自升式平臺生活樓模塊管線設計研究

張春景，劉婷（上海振華重工集團股份有限公司，上海，200125）

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自升式平臺生活樓模塊管線設計研究

張春景，劉婷
（上海振華重工集團股份有限公司，上海，200125）

摘 要：在海洋系統裝備中，生活樓模塊是附加值較高的海洋工程產品之一，它的設計、建造與安裝技術越來越引起業內的重視。生活水、空調冷卻水系統關系到人員的居住環境和生活質量，消防系統為平臺工作人員提供安全保障。本文主要介紹自升式平臺生活樓模塊管線詳細設計、建造規劃等內容及注意事項。

關鍵詞：生活樓；詳細設計；生產設計；注意事項

引言

在海洋上的系統裝備之一——供員工居住的生活樓，隨著生活水平的提高，對其設計不斷提出美觀、大方、有特色等新要求；同時隨著科技的不斷進步，其舒適、安全性也可不斷提高［1］。新技術、新材料在生活樓設計中得到越來越廣泛的應用，這就要設計者們不斷地研究正在發展中的新技術、新材料、新設備、新工藝，以滿足業主的要求，做出科學化、人性化的設計。

自升式平臺是否能抬起生活樓，控制重量是關鍵；材料是否可長期抗擊海水侵蝕，材料選擇是關鍵；結構構成是否堅固，也很關鍵。所以在設計和建造期的各個階段都需要嚴格控制重量、材料、工藝與結構。本文就自升式平臺生活樓模塊的管線設計提出了詳盡的方案，對業界有一定參考作用。

1 設計前準備工作

基本設計將提供以下圖紙和文件：管線流程圖，規格書。基本設計中，主要設計原理是經過業主認可的，理解并掌握基本設計原則，設計出來的產品才能滿足客戶要求。熟悉其它專業基本設計圖紙，例如工藝流程、房間布置以及結構圖確定大致布管空間。注意查看衛生單元和公共衛生間的布置圖，在上下層甲板盡可能對齊，以方便接管，避免管路分散、凌亂。供水管路每層都會有單獨控制的閥件，最好預留管弄，方便閥門的安裝和操作。可以把一些建議反饋給總圖架構師或業主，以優化設計。

1.1 詳細設計的重點內容

詳細設計主要包括以下幾個方面：管系原理圖（包含大量的閥件、附件、管材尺寸及材料信息）、管線材料規格書、管系實用手冊（包含管支架設計標準）以及閥門清單，并把以上需要送審的圖紙和文件提供給驗船機構［2］。

生活樓包括七大系統，主要是：淡水系統（冷、熱水系統）、空調冷卻水系統、消防水系統、水噴淋系統、污水系統（黑水、灰水系統）、壓縮空氣系統、甲板排水系統。

在設計中，重點內容有材料選擇、管線布局等。

1.2 管材選擇

平臺上應用最廣的一種管材是碳鋼管，它的安全性、適用性以及高性價比，已經得到船級社和船東的一致認可。隨著聚合物塑料管的廣泛應用以及船級社認可，在某些系統上碳鋼管逐漸被代替，其中PVC/CPVC使用率最高。這種合成材料重量是鋼的1/5，且有極低的導熱性，用PVC/CPVC制造的管道重量輕、隔熱性能好，能有效地減輕生活樓總重量。其中CPVC 是PVC進一步氯化的產物，比PVC有優越的耐熱、阻燃、低煙等功能，當然價格要相對高一些。考慮到經濟性及安全性，所以在淡水系統用CPVC管，黑灰水系統用PVC管。

1.3 管線流程設計

設計管系原理圖時，以滿足業主要求為前提，設計合理的管線流程，選擇恰當的管徑，采用新技術優化系統。在生活污水泄放系統中放棄傳統的重力式生活污水系統，改為真空式。真空系統是采用空氣壓差收集污水，在沖冼時只需用很少量的水，是沖洗普通馬桶所需用水的十分之一。因此它相應減少了污水量并減小了污水收集容器。由于污水量的減少和該系統的動力作用，因而可以采用直徑小得多的管子［3］。通過表1的數據對比，很容易的發現采用真空式的優勢。

表1 重力式與真空式比較表

1.4 管徑設計

管徑設計也是原理圖設計的關鍵。一般有兩種計算方法：一是按人數計算；二是按用水器具和同時使用率計算。使用最多的是第二種方法。總流量Q=用水用戶x額定流量x同時使用系數。供水和排水經濟流速一般為1m/s，根據計算公式 可計算管徑。表2列舉了各個系統用水器具的額定流量和同時使用系數。

表2 額定與使用系數對比

2 管系生產設計

管系生產設計是建造中一項重要的環節，其與船體的生產設計一起被稱為生產設計的兩大環節。因此管系生產設計直接影響到船舶生產各節點的完成周期。

同時生產設計主要的工作量都在模型布置上，模型準確性決定了圖紙質量。

2.1 準備工作

三維軟件的應用，使生產設計取得了巨大的進步。目前使用最多的是T R I B O N系統。TRIBON采用單一數據庫管理，根據規格書規定的各系統材質，建立TRIBON數據庫，管材、規格、法蘭、設備、閥門等均會與附件信息建立聯系，同時又可以與管系三維模型信息建立聯系。管路建模模塊是實現管路綜合布置的模塊。按照并行設計的原則，在船體的參考背景下，將各專業建立的模型調入并裝配定位。設計人員可以在三維界面中直接布放樣管。

一旦管路建模完成后，啟動軟件自帶的小票生成程序，系統自動生成小票圖并存放在數據庫中，可以被設計人員查看和編輯。各種統計信息的托盤表可以由生產信息提取（outfitting lists）程序生成。這種方式生成的圖紙，出圖模式往往不符合船廠的要求，需要大批量修改。重復率高，容易出錯。各個企業也紛紛加大了對其二次開發的力度，只需對生成的圖紙簡單修改，調整下格式即可。大大提高了自動化程度，減少重復手動工作量，縮短出圖時間。

生產設計中要特別注意模型布置，其準確性關系工程質量。三維建模（結構、電纜托架、風管等）不完整，人員通道、設備操作和維修空間模型不全，干涉檢查不到位，特別是動態干涉在設計階段沒有發現，直到建造或調試階段才發現干涉而整改，或圖紙升版沒有及時更新模型，這些將導致工程延期。

2.2 設計中注意事項

設計之前熟悉各專業圖紙，首先以舾裝圖紙作為設備定位基準，設計中以結構、電儀托架、風道圖紙作為參考，隨時考慮布管過程與以上專業的沖突，及時與各專業協調，盡量在平面圖設計結束時與各專業協調好，減少生產設計時的現場調整工作［4］。

生活樓空間有限，幾個專業劃分起來比較緊張，碰撞會反復出現，需要設計人員細心建模。在確定生活樓模塊界面，保證和主船體部分接口位置完全正確之后，還需要關注：

（1）仔細查看防火等級圖紙，逃生通道布置圖，確定穿艙件的形式。

（2）居室、辦公室、會議、餐廳及生活區走廊等處，一般不允許將管子布置在絕緣層以外。這些區域的管子均應布置在絕緣層內并且通常不采用法蘭連接，而采用套管連接。

（3）疏排水管路布置的基本原則是排泄通暢，因此，管路的構成應該是彎頭最少，彎角最小，并且使用45度斜TEE，按管路沿排出方向作0.03～0.05的傾斜度布置；糞便污水主管的彎曲處應設置清理用的盲板法蘭或螺塞，還要保證有一定清理操作的必要空間。總管要保持有足夠的自流坡度，不準有氣囊現象。疏排水管路禁止穿過油、水艙。

（4）室內疏排水管路應布置水封式地漏，且均應布置在房間的最低處。如果設置兩個地漏，則應成內、外側或內外對角布置，并盡可能布置在房間的邊角處，同時要避開設備和家具下面。地漏的設置高度：有敷料的甲板地漏端口距甲板敷料表面低5-10mm、沒有敷料的甲板其高度應比甲板上平面低約4mm。

（5）天花板的厚度一般為25mm～50mm，天花板，燈建模時留有一定余量。

（6）生活區水消防栓的布置應易于到達和操作，通常位于靠近被保護處所的入口處。

（7）水噴淋系統由廠家提供原理圖和單線圖，標明了管線的大概走向和噴嘴位置。這是通過計算得出的最優方案。根據實際情況我們只需微調。考慮到美觀，同一個房間內的幾個噴嘴在橫向和縱向上，應布置在一條線上。

（8）為方便管子維修及不影響冷庫的保溫效果，在冷庫和緩沖間的絕緣層內，不準布置其它管路，但上層甲板的下水管無法避開時，其管子不得有可拆接頭，并應盡量靠近絕緣層內側布置。冷藏艙（庫）疏排水管路應選擇可閉式地漏，不但能隔絕污濁空氣還可防止艙內冷氣外流，而降低庫內溫度。

（9）生活樓的管支架嚴格遵循使用手冊上給出的支架形式，支架盡量焊接在結構的工字鋼、角鋼等型鋼上，能否直接焊接在甲板上需要船東認可。成排布置的管路將管線調整到底平齊或頂平齊。特殊管材（PE、CPVC 、銅管等）需要按廠家給出的間距布置支架。

（10）加強模型完整性檢查和干涉檢查，特別是注意排查動態干涉和隱形干涉問題，將操作、維修空間等動態軌跡體現在模型中。

（11）與設備接口相接的管子留一段現校管，方便安裝管路時調整。

（12）要有自我檢查的意識，管線模型建好后，一定導出一份MTO，仔細讀一下MTO，自查材料是否選對。

2.3 生產設計圖紙輸出

生產設計提供的圖紙有：安裝圖、管子零件圖、管支架零件圖、管子托盤管理表、管支架托盤管理表以及管路開孔圖［5］。后期現場支持和修改，出完工圖。

（1）管線布置圖：主要表示各層管線走向，在俯視圖，剖視圖及三維軸測圖上標明管線號和標高，以及閥附件編號、支架編號及定位坐標。注明各連接點的定位尺寸（盡量以結構主梁為基準），把每根管子的走向表示清楚，以便施工查看。有時在俯視圖上與設備連接的具體形式不容易清晰的表示出來，需要繪制剖面圖，例如：冷熱水上水管線與洗臉池的剖視圖，廁所、浴室內部的管線剖視圖，冷水罐、熱水罐的連接剖視圖等。

（2）管子小票圖：主要用于管子車間制作，指導施工的圖紙。主要內容包括：管子零件號、管子品種（成品管還是現校管）、管材規格、彎曲半徑、安裝位置、表面處理和試驗壓力、管段下料長度和下料余量、端部形式和連接信息。

（3）管支架小票圖：主要是指導管支架的加工和預制。主要內容包括：支架零件編號、材料規格、加工尺寸、定位尺寸、管夾開孔尺寸、表面處理、重量等信息。

（4）管子制作托盤表、支架制作托盤表、和管子安裝托盤表，三個表格根據工藝階段、施工區域和工序先后具體劃分，確定各工藝階段的作業物量。管子制作托盤表、支架制作托盤表供施工單位領料，管子安裝托盤在安裝階段使用，包括管裝件清單（安裝圖上所有的管子和支架）和閥附件清單（安裝圖上所有的閥件和附件）以及所有的螺栓、螺母、墊片。

（5）管線現場開孔圖：所有的開孔最好都在船體發圖之前提供，由船體專業直接開孔。他們可以把握是否能直接開，要不要送船檢認可，哪些不能開孔。因為建造計劃比較緊張，管線與船體同步幾乎不可能，所以管線專業只能出現場開孔圖，指導現場開管孔。

（6）現場支持和修改：現場支持主要是解決現場施工中隨時出現的問題，如：各種圖紙的解釋和說明，管線碰撞產生的圖紙修改和料單增補，根據船東意見修改、詳細設計圖紙修改引起的管子小票圖修改、設備來貨尺寸與工作圖不符引起的修改等問題。現場支持時注意觀察施工人員的施工水平和職業道德水平，注意對現場修改的控制，盡量節約材料和工時。

（7）完工圖：施工結束后，要根據現場修改情況向詳設方提供完工圖紙，可根據詳設要求進行完工圖的繪制，一般情況下只需要提供管線平面布置圖的完工圖即可。

3 結論

生活樓是平臺的一部分，工藝流程相對簡單，畢竟是個獨立的模塊，一般為了控制設計和施工進度，把它單獨拎出來設計。本文主要總結了詳細設計和生產設計的設計內容、設計思路及注意事項，為其他項目生活樓模塊的設計提供參考。

參考文獻

［1］ 《船舶管系布置和安裝工藝要求》 CB-Z 345-2008.

［2］ 《海上生產平臺管道系統的設計和安裝推薦作法》SY/T4809-92.

［3］ 《船舶設計實用手冊-輪機分冊》中國船舶工業總公司編，國防工業出版社，1999.

［4］ 孫東昌，潘斌，海洋自升式移動平臺設計與研究［M］.上海交通大學出版社，2008.

［5］ 孫文濤，船舶管系放樣制作與安裝，哈爾濱工業大學出版社，2010.

Piping Design for Self Jack-Up Platform Living Quarters

Chunjing Zhang， Ting Liu
（Shanghai Zhenhua Heavy Industry Co.， Ltd.， Shanghai， 200125， China）

Abstract：Living quarters is one of the most high extra value offshore production， it will be more and more emphasized in design， construction and installation.Daily water and chiller water system related with worker's living environment and quality.Fire water supply security ensurance for people.This article is mainly about detail design， production design and attention items for self jack-up platform living quarters.

Key words：Living Quarters； Detail Design； Production Design； Attention Items

中圖分類號：U664

文獻標識碼：A

文章編號：2095-8412 （2016） 02-179-05

DOI：工業技術創新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.018

作者簡介：

張春景（1981-），女，上海振華重工（集團）股份有限公司，中級職稱。研究方向：船舶輪機管系設計。

E-mail： 0-zcj@163.com

劉婷（1982-），女，上海振華重工（集團）股份有限公司，中級職稱。研究方向：船舶輪機管系設計。

E-mail： stalle599@163.com