MOSES拖航稳性结果的程序化处理方法

朱晓宇，张永恒，冯士伦

(1.中国船级社 青岛分社，山东 青岛 266011；
2.天津大学 建筑工程学院，天津 300350)

海洋工程浮式结构物的稳性是衡量其安全性能的最重要指标，目前海洋浮式结构物稳性分析可以使用的软件[1]主要有NAPA、MAXSURF、MOSES等，其中MOSES软件具有命令简单、操作容易、上手快的优点，被广泛应用于海洋结构物拖航过程中的稳性分析[2]。

冯加果等[3]使用MOSES软件研究初始纵倾角对张力腿平台(Tension Leg Platform，TLP)湿拖稳性的影响，发现在对TLP进行稳性分析时，不同纵倾角计算时输出文件内容繁琐且重复、工作效率较低。张浦阳等[4]使用MOSES软件建立海上风电复合筒型基础结构气浮拖航模型，对该结构进行浮态、初稳心高、频域和时域分析，由于分析工况复杂，MOSES计算结果文件内容极多，数据处理非常不方便，因而花费了大量的时间。使用MOSES软件可以进行海洋结构物的稳性计算、海上浮托安装分析等，其计算速度快、计算精度较高，在海洋工程领域应用非常广泛，但是由于MOSES软件分析过程主要依靠命令流构成，输入和输出文件内容繁多，处理起来费时费力，常令科研人员眼花缭乱，容易出错。针对上述问题，周健[5]采用VBA二次开发方法将海洋浮式结构物主尺度、货物、环境条件等计算参数进行集成，优化稳性分析前处理过程，显著节省MOSES软件建模分析时间，但是对于MOSES稳性计算后处理部分，尚没有太多的研究和优化。本文采用Office软件中内嵌的VBA程序进行二次开发，可大幅缩短提取稳性分析关键数据所需的时间，尤其在批量计算过程中效果明显。

1.1 MOSES输出文件特征

使用MOSES软件计算浮式结构物的稳性，需要对平台的计算数据进行提取和分析，按照中国船级社(CCS)《海上移动平台入级规范》的要求，必须对各项稳性衡准进行校核分析以满足规范的要求。传统的做法是从输出文件中按页查找所需要的各项稳性指标，将其誊抄出来列在表格中进行对比，但是由于1座平台往往需要计算多个吃水工况，得到对应的初稳心高、面积比、2交点之间力臂面积等数据，每个吃水工况下都至少需要计算12个风向角，手动提取这些数据所需时间较久。

对MOSES稳性计算输出文件进行研究分析，发现完整稳性结果文件主要由2部分组成：一部分是不同吃水深度下的稳性数据，如表1所示，该表格描述该平台的许用重心高度、吃水深度、横摇角、纵倾角、风速等具体的漂浮状态数据；
另一部分是对稳性计算数据的汇总，如表2所示，主要包含吃水深度、横摇角、纵倾角、第1平衡角、第2平衡角、面积比等重要信息。MOSES软件的稳性计算输出文件中的数据按照特定的形式排列，2个表格中的各项数据所在的位置和长度都是固定的，这样的特征为VBA编程提取数据提供了方便。

表1 完整稳性计算输出文件1

表2 完整稳性计算输出文件2

1.2 MOSES程序开发思路

进行二次开发的程序语言众多，常用的有C语言、C++、Fortran、MATLAB等，其都可完成对MOSES输出文件的提取，但是由于这些程序语言安装麻烦、学习难度大、使用不方便，提出使用Office内嵌的VBA模块完成对MOSES的二次开发。VBA[6]是微软开发出来在其桌面应用程序中执行通用的自动化任务的编程语言，主要用来拓展Microsoft Office软件的应用程序功能。其语法形式简单、易学易用、应用广泛、功能强大，可操控各种Office 对象，批量处理文档数据，减轻手工处理工作的烦琐，提高工作效率。向垂规等[7]使用VBA平台获取绘制断面图所需要的里程、高程数据文件等，将其用于后续的建模计算，节省了大量搜寻数据的时间，使得绘制断面图更加精确和快捷。陈蜀等[8]使用VBA平台编程处理海量的石油地质数据，克服由人工处理大量数据而可能产生的疏忽失误，提高此类工作的效率。本文利用VBA强大的数据处理功能，采用VBA平台开发的程序可以快速地提取与汇总海洋浮式结构物不同拖航工况下的稳性数据，节省大量的重复劳动时间，提高工作效率。

本次程序设计的目的在于：通过VBA程序运行的方式,自动完成MOSES计算输出文件的查找，从中搜寻吃水、许用重心高度、风倾力臂、面积比等数据，而后对其分别排序和输出，以便于进行稳性校核和分析。

由表1可知，VCG、Draft、Yaw角、Arms About Axis Yawed 等数据都按照确定的顺序排列，因此可使用“Arms About Axis Yawed 0.0 Deg From Vessel X”作为程序开发时提取表1中数据的特征值。由表2可知，Draft、Roll、Pitch等也按照确定的顺序依次排列，可使用“VCG=”作为提取表2中数据的特征值。

二次开发过程利用上述特征，总共开发3段命令，分别进行许用重心高度的提取、完整稳性数据的提取、破舱稳性数据的提取。由于3段命令开发思路相似，以完整稳性的输出文件提取为例进行说明。

完整稳性计算数据的提取步骤如下：

(1) 设置完整稳性结果计算输出文件的读取路径。

(2) 设置VBA提取项，分别为吃水、yaw角、许用重心高度、初稳心高、面积比等。

(3) 在MOSES计算结果文件中分别查找“Arms About Axis Yawed”“VCG=”这2项，赋予特征值。

(4) 按照顺序找出提取项与这2项特征值的相对位置，设置字符的起止位置，分别输出该相对位置上的数字，表1中输出的结果如表4所示。

(5) 循环查找整个文件直至结束。

以1座型长为75.6 m、型宽为39.6 m、型深为6.8 m的自升式平台的稳性分析为例，使用二次开发程序对其计算输出文件进行提取，表3为该自升式平台的主要参数。利用MOSES软件建立平台的稳性计算模型，如图1所示，按照规范要求计算完整稳性和破舱稳性。第1.1节中的表1和表2是该平台完整稳性计算输出文件。

计算完成后，在Office中打开VBA窗口，输入开发程序，点击运行后即可得到如表4所示的完整稳性汇总结果。

表3 自升式平台主要参数 m

图1 自升式平台模型

表4 完整稳性提取与汇总结果

由表4可知：根据CCS《海上移动平台入级规范》，在完整稳性计算工况下，自升式平台需满足面积比大于等于1.4、初稳心高度不小于0.15 m、2交点力臂面积均大于零。在对算例平台进行分析时，VBA程序提取出了完整稳性计算输出文件中的吃水深度、yaw角、初稳心高、面积比等关键数据，吃水深度为3.86 m，初稳心高为9.89 m，最小面积比为1.56，最小2交点力臂面积为4.67，很明显可以看出各项稳性参数都满足自升式平台的稳性衡准要求。

实际操作发现，使用VBA程序进行稳性结果的提取，仅需要不到1 min就可得到某吃水工况下的风向角、风倾力臂、面积比等数据，相对来说，节省了时间，也避免了人为失误，有效提高了工作效率。

充分发挥MOSES软件的计算功能与Office软件强大的数据处理作用，采用Office内嵌的VBA模块对MOSES软件进行二次开发，定制出我们所需的特定功能，实现了对MOSES计算结果的系统分析，对行业软件进行一定的定制补充，可显著提高以后同类工作的效率，帮助分析人员更快地完成海洋浮式结构物拖航稳性计算工作，希望本方法能对业内人士的工作有所启发，充分开发VBA模块，服务工程实践。

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