一直以来，我国海洋工程作业领域缺乏数字仿真技术专业机构，关键技术几乎全部被国外公司垄断，而且价格高昂，可以说是制约我国海洋工程产业发展的瓶颈。为了突破这个瓶颈，中国海油旗下上市公司海洋石油工程股份有限公司（简称海油工程）历时10年进行海洋工程数字仿真技术建设。
12月4日，这一国家重大研究项目──我国首个海洋工程数字化技术中心，终于在天津滨海新区建成并投入使用，填补了我国在海洋工程数字仿真技术领域的空白，为国内外海洋工程作业提供仿真方案预演和关键岗位人员模拟培训。
记者12月4日就走进这个中心，来到海洋工程的数字化世界，探寻数字化仿真技术如何将虚拟与现实完美融合，打造海上超级工程。
工作人员在海上浮托作业仿真模拟现场
自主研发破解短板
数字仿真技术是以计算机和专业设备为工具，利用数模算法和数字化技术建立仿真环境以达到模拟实操效果，其中，处于当下科技前沿的虚拟仿真技术是数字技术的一个重要分支。目前，数字仿真技术已在军事、航空、机械等工业领域被逐步推广应用，对企业提高开发效率、减少决策失误、降低企业风险起到了重要作用。如在航空工业方面，采用数字仿真技术可使大型客机的设计和研制周期缩短20%；利用虚拟现实飞行仿真器在地面训练飞行员，不仅节省大量燃料和经费，而且不受气象条件和场地的限制。
海洋工程作业尤其是深水海洋工程作业，具有高技术、高风险和高成本的特点，将数字仿真技术应用于海洋工程的方案论证、设计分析、生产制造、试验维护、人员训练等领域，可以极大地降低海上施工作业风险，提高海上作业效率。但此前，由于我国海洋工程作业领域缺乏数字仿真技术专业机构，该领域的关键技术几乎被国外公司全部垄断，不仅价格不菲而且始终处于技术受制于人的窘境，成了制约我国海洋工程产业发展的一块“短板”。
为了打造海洋工程领域的自主数字化仿真技术体系，中国海洋石油集团有限公司旗下上市公司——海洋石油工程股份有限公司（下称海油工程）承担起了国内首个海洋工程数字化技术中心的建设工作，陆续开展了顶层设计论证和相关技术研究工作，并联合国内多家科研院所展开了多项国家级重大专项课题研究，于今年11月全部完成了数字化技术中心的系统集成工作，自主研发出海洋环境水力动力学建模与实时解算技术、海洋工程装备运动建模、分布式实时仿真、虚拟现实仿真等关键技术，最终建成了我国海洋工程领域第一家数字化技术自主研发与培训服务基地。
虚拟现实技术助推超级工程
浮托安装作业是大型海洋石油平台海上安装作业的关键环节，作业中，专用工程作业船舶借助潮汐的力量，通过“挺举”的方式将大型海洋石油平台整体“浮托”安装到底部支撑物上，该过程也是海洋工程作业风险极高的环节。此前，由于我国海洋工程作业数字仿真技术专业机构的“缺位”，大型海洋石油平台的浮托安装作业中，浮托安装仿真作业方案的预演评估及人员培训都需要在国外的技术公司进行，单次费用就高达数百万人民币，而且需要提前半年预约，长周期严重制约工程进度。
在数字化技术中心的建设过程中，海油工程组织专家对浮托安装数字仿真技术进行了专项技术攻关，并通过多个国家级工程项目课题对该技术进行了反复的实践和论证。2017年5月31日，在南海西部海域，重达12800吨的文昌9-2/9-3中心平台上部组块成功完成海上浮托安装。而此次浮托安装仿真作业方案的预演评估和人员培训，则成为国内海洋工程数字仿真技术的首次实战。
“浮托安装仿真作业方案就相当于进行了一次真实的作业演练。”海油工程设计院院长尹汉军介绍说，海上施工团队虽然身处虚拟的海洋环境下，但整个环境都是通过数字仿真技术来完全模拟真实的海上浮托安装现场，技术人员通过数据的采集、分析和处理，可以反复优化和验证作业流程方案，同时，对于人员熟悉作业流程、提升团队协同能力、提高作业安全性都具有重要意义。
“青瓷碗”视觉效果远超IMAX
“中心占地1500平方米，我们依托国际一流设备，搭建了浮托、吊装、水下作业、工程船舶操作四大仿真平台，将数字化技术融入海洋工程方案论证、设计分析、生产制造、工程作业、应急演练和运营维护的业务流程，提高海洋工程设计效率和质量，减少海上工程作业风险。”伴随中国海油工程公司数字化技术中心主任喻龙的介绍，记者进入中心，满眼的银色调模拟舱和设备让这里的科技感十足，完全颠覆海洋工程建设行业的传统形象。一圈走下来，“青瓷碗”造型的360度全景球幕船舶驾驶仿真模拟器，犹如“抓娃娃机”的水下机器人，视觉效果远超IMAX的180度半球投影屏……每一处场景都蕴含着一项甚至数项“黑科技”。
在“青瓷碗”中，仿佛置身正在海上施工的工程船舶驾驶舱，面前就是逼真的庞大海洋工程结构物，而这是由20台高清激光投影仪投出来的画面，相当于2000个强光手电筒一起照射呈现的效果，它的视场角、像素密度和增益度都是国际顶尖水平。喻龙说，这里其实还布满了各种各样的设备和电缆、信号缆，长度大约10公里，正是它们和后台的运算主机相结合，才构成了这个虚拟仿真的世界。“我们眼前的模拟作业场景是渤海湾平台安装的浮托作业，这是海洋工程作业风险相当高的环节，之前由于国内没有海洋工程作业数字仿真技术专业机构，浮托安装仿真作业方案的预演评估和人员培训都要在国外进行，单次费用就得数百万人民币，而且还要提前半年预约，现在咱们有了自己的数字化技术中心，就能自主对浮托安装作业进行仿真模拟培训和方案预演了。”喻龙告诉记者。
工作人员在执行海上船舶航行模拟
在“青瓷碗”旁，能承担“绣花”级操作的吊机作业模拟器同样有亮点。10台超高清投影仪投射于180度半球投影屏，视觉效果远超IMAX。记者坐在吊机驾驶位看着眼前的海面和船舶，身临其境。据了解，海上吊装难度大、精度要求高、吊物价值高，往往近百米的吊臂移动距离，最终落位精度要达到厘米级，因此对吊机操作员的要求极高。而吊机模拟器应用于吊机操作员培训，可大大缩短操作员培训时间，更能节省高昂的培训成本。
采访中，海油工程董事长金晓剑表示，数字化技术中心除了能对浮托安装作业进行仿真模拟，还能根据海洋工程业务特点，对设计建造、海上安装、水下作业及应急维修等海洋工程作业的全过程完成仿真预演，构建起海洋工程全寿命周期的虚拟环境，实现虚拟设计、制造、作业、培训、上下游业务拓展等多种功能。
