海洋平台结构健康监测系统

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海洋平台结构是海洋油气资源开发的基础性设施，是海上生产作业和生活的基地。海洋平台结构型式主要有固定式（包括钢质导管架式、顺应塔式和钢筋混凝土重力式）、半潜式（包括钻井船等浮动采油系统）和张力腿式。

海洋平台结构复杂、体积庞大、造价昂贵，特别是与陆地结构相比，其所处的海洋环境十分复杂和恶劣，风、海浪、海流、海冰和潮汐时时作用于结构，同时还受到地震作用、船舶撞击、火灾、天然气泄露爆炸等偶然因素的威胁。在此条件下，环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、材料老化、构件缺陷和机械损伤以及疲劳和裂纹扩展的损伤累积等不利因素将导致平台的结构构件和整体抗力衰减，影响结构的服役安全度和耐久性。由于对海洋环境的复杂性和随机性以及平台损伤累积和服役安全度认识不充分，各国都曾有多次海洋平台事故，造成了重大的经济损失和不良社会影响。因此，对海洋平台结构服役环境与损伤累积过程进行有效监测和预测，把握结构和结构构件抗力衰减规律，评定和预测结构的安全性和可靠性，是保障海洋平台结构安全运营、最大限度地避免事故发生的有效措施。

针对海洋平台结构的固有特点，监测项目可分为：①荷载与环境监测，主要对反映海洋环境特征的物理量的监测，如风环境（风速和风向）、波浪环境（波高、周期和方向）以及冰环境（冰厚、冰速和方向等）。②结构整体响应监测，主要对海洋平台结构在外力作用下（风、波浪和海冰等）导致的结构振动和变形进行监测。③结构局部响应监测，主要监测海洋平台结构关键部位的应变、应力以及疲劳裂纹的产生与扩展等指标。

监测的根本目的是通过监测数据分析了解海洋平台的工作状况、评定安全状态以及预测使用寿命等。海洋平台监测数据分析方法很多，包括基于统计分析、时间序列分析、主成分分析、支持向量机和贝叶斯分析等。随着大数据时代的到来，基于深度学习的智能算法，挖掘隐藏在数据中荷载与环境的模式及其变化规律、结构整体响应和局部响应的时空规律及结构行为、结构荷载和环境与结构整体响应及局部响应之间的相关性、结构整体响应与局部响应之间的相关性，以及结构整体响应之间的相关性和结构局部响应之间的相关性，也已取得一定成果。海洋平台结构的可靠度设计或评定总是与荷载、抗力和可靠度标准紧密相连，现役海洋平台结构设计可靠度采用的荷载标准是按照一定的设计基准期确定的，构件的目标可靠度是承认以往经验安全系数的基础上校正确定的。

渤海湾JZ20-2MUQ海洋平台结构健康监测系统（图1）是中国最早的海洋平台监测系统，于1997年投入使用，监测项目包括气象、加速度、应变、洋流、海冰，共布设加速度传感器、光纤光栅传感器、PVDF传感器和疲劳计500余个。此海洋平台基地横向力监测结果如图2所示，表明该海洋平台监测数据小于设计值和倒塌极限值，系统能够实时表征海洋平台的运营状况。

图1 渤海湾CB32A海洋平台（1997～）

图2 海洋平台基底横向力监测曲线

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