摘要: 為解決大型沉箱出運壓載水監測精度低、不連續、存在人身安全隱患的問題，基于智能液位計研發了大型沉箱水位監測系統，達到安全、不間斷地監測沉箱水位的目的，也可為大型沉箱遠距離安全拖航提供借鑒。
          隨著世界經濟的持續發展以及全球化進程的加深，港口作為連接世界各國的橋梁與紐帶也迎來了新的發展機遇。碼頭建設朝大泊位、深水泊位方向發展，因此沉箱大型化發展趨勢明顯，沉箱高度、質量越來越大，***大質量可達 7 000 t［1］。這些大型沉箱浮游穩定成為一個亟待解決的問題，對沉箱壓載水監測也提出更高的要求。在沉箱出運過程中，沉箱格倉水位是控制沉箱浮運、下沉姿態的重要參數。若壓載水控制不好，沉箱將失穩傾翻，造成安全事故和經濟損失。但目前沉箱壓載水監測仍沿用帶刻度測繩懸吊浮球的方法，

　　1、智能液位計監測水位工作原理：
　　智能液位計以微處理器為核心單元，具有檢測、判斷和信息處理功能。其測量水位的基本原理是利用半導體硅材料的壓阻效應，實現液位壓力與電信號的轉換［2］。即把與液體深度成正比的液體靜壓力，通過液位計( 變送器) 轉換成電流信號輸出，從而建立輸出電信號與液體深度的線性對應關系，實現對液位( 水位) 的測量。沉箱水位監測選用MPM4700 型智能液位計，該液位計以擴散硅壓阻式傳感器為管芯，集成變換器電路、微處理芯片為一體，其性能穩定，結構緊湊，外圍線路簡單。該液位計為四線制，可同時輸出一組4 ～ 20 mA 的標準電流信號和ＲS486 數字信號［3］。MPM4700 型智能

　　2、智能液位計在沉箱水位監測中的布設：
　　為了避免在沉箱頂部現場布線和減少高空作業時間，沉箱水位監測擬采用無線傳輸方式，智能液位計采集的沉箱水位數據信號通過無線發射和無線接收的方式，傳輸到電腦進行數據處理后，在屏幕上直觀顯示出大型沉箱不同格倉水位和倉外吃水深度。一個MPM4700 型智能液位計對應一個獨立的無線發射單元，根據所監測的沉箱格倉數量來確定無線發射單元的數量。每個無線發射單元包括卷線盤、MPM4700 型智能液位計、485 轉換器、無線發射器、無線發射天線、移動電源等;無線接收單元與筆記本電腦相連接，包括無線接收器、無線接收天線、移動電源。無線發射器和發射天線固定在卷線盤上，攜帶輕便，在沉箱出運施工平臺吊裝時，卷線盤綁扎在施工平臺的人行通道旁，隨施工平臺吊升到沉箱頂部; 需要監測時施工人員通過卷線盤放線，智能液位計探頭放入到沉箱格倉底部，打開無線發射單元的移動電源即可。以漳州后石港區3 號泊位工程沉箱為例，該工程沉箱為16 個格倉，沿前趾和后趾方向的相鄰2 個格倉設置通水孔相互連通。因此，通過監測沉箱前趾4 個格倉和后趾4 個格倉的水位，就可以掌握整個沉箱的平衡狀態。在沉箱水位監測時，總共布設9 個MPM4700 型智能液位計，平行前趾或平行后趾4 個格倉分別布設4 個液位計，
　　1 個液位計放在格倉外與沉箱底齊平以監測半潛駁下潛時沉箱的吃水深度( 圖2) 。

　　3、智能液位計通訊設置及數據采集：
　　MPM4700 型智能液位計的輸出方式有模擬輸出和數字通訊輸出。為提高數據采集的準確度及可靠性，大型沉箱水位監測系統采用數字通訊輸出方式采集傳輸信號。通訊設置及數據采集方便快捷，液位計在沉箱格倉布設完成后，開啟無線發射單元電源，即可對液位計進行通訊設置( 圖3) 。9 路液位計的電信號通過無線發射和無線接收，經過沉箱水位監測系統軟件處理后，實時顯示8 個格倉水位值和沉箱的吃水深度。通訊參數如下: ①設置串口號為無線接收器接入計算機占用的串口編號，波特率默認為9 600。②點擊“設置串口”把修改過的串口設置好。如第①步串口參數沒變化，則忽略此步驟。③把在線液位計的編號從左邊框移到右邊框，總共9 個液位計，其中格倉8 個，格倉外1 個。④設定“傳輸控制”參數，此處按默認設定即可。其中，錯誤發生次數表示通訊軟件給液位計發出指令后，液位計沒有響應的次數，則判定此液位計有故障。刷新周期表示系統軟件隔多少毫秒把通訊軟件中的數值刷新寫入到大型沉箱水位監測系統軟件。指令間隔表示通訊軟件發給每個液位計指令的時間間隔。時間越短，指令下發速度越快。但并非時間越短越好，因為時間太快，液位計無法反應過來，從而導致通訊失敗。指令間隔通常設置為400 ms 左右。⑤點擊“啟動”按鈕與在線的各液位計進行通訊。⑥點擊“啟動KV 通訊”把各液位計采集的水位值寫入大型沉箱水位監測系統軟件。通訊軟件啟動后，若通訊參數設置正確，并且有液位計在線，則采集水位值，如圖3 的A 區，表示1～9 號液位計對應的水位值; B 區表示各液位計的通訊故障狀態，0 表示通訊正常，1 表示通訊故障。

　　4、工程應用：
　　漳州后石港區3 號泊位碼頭工程采用重力式沉箱結構，該工程沉箱共15 件，單件質量4 365 t，沉箱長、寬、高分別為19. 8、21. 9 、25. 0 m; 沉箱分7 層澆筑，澆筑***頂層時3# 格倉按設計圖紙預留3 m 高的缺口。在漳州預制廠預制，沉箱安裝施工現場距離預制廠約6. 3 km。沉箱采用氣囊橫移至出運通道，再縱移至出運碼頭前沿線上駁，采用8 000 t 半潛駁下潛安裝。根據浮游穩定計算，沉箱各格倉壓載水見圖4。2#、6# 格倉為3. 98 m，3#、7#格倉為4. 34 m，其余格倉為3. 80 m，沉箱倉外吃水12. 15 m。根據當地水文站潮汐表，2015-04-17T20∶30 下潛坑潮位條件符合下潛要求，半潛駁在下潛區開始加水下潛; 下潛至沉箱吃水1. 8 m 時，同時開啟沉箱的8 個注水閥門開始向沉箱格倉中注入壓載水; 當沉箱吃水5 m 時半潛駁暫停下潛，起重船靠近半潛駁，工人將連接起重船吊鉤的鋼絲繩用卡環固定在沉箱頂部吊環上。半潛駁繼續下潛至9 m 時再暫停下潛，等待吊纜就位。半潛駁繼續下潛，在沉箱底與枕木支墊處于脫離的臨界狀態時，減緩半潛駁下潛速度，直至沉箱完全脫離浮船塢。此時啟動吊機，使鋼絲繩處于輕微受力狀態。在半潛駁下潛及沉箱格倉注入壓載水過程中，通過大型沉箱水位監測系統能夠動態顯示各格倉水位值及沉箱的吃水深度( 圖5)

，提示施工人員調整閥門的注水速率，判斷沉箱的平衡狀態，若未達到穩定狀態可以通過小幅度調整倉格注水，使沉箱達到浮游穩定要求并且處于平衡狀態。當沉箱各格倉壓載水注入完成后，關閉注水閥門，起重船操作人員啟動后錨卷揚機，緩慢拖動沉箱出塢。

　　5、結論：
　　1) 沉箱浮運安裝時應用智能液位計監測水位，具有安全、準確、不分晝夜全程監測的特點，解決了人工測量精度低、不連續、存在高空作業安全隱患的問題，對工程安全和風險管理有較好的引導作用。
　　2) 漳州后石港區3 號泊位工程沉箱浮運安裝過程中，應用基于MPM4700 型智能液位計的大型沉箱水位監測系統對15 件質量為4 365 t件的大型沉箱壓載水進行監測，滿足工程晝夜安全施工的需要，取得了良好的效果。
　　3) 沉箱浮運安裝過程中應用智能液位計監測水位，能實時掌握沉箱各格倉的水位情況及沉箱浮游穩定的平衡狀態，也可為大型沉箱的遠距離安全拖航提供借鑒。