位沉船链式提升系统，使链条在提升过程中保持平稳，解决了钢绞线提升水深最大不足70米的问题。当风浪过大时，通过波浪补偿装置控制沉船位置和稳性，抵抗风浪加速度，即便风起浪涌，沉船也可以按照预设方案平稳起浮。

据介绍，项目组还研究了超高压微磨料水射流破碎切割机理，提出了脉冲自激振射流切割方法，开发了高压水射流开孔装备。磨料水射流是一种冷切割，切割媒介由水和石榴石组成，切割形态如同一把水刀，在水中可快速实施开孔作业，切割油舱无任何爆燃隐患。在施工过程中，只需将开孔装置吊送到指定位置，通过潜水员或水下机器人的帮助调整姿态，然后利用底座上的磁吸附装置将整套装置牢固地吸附到沉船表面并进行开孔作业。开孔过程无需人为操作，控制人员只需设定开孔速度和开孔孔径即可。

项目验收会上，专家表示，这个项目成果有效解决了大吨位沉船水底姿态探测、低照度水域沉船船体损伤高清晰观测、计算机辅助打捞方案快速制定、打捞施工过程可视化监控、具有波浪步长功能的链式液压同步提升、大水深环境下的冷态磨料水射流开孔等重大关键技术难题，形成了3套装备并开发了3套软件系统。

目前，项目研究成果已在渤海湾“碧海行动”和韩国“世越号”打捞得到了应用，取得了显著的社会、经济效益，打破国外对我国在一些关键技术上的封锁，填补了国内技术空白，提升了我国大吨位沉船的打捞能力，推广应用前景良好。