一體化建造工藝在海洋平臺(tái)建造中的優(yōu)勢分析與應(yīng)用建議

宋青武，郭慶，王輝，高本金，孫志廣，商寶強(qiáng)海洋石油工程股份有限公司，天津300451

一體化建造工藝在海洋平臺(tái)建造中的優(yōu)勢分析與應(yīng)用建議

宋青武，郭慶，王輝，高本金，孫志廣，商寶強(qiáng)
海洋石油工程股份有限公司，天津300451

海洋平臺(tái)的一體化建造工藝在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上增加了預(yù)舾裝和預(yù)安裝工作，機(jī)械、配管、電氣、儀表專業(yè)大量的附件、設(shè)備、管道等在車間或預(yù)總裝場地完成，大大減少了高空作業(yè)。介紹了一體化建造工藝和傳統(tǒng)建造工藝的一般施工流程，對一體化建造工藝在工期、成本、質(zhì)量、安全等方面的優(yōu)勢進(jìn)行了論述，并提出注意事項(xiàng)和建議，表明一體化建造工藝比傳統(tǒng)工藝具有明顯的優(yōu)勢，且具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

一體化工藝；預(yù)舾裝；預(yù)安裝；質(zhì)量；成本；工期；安全

組塊是近海海洋平臺(tái)常見的結(jié)構(gòu)形式，一座固定式平臺(tái)組塊可能包括2～5個(gè)甲板層［1］。組塊建造工藝是影響建造成本的重要因素，合理有效的建造工藝對于節(jié)省成本至關(guān)重要。國內(nèi)海洋石油平臺(tái)傳統(tǒng)制造工藝存在不足，建造過程中結(jié)構(gòu)附件安裝順序不合理，導(dǎo)致平臺(tái)局部油漆工作反復(fù)進(jìn)行，建造成本增加，同時(shí)帶來環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)［2］。應(yīng)改進(jìn)施工工藝，采用更為先進(jìn)的一體化建造工藝。

1 傳統(tǒng)組塊建造工藝

傳統(tǒng)組塊建造工藝一般采用縱向分段、橫向分片的預(yù)制方案。根據(jù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)備吊裝能力，以甲板腿為點(diǎn)連線，在所在的主梁位置進(jìn)行分割，將平臺(tái)各層甲板分片［3］。圖1為組塊傳統(tǒng)工藝建造的一般流程，甲板片預(yù)制后直接運(yùn)輸至噴涂車間進(jìn)行噴涂，完成后直接進(jìn)行空間總裝工作，機(jī)管電儀專業(yè)附件、管道、托架、設(shè)備等的安裝均在總裝后進(jìn)行。

以三層甲板帶夾層組塊為例，傳統(tǒng)工藝組塊總裝的一般步驟為：立柱拉筋→底層甲板→立柱拉筋→中層甲板→立柱拉筋→夾層→立柱拉筋→上層甲板。

傳統(tǒng)建造工藝不足之處體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）甲板片預(yù)制噴涂完成后，直接上滑道總裝，機(jī)管電儀附件依次吊裝組對，結(jié)構(gòu)專業(yè)與機(jī)管電儀專業(yè)銜接不緊密，在前一專業(yè)出圖和施工基本完成后，后續(xù)專業(yè)才會(huì)進(jìn)入角色，占用滑道時(shí)間周期長。

（2）大量機(jī)管電儀專業(yè)附件、設(shè)備、管道等均需要進(jìn)行吊裝作業(yè)，高空作業(yè)較多，施工效率低，且需搭設(shè)大量腳手架，空間安裝支架和管道，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，生產(chǎn)成本較高。

（3）機(jī)管電儀專業(yè)附件的后安裝大量破壞結(jié)構(gòu)油漆，大大增加現(xiàn)場補(bǔ)漆工作量，增加補(bǔ)漆成本和工期，且不環(huán)保。

圖1　組塊傳統(tǒng)工藝建造流程

（4）結(jié)構(gòu)總裝開始后，機(jī)管電儀各專業(yè)施工同時(shí)進(jìn)行，任務(wù)量集中，施工區(qū)域人員密度較大，多工種多專業(yè)交叉進(jìn)行，安全質(zhì)量管控壓力大。

2 一體化建造工藝

平臺(tái)模塊一體化建造工藝與船舶模塊化建造方案類似［4］，在建造過程中，結(jié)構(gòu)、機(jī)械、配管、電儀等專業(yè)在施工階段同時(shí)進(jìn)行，打破以往各專業(yè)流水作業(yè)的模式，提高建造的集成化程度，減少重復(fù)作業(yè)和高空作業(yè)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提升效率，實(shí)現(xiàn)降本增效。圖2為一體化建造工藝的一般流程，機(jī)管電儀專業(yè)與結(jié)構(gòu)專業(yè)工作穿插進(jìn)行。

對比一體化建造工藝流程和傳統(tǒng)建造工藝流程，可見在一體化建造工藝中分別在甲板噴涂前和噴涂后增加了預(yù)舾裝和預(yù)安裝兩個(gè)階段。

（1）預(yù)舾裝。在組塊甲板片的預(yù)制建造過程中和預(yù)制完成后，在預(yù)制車間內(nèi)將結(jié)構(gòu)附件、機(jī)管電儀散件等安裝到甲板片上，然后將甲板片運(yùn)輸至噴涂車間進(jìn)行噴砂噴漆處理。各專業(yè)主要預(yù)舾裝件如下：結(jié)構(gòu)專業(yè)包括欄桿、擋水扁鐵、墻皮、吊點(diǎn)、軌道梁支撐、艙口蓋等；機(jī)械專業(yè)包括設(shè)備底座；電氣專業(yè)包括托架支架、護(hù)管、馬腳、燈具底座；儀表專業(yè)包括托架支架、護(hù)管、馬腳；配管專業(yè)包括管支架、地漏、護(hù)管；通風(fēng)保溫專業(yè)包括空調(diào)底座、風(fēng)管吊架和甲板下保溫釘。

圖2　組塊一體化工藝建造流程

為保證油漆的完整性，對無法進(jìn)行預(yù)舾裝的焊接位置進(jìn)行保護(hù)，包括結(jié)構(gòu)總裝對接位置、管道連接位置等。對特殊材料進(jìn)行保護(hù)，包括熱浸鋅的附件，如設(shè)備底座支架、燈具支架、馬腳、管道支架、欄桿等，做好保護(hù)，防止除銹噴漆時(shí)對其造成傷害。底座與設(shè)備的連接面做好保護(hù)，不能噴漆。

（2）預(yù)安裝。噴涂完畢后甲板片運(yùn)回預(yù)制車間或運(yùn)至預(yù)總裝場地，在滿足吊裝和運(yùn)輸能力的前提下，將滿足安裝條件的相關(guān)設(shè)備、管道、托架、電纜進(jìn)行安裝，最后將甲板片運(yùn)輸?shù)娇傃b場地進(jìn)行整體吊裝就位。

圖3為采用一體化建造工藝的甲板片吊裝示意，在完成相關(guān)支架、設(shè)備底座等預(yù)舾裝件安裝后整體噴涂，然后在預(yù)總裝場地進(jìn)行部分管道和托架預(yù)安裝，最后整體吊裝上滑道。

3 一體化建造工藝的優(yōu)勢分析

相對于普通船舶，海洋平臺(tái)的一個(gè)明顯特點(diǎn)是區(qū)域性強(qiáng)。從作業(yè)要求、危險(xiǎn)區(qū)隔離及生活便利出發(fā)，海洋平臺(tái)總是被設(shè)計(jì)成幾個(gè)相對獨(dú)立的區(qū)域，如鉆井平臺(tái)的鉆井、動(dòng)力、生活區(qū)域之間都有相對明確的界限［5］，采用一體化建造工藝，可以充分發(fā)揮海洋平臺(tái)區(qū)域性強(qiáng)的優(yōu)勢，體現(xiàn)在平臺(tái)建造工期、成本、質(zhì)量、安全等各個(gè)方面。

圖3　甲板片預(yù)安裝完成后進(jìn)行總體吊裝

3.1工期方面

一體化建造工藝由于將部分組塊總裝后的工作提前至總裝前完成，在很大程度上減少了組塊上滑道后的工作量，同時(shí)機(jī)管電儀專業(yè)與結(jié)構(gòu)專業(yè)同步進(jìn)行，車間作業(yè)增多，機(jī)管電儀附件與甲板片整體涂裝，施工效率提高，大大縮短組塊占用滑道時(shí)間和組塊整體建造工期，提高建造場地滑道使用效率。對多個(gè)已建成組塊建造工期的對比分析見表1，可以看出，采用一體化建造工藝，滑道占用周期和整體建造周期將縮短1～2個(gè)月，約減少10％，建造場地利用率可提高10％～15％。在海上油氣田開發(fā)高峰期可以有效解決建造場地瓶頸問題。

表1　一體化工藝與傳統(tǒng)工藝建造工期對比

另外，一體化建造工藝由于機(jī)管電儀專業(yè)提前至與結(jié)構(gòu)專業(yè)并行開展，各專業(yè)施工順序合理銜接，可以有效減少組塊建造高峰期人力投入。如萬噸級組塊采用傳統(tǒng)工藝建造，高峰期施工人員數(shù)量一般不低于800人；而采用一體化新工藝建造，高峰期人員投入不到500人。

3.2成本方面

（1）吊車資源的節(jié)約。平臺(tái)組塊建造過程中，各類機(jī)管電儀安裝件數(shù)以千計(jì)，采用傳統(tǒng)建造工藝吊機(jī)使用量巨大；而采用一體化工藝，甲板片在噴涂之前將設(shè)備底座、地漏、管支架、護(hù)管、電儀支架、托架以及舾裝的保溫釘?shù)阮A(yù)制在甲板片上，噴涂完成之后再預(yù)裝部分托架、管道和設(shè)備，然后作為一整片整體吊裝就位，大量附件在甲板預(yù)制過程中安裝完成，降低了對吊車能力的需求，無需動(dòng)用大型吊機(jī)，大大減少了高空吊裝作業(yè)和吊機(jī)占用時(shí)間，降低了吊機(jī)使用成本。

（2）噴涂工作減少。機(jī)管電儀附件預(yù)舾裝，同時(shí)將無法實(shí)施預(yù)舾裝的焊接位置進(jìn)行保護(hù)，極大地降低了現(xiàn)場補(bǔ)漆率，僅甲板片之間的連接口需要現(xiàn)場補(bǔ)漆，節(jié)約大量成本，而且契合國際上要求的清潔制造理念。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，采用傳統(tǒng)工藝現(xiàn)場補(bǔ)漆率超過35％，而采用一體化建造工藝則不到5％。另外，一體化工藝有效減少了傳統(tǒng)工藝常見的各專業(yè)構(gòu)件現(xiàn)場焊接安裝工作，進(jìn)而避免破壞完工的油漆涂層，節(jié)約了涂層修補(bǔ)的材料和人工費(fèi)用。

（3）施工成本大大降低。如KL3-2平臺(tái)的三層甲板組塊采用一體化建造，節(jié)約50余萬元，節(jié)省1 500多個(gè)工日［6］。在某項(xiàng)目1 500 t左右的組塊采用一體化建造工藝?yán)塾?jì)節(jié)省機(jī)械臺(tái)班約200臺(tái)時(shí)，涂裝油漆節(jié)約371 L，涂漆修補(bǔ)人工時(shí)減少3 360工時(shí)，節(jié)約成本約80余萬元。

3.3質(zhì)量方面

國內(nèi)海洋工程開發(fā)周期短，設(shè)計(jì)施工工期普遍緊張，經(jīng)常采用詳設(shè)B版甚至基本設(shè)計(jì)文件進(jìn)行設(shè)備材料的采辦工作，設(shè)計(jì)深度不夠就開始建造工作。

與傳統(tǒng)工藝相比，一體化工藝的實(shí)施要求詳設(shè)達(dá)到更深的程度、機(jī)管電儀具備出圖條件，設(shè)計(jì)的深入可以有效減少圖紙出錯(cuò)率，減少現(xiàn)場返工和在不利條件下的施工作業(yè)量，提高施工質(zhì)量。

預(yù)舾裝和預(yù)安裝工作可以有效減少機(jī)管電儀后裝對已噴涂區(qū)域的破壞，減少現(xiàn)場補(bǔ)漆工作。

空間作業(yè)的大量減少，室內(nèi)和車間作業(yè)增加，有利于施工質(zhì)量的管控。

3.4安全方面

一體化工藝的實(shí)施，使得高空吊裝作業(yè)大量減少，在很大程度上減少了起重事故的發(fā)生，也降低吊裝落物風(fēng)險(xiǎn)，為施工人員提供了更好的安全保障。各專業(yè)附件與甲板片同時(shí)噴涂，室內(nèi)涂裝更加安全、環(huán)保。從高空轉(zhuǎn)到地面，減少了空間交互式作業(yè)，有效地避免了空間作業(yè)空間狹小、擁擠的缺點(diǎn)，施工高峰期人數(shù)顯著減少，工作面加大，對于施工安全管控十分有利。

4 注意事項(xiàng)

制訂一體化實(shí)施目標(biāo)時(shí)必須充分考慮現(xiàn)場資源的運(yùn)輸和吊裝能力，并據(jù)此安排預(yù)舾裝和預(yù)安裝工作量，場地吊機(jī)、平板車等資源的能力必須滿足組塊單片運(yùn)輸和吊裝需求，在完成一體化安裝后，需根據(jù)最新的甲板片重量重心情況應(yīng)用有限元軟件進(jìn)行吊裝工況模擬分析，確保滿足吊裝要求。

下面以某項(xiàng)目一體化甲板片為例，根據(jù)一體化實(shí)施情況對甲板片吊裝重量進(jìn)行重新校核：該甲板片412.91 t（包含設(shè)備底座、管支架、托架支架、管道、托架等預(yù)舾裝和預(yù)安裝內(nèi)容，考慮1.05的重量不確定系數(shù)），使用兩臺(tái)750 t吊機(jī)和一臺(tái)400 t吊機(jī)進(jìn)行吊裝，吊機(jī)利用率分別為79.1％、79.0％和78.9％，滿足要求。

使用SCAS軟件進(jìn)行吊裝建模，按照不同工況進(jìn)行強(qiáng)度和位移校核，強(qiáng)度模擬結(jié)果顯示甲板片吊裝過程中桿件在各種工況下最大UC值為0.19，小于1，位移模擬結(jié)果顯示節(jié)點(diǎn)最大位移值為3.815 cm，均滿足要求。

5 建議

通過上述分析，一體化建造工藝優(yōu)勢較為明顯，但由于一體化建造工藝將部分機(jī)管電儀工作提前，對詳設(shè)圖紙、設(shè)備材料的需求時(shí)間也提前，圖紙、設(shè)備廠家資料提供時(shí)間以及設(shè)備材料到貨時(shí)間直接決定一體化實(shí)施的程度。在確定采用一體化工藝后，需要統(tǒng)籌考慮詳細(xì)設(shè)計(jì)、采辦以及建造工期安排，盡可能提高一體化實(shí)施的比例。為保證一體化工藝的順利應(yīng)用，結(jié)合已完工程項(xiàng)目實(shí)踐，提出如下建議:

首先，在明確采用一體化建造工藝后，需組織詳設(shè)和現(xiàn)場施工人員對預(yù)舾裝和預(yù)安裝工作量進(jìn)行詳細(xì)梳理和規(guī)劃，從項(xiàng)目總體計(jì)劃出發(fā)，明確項(xiàng)目一體化實(shí)施的目標(biāo)，編制詳細(xì)的一體化建造方案和計(jì)劃，確定詳設(shè)圖紙和設(shè)備材料到貨時(shí)間，及時(shí)進(jìn)行跟蹤落實(shí)，確保圖紙和材料滿足一體化建造工藝要求。

其次，在滿足組塊陸地建造完工狀態(tài)的前提下，適當(dāng)推遲組塊建造開工時(shí)間（1～2個(gè)月），以便詳設(shè)對設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，確保出圖質(zhì)量、減少出錯(cuò)率，使材料采辦、廠家資料及設(shè)計(jì)圖紙的提供、一體化施工有效銜接，充分發(fā)揮一體化建造工藝的工期優(yōu)勢。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段充分考慮一體化建造方案的需要，合理安排出圖順序。

第三，加大標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)化的材料、設(shè)備和構(gòu)件（如地漏、管支架、電儀訊電纜托架支架等），并提前預(yù)制，帶料設(shè)計(jì)，可以有效縮短項(xiàng)目工期，減少設(shè)計(jì)圖紙對項(xiàng)目進(jìn)度的影響，有利于項(xiàng)目之間的資源調(diào)配。

第四，加快采辦進(jìn)度，確保設(shè)備材料按時(shí)到貨，同時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備廠家的提交時(shí)間。由于設(shè)備廠家資料的提交是制約3D設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，也是詳設(shè)圖紙能否按時(shí)提交的制約點(diǎn)，因此采辦管理要嚴(yán)格監(jiān)控設(shè)備廠家的設(shè)計(jì)和制造進(jìn)度，督促廠家資料的按期提交，以保證設(shè)計(jì)圖紙的按時(shí)提交，最終保證一體化建造的順利實(shí)施。

最后，加強(qiáng)對施工方一體化方案的交底宣貫；加強(qiáng)現(xiàn)場技術(shù)人員、施工人員與設(shè)計(jì)人員的溝通，充分理解設(shè)計(jì)的技術(shù)要求；加強(qiáng)施工管理，結(jié)合各專業(yè)的制約關(guān)系，合理安排工序，各專業(yè)之間要充分交流，保證平行作業(yè)。

［1］張則青，高瑞力，王東鋒.平臺(tái)組塊甲板片建造技術(shù)研究［J］.中國造船，2013，54（2）：41-45.

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Advantage Analysis on Integration Construction Process of Offshore Platform and Application Suggestion

SONG Qingwu，GUO Qing，WANG Hui，GAO Benjin，SUN Zhiguang，SHANG Baoqiang
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300451，China

Integration construction process of offshore platform adds pre-outfitting and pre-installation work on the basis of traditional construction process.Lots of accessories，equipment and pipelines are installed in workshop or at preassembly site，and aerial work can be reduced to a great extent.This article introduces general construction flow charts of the integration process and the traditional process，expounds the advantages of the integration process in aspects of project time limit，cost，quality and safety，and puts forward matters for attention and some suggestions.It shows that the integration construction process has obvious advantages and strong promotion value in practicalengineering projects.

integration process；pre-outfitting；pre-installation；quality；cost；project time limit；safety

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.04.007

宋青武（1986-），男，安徽安慶人，經(jīng)濟(jì)師，2009年畢業(yè)于天津大學(xué)結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，碩士，主要從事海洋工程項(xiàng)目管理工作。Email：songqw@mail.cooec.com.cn

2016-03-01