噪声与振动控制行业作为环境保护相关产业的一个部分，得到了很大的发展。它的发展有一个技术后盾，那就是有个比较有力的噪声与振动控制队伍。目前，国内直接从事噪声与振动控制教学、设计、研究、监测、计量的单位有很多。在国内噪声与振动控制技术，对噪声与振动控制行业的发展起到了积极的指导推动作用。

随着经济的飞速发展，能源需求量也越来越大。而作为工业必需品的石油的需求量也是逐年递增。为了适应社会的发展和能源的供给，世界各国都在建造海上采油平台，海上采油受到多种载荷的影响，主要有以下几种：风、波浪、流、涌、地震、海生物及平台上的采油设备机器。在多种情况下平台受到的载荷不是单一的，而是多重载荷的共同作用。在多重载荷的共同作用下，平台结构将产生剧烈的振动。我国南海区域每年的6、7月都是台风季节，每当台风来临的时候造成平台剧烈振动。平台工作人员产生恐慌，像黄莲英^[1]所叙述的平湖油气田平台天然气压缩机工作的时候对平台的甲板振动过大，导致压缩机撬上的仪表经常损坏，给正常的油田生产带来诸多不便。在台风、地震、波浪、风和海冰等恶劣外部载荷的作用下，可能导致平台整体结构的疲劳破坏，造成平台倒塌的灾难口^[2]。

为了提高平台的可靠性和安全性，平台振动控制成为海洋工程技术人员研究的热门课题。现在已开始从理论和实验研究、方案设计结合实际工程进行分析研究向工程试点和应用方向发展。振动控制主要对结构施加控制机构(系统)，由控制机构和结构共同作用，减少振动能量的相互传递，避免振动的耦合放大和共振的产生，有效防止机械设备和结构的破坏。机械设备和结构振动控制可分为被动控制^[3]、主动控制^[4-6], 半主动控制和混合控制^[7-11]四种类型。在这四种控制技术中，主动控制的效果最好，但需要外加较大能源；被动控制造价低廉，减振效果良好，容易实现，目前发展最快，应用最广。平台常用的被动振动控制方式主要有TMD(Tuned Mass Damper)和TLD(Tuned Liquid Damper)。

海洋石油的飞速发展使海洋采油平台、井口平台、生活楼等一系列的平台的建造速度也与日俱增。随着时代的进步，人们关注的不仅是平台的安全性及稳定性，更多的是生活环境。2000年12月开始实施的《海上固定平台的安全规则》就规定了平台各处噪音限值，这意味着在设计海洋采油平台及生活楼时必须考虑整个平台的噪声环境。

海上平台主体结构为钢结构，各部分用焊接方式连接为一体。设备运作时除对空气辐射噪声外，还因其振动对周围地面产生影响，从而会通过结构传播能量。对于海上平台整体结构传播噪声，只考虑空气声传播的噪声预测方法已不适用了，必须同时考虑空气传播和结构声传播的噪声影响。

1 各区域噪声限值

依据功能划分，海上平台一般可以分为四个区域：采油平台作业区、生活楼、封闭机器所、开敞机器所。根据《海上固定平台的安全规则》及《工业企业噪声控制设计规范》有关规定，设定海上平台各处的噪声限值。为同时考虑结构传播噪声和空气声传播噪声分别建模，各自得出两种传播方式产生的噪声级，最后进行能量叠加。具体到模型中，对每个噪声源进行能量分离，分成声功率加载和地面振动加载，其中在结构声传播模型中，声功率作为激励加入。

2 模型分析及建议方法

图 1为涠洲6-8 SACS模型，模型将整个平台分成梁、板及空腔组成的各个子系统，通过各个子系统之间的能量流动关系来进行响应级的计算。模型中，机器安装处对地面进行振动加载，考察其能量传人各密闭空间产生的噪声级。

根据一些噪声测试的模型软件测试的结果，对很多生活楼及上部组块等一些平台的设计中，为满足噪声设计标准，特作如下处理：

(1) 控制室地板用覆盖4 mm厚的橡胶和15 mm厚的木板进行隔振处理，减少从地板传来的振动影响。

(2) 对居住区房顶上到中央空调主机进行隔振处理。

(3) 建议天花板上布置50 mm厚的玻璃纤维板，其表面为穿孔板。

(4) 所有门窗必须良好密封来隔绝空气声传播的噪声。

(5) 合理选择时机运行不常用设备或者紧急设备，避开噪声敏感期。

3 结构控制技术的分类

从控制对外部能量的需求的角度看，结构控制可分为被动控制、主动控制、半主动控制等；智能结构则是近几年提出的对结构物生命周期内的安全进行控制的新的领域^[8-14]。

3.1 被动控制技术

被动控制无须外界提供能量的，依靠结构元件之间，结构与辅助系统、子系统之间的相互作用消耗振动能量，从而达到结构振动控制的目的。被动控制技术主要包括耗能减振技术、吸振技术等：耗能减振技术是把结构物中的某些构件设计成耗能部件或在结构物的某些部件(节点或连接处)装设阻尼器。在风载荷和较小干扰力的作用下，耗能杆件和阻尼器处于弹性状态；在强烈荷载作用时，耗能杆件和阻尼器率先进人非现行状态，从而保护主体结构在强烈载荷中免受振动冲击。吸振减振技术是在主体结构中附有子结构，使结构的振动能量在原结构与子结构之间重新分配，从而达到减小保护目标结构振动的目的。

3.2 主动控制技术

主动控制是通过施加与振动方向相反的控制力来实现结构控制的，主动控制系统包括主动质量阻尼系统(AMD)、主动拉索(AVS)、主动变阻尼(ADV)、空气动力学附件(AA)等。主动变刚度系统可以改变结构的刚度，显著节省减振所需的能量。

3.3 半主动控制技术

半主动控制属于参数(阻尼和刚度)控制，它根据振动反应或动载荷信息实时改变结构的参数来减少结构的反应。目前研究和试验较多的半主动控制系统，包括刚度控制装置(SVD)、电流变阻尼器(ER)、磁流变阻尼(MR)、流体黏性阻尼、调谐质量阻尼(TMD)和调谐流体阻尼器(TLD)，是海洋工程结构物振动控制的主要技术措施。

3.4 智能结构(intelligent structure)

海洋工程结构所处的自然环境复杂多变，难以用确切的数学模型准确地描述海洋环境，理论分析结构与实际测试响应之间常常存在很大差别^[15]。从长远目标考虑，海洋工程结构物应采用具有智能行为的结构控制系统。

4 结构控制系统的模型与算法

人工神经网络(artificial neural network)与模糊逻辑(fuzzy logic)模型，目前已经在土木工程结构的振动控制中得到较为成功的应用。

5 海洋工程结构系统的控制技术 5.1 海洋工程结构系统控制的特点

海洋环境的不确定性使之不可能建立精确的数学模型。海洋工程结构分为漂浮式和固定式两种。固定在海底的海洋结构物，其稳定性目前主要靠被动控制；漂浮结构(如张力腿平台和各种浮标等)是使用动力定位系统控制。随着机敏技术和智能材料的应用，动力定位系统在逐步向自适应的方向发展。

自适应控制能够实时评估由传感器测得的实际值，对过程进行辨识，设计自适应律，优化自适应控制算法，从而使实际响应值与计算响应值的误差减到最小。

目前某些人工合成材料，如聚酯纤维，已被用于深水系泊设备、结构部件，包括TLP腱、钻采和生产井架、输油管道等，都可以用复合材料制造。

5.2 海洋工程结构物的建模问题

海洋工程结构物振动控制设计的首要任务是建模。导管架平台是目前我国海洋石油平台的主要类型。这类平台的传统模型简化方法有以下三种：分层集中质量模型、平面集中质量模型和聚缩自由度空间模型。以上三种模型都忽略了平台内部弹性部件的振动，而实际上平台内部某些长周期结构单元的振动往往对结构的整体运动有着不可忽略的影响，在风振情况下还有可能是致命的。对于导管架平台等结构复杂的大型海洋工程结构，一种比较稳妥的建模途径是根据采集的输入数据，利用辩识算法，提出平台系统模型。

5.3 海洋工程结构振动控制方式的选择

海洋工程结构形体粗大，所需的控制能量也相应较大。主动结构振动控制效果较好，对环境适应力强，但完全依赖外部能源。如此巨大的能量完全依赖外部输入在实现上有一定的困难，控制的时滞问题也是主动控制中一个比较棘手的问题。因此，在目前的技术条件下，海洋工程结构物的振动控制完全采用主动控制是不可取的。在今后相当长的一段时间内，海洋工程结构物的振动控制仍应优先考虑采用半主动控制或者混合控制。

5.4 多目标及多约束条件下海洋结构控制装置的设计

海洋工程结构物的振动控制往往要求同时实现对多个目标的控制。比如风和浪往往是同时发生的，这就要求结构在进行风振控制的同时进行波浪荷载的控制。此外，在实际工程中对控制装置存在一些约束，如对控制装置的能量限制、执行器的形成限制、结构的输出约束等，而且可能存在不同类型的外界干扰；因此组合多目标多约束控制装置的设计问题值得深入研究。

6 结论

综上所述，关于海洋平台振动控制应该进一步研究的问题主要有：

(1) 对平台内部震源进行系统综合的研究，找出每个振源对平台的影响及其耦合作用。在计算机模拟振源及其影响的基础上，修改平台结构；降低单个振源对平台的影响，或破坏多振源的耦合作用，减少局部平台振动过大现象的发生，避免平台局部疲劳破坏。

(2) 研制新型抗振平台结构。该类平台由巨型桩腿和巨型梁组成，是一种超常规的具有巨大抗测力刚度及整体工作性能的大型结构。它集成了导管架平台和柔性平台的优点而克服了两者的缺点，具有比较好的竖向载荷和水平载荷承载能力，可以有效抑制地震、风和海浪等载荷引起的振动。

(3) 研究可用于整个平台或平台上装置、设备振动能量消耗的阻尼器。调节该类型阻尼器的参数，使其在正常工作情况下，消耗平台上工作装置或设备的振动能量，以减少对平台的影响；在地震、台风和海啸等异常情况下，可利用平台内部的设备和装置做TMD或TLD，实现平台整体振动能量的消耗，减小整个平台的振动响应，使不受破坏。该类阻尼器还可以利用振源信号进行反馈控制，提高其适应能力和耗能能力。