一體化建造工藝在海洋平臺建造中的優勢分析與應用建議

宋青武，郭慶，王輝，高本金，孫志廣，商寶強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建造中的優勢分析與應用建議

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

海洋平臺的一體化建造工藝在傳統工藝的基礎上增加了預舾裝和預安裝工作，機械、配管、電氣、儀表專業大量的附件、設備、管道等在車間或預總裝場地完成，大大減少了高空作業。介紹了一體化建造工藝和傳統建造工藝的一般施工流程，對一體化建造工藝在工期、成本、質量、安全等方面的優勢進行了論述，并提出注意事項和建議，表明一體化建造工藝比傳統工藝具有明顯的優勢，且具有較強的推廣價值。

一體化工藝；預舾裝；預安裝；質量；成本；工期；安全

組塊是近海海洋平臺常見的結構形式，一座固定式平臺組塊可能包括2～5個甲板層［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省成本至關重要。國內海洋石油平臺傳統制造工藝存在不足，建造過程中結構附件安裝順序不合理，導致平臺局部油漆工作反復進行，建造成本增加，同時帶來環境污染風險［2］。應改進施工工藝，采用更為先進的一體化建造工藝。

1 傳統組塊建造工藝

傳統組塊建造工藝一般采用縱向分段、橫向分片的預制方案。根據平臺結構特點和設備吊裝能力，以甲板腿為點連線，在所在的主梁位置進行分割，將平臺各層甲板分片［3］。圖1為組塊傳統工藝建造的一般流程，甲板片預制后直接運輸至噴涂車間進行噴涂，完成后直接進行空間總裝工作，機管電儀專業附件、管道、托架、設備等的安裝均在總裝后進行。

以三層甲板帶夾層組塊為例，傳統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。

傳統建造工藝不足之處體現在以下幾個方面：

（1）甲板片預制噴涂完成后，直接上滑道總裝，機管電儀附件依次吊裝組對，結構專業與機管電儀專業銜接不緊密，在前一專業出圖和施工基本完成后，后續專業才會進入角色，占用滑道時間周期長。

（2）大量機管電儀專業附件、設備、管道等均需要進行吊裝作業，高空作業較多，施工效率低，且需搭設大量腳手架，空間安裝支架和管道，安全風險較大，生產成本較高。

（3）機管電儀專業附件的后安裝大量破壞結構油漆，大大增加現場補漆工作量，增加補漆成本和工期，且不環保。

圖1　組塊傳統工藝建造流程

（4）結構總裝開始后，機管電儀各專業施工同時進行，任務量集中，施工區域人員密度較大，多工種多專業交叉進行，安全質量管控壓力大。

2 一體化建造工藝

平臺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，結構、機械、配管、電儀等專業在施工階段同時進行，打破以往各專業流水作業的模式，提高建造的集成化程度，減少重復作業和高空作業，降低安全風險，提升效率，實現降本增效。圖2為一體化建造工藝的一般流程，機管電儀專業與結構專業工作穿插進行。

對比一體化建造工藝流程和傳統建造工藝流程，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舾裝和預安裝兩個階段。

（1）預舾裝。在組塊甲板片的預制建造過程中和預制完成后，在預制車間內將結構附件、機管電儀散件等安裝到甲板片上，然后將甲板片運輸至噴涂車間進行噴砂噴漆處理。各專業主要預舾裝件如下：結構專業包括欄桿、擋水扁鐵、墻皮、吊點、軌道梁支撐、艙口蓋等；機械專業包括設備底座；電氣專業包括托架支架、護管、馬腳、燈具底座；儀表專業包括托架支架、護管、馬腳；配管專業包括管支架、地漏、護管；通風保溫專業包括空調底座、風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，對無法進行預舾裝的焊接位置進行保護，包括結構總裝對接位置、管道連接位置等。對特殊材料進行保護，包括熱浸鋅的附件，如設備底座支架、燈具支架、馬腳、管道支架、欄桿等，做好保護，防止除銹噴漆時對其造成傷害。底座與設備的連接面做好保護，不能噴漆。

（2）預安裝。噴涂完畢后甲板片運回預制車間或運至預總裝場地，在滿足吊裝和運輸能力的前提下，將滿足安裝條件的相關設備、管道、托架、電纜進行安裝，最后將甲板片運輸到總裝場地進行整體吊裝就位。

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

3 一體化建造工藝的優勢分析

相對于普通船舶，海洋平臺的一個明顯特點是區域性強。從作業要求、危險區隔離及生活便利出發，海洋平臺總是被設計成幾個相對獨立的區域，如鉆井平臺的鉆井、動力、生活區域之間都有相對明確的界限［5］，采用一體化建造工藝，可以充分發揮海洋平臺區域性強的優勢，體現在平臺建造工期、成本、質量、安全等各個方面。

圖3　甲板片預安裝完成后進行總體吊裝

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，同時機管電儀專業與結構專業同步進行，車間作業增多，機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　一體化工藝與傳統工藝建造工期對比

另外，一體化建造工藝由于機管電儀專業提前至與結構專業并行開展，各專業施工順序合理銜接，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工藝建造，高峰期施工人員數量一般不低于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）吊車資源的節約。平臺組塊建造過程中，各類機管電儀安裝件數以千計，采用傳統建造工藝吊機使用量巨大；而采用一體化工藝，甲板片在噴涂之前將設備底座、地漏、管支架、護管、電儀支架、托架以及舾裝的保溫釘等預制在甲板片上，噴涂完成之后再預裝部分托架、管道和設備，然后作為一整片整體吊裝就位，大量附件在甲板預制過程中安裝完成，降低了對吊車能力的需求，無需動用大型吊機，大大減少了高空吊裝作業和吊機占用時間，降低了吊機使用成本。

（2）噴涂工作減少。機管電儀附件預舾裝，同時將無法實施預舾裝的焊接位置進行保護，極大地降低了現場補漆率，僅甲板片之間的連接口需要現場補漆，節約大量成本，而且契合國際上要求的清潔制造理念。經統計，采用傳統工藝現場補漆率超過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工藝常見的各專業構件現場焊接安裝工作，進而避免破壞完工的油漆涂層，節約了涂層修補的材料和人工費用。

（3）施工成本大大降低。如KL3-2平臺的三層甲板組塊采用一體化建造，節約50余萬元，節省1 500多個工日［6］。在某項目1 500 t左右的組塊采用一體化建造工藝累計節省機械臺班約200臺時，涂裝油漆節約371 L，涂漆修補人工時減少3 360工時，節約成本約80余萬元。

3.3質量方面

國內海洋工程開發周期短，設計施工工期普遍緊張，經常采用詳設B版甚至基本設計文件進行設備材料的采辦工作，設計深度不夠就開始建造工作。

與傳統工藝相比，一體化工藝的實施要求詳設達到更深的程度、機管電儀具備出圖條件，設計的深入可以有效減少圖紙出錯率，減少現場返工和在不利條件下的施工作業量，提高施工質量。

預舾裝和預安裝工作可以有效減少機管電儀后裝對已噴涂區域的破壞，減少現場補漆工作。

空間作業的大量減少，室內和車間作業增加，有利于施工質量的管控。

3.4安全方面

一體化工藝的實施，使得高空吊裝作業大量減少，在很大程度上減少了起重事故的發生，也降低吊裝落物風險，為施工人員提供了更好的安全保障。各專業附件與甲板片同時噴涂，室內涂裝更加安全、環保。從高空轉到地面，減少了空間交互式作業，有效地避免了空間作業空間狹小、擁擠的缺點，施工高峰期人數顯著減少，工作面加大，對于施工安全管控十分有利。

4 注意事項

制訂一體化實施目標時必須充分考慮現場資源的運輸和吊裝能力，并據此安排預舾裝和預安裝工作量，場地吊機、平板車等資源的能力必須滿足組塊單片運輸和吊裝需求，在完成一體化安裝后，需根據最新的甲板片重量重心情況應用有限元軟件進行吊裝工況模擬分析，確保滿足吊裝要求。

下面以某項目一體化甲板片為例，根據一體化實施情況對甲板片吊裝重量進行重新校核：該甲板片412.91 t（包含設備底座、管支架、托架支架、管道、托架等預舾裝和預安裝內容，考慮1.05的重量不確定系數），使用兩臺750 t吊機和一臺400 t吊機進行吊裝，吊機利用率分別為79.1％、79.0％和78.9％，滿足要求。

使用SCAS軟件進行吊裝建模，按照不同工況進行強度和位移校核，強度模擬結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，位移模擬結果顯示節點最大位移值為3.815 cm，均滿足要求。

5 建議

通過上述分析，一體化建造工藝優勢較為明顯，但由于一體化建造工藝將部分機管電儀工作提前，對詳設圖紙、設備材料的需求時間也提前，圖紙、設備廠家資料提供時間以及設備材料到貨時間直接決定一體化實施的程度。在確定采用一體化工藝后，需要統籌考慮詳細設計、采辦以及建造工期安排，盡可能提高一體化實施的比例。為保證一體化工藝的順利應用，結合已完工程項目實踐，提出如下建議:

首先，在明確采用一體化建造工藝后，需組織詳設和現場施工人員對預舾裝和預安裝工作量進行詳細梳理和規劃，從項目總體計劃出發，明確項目一體化實施的目標，編制詳細的一體化建造方案和計劃，確定詳設圖紙和設備材料到貨時間，及時進行跟蹤落實，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的前提下，適當推遲組塊建造開工時間（1～2個月），以便詳設對設計進行完善，確保出圖質量、減少出錯率，使材料采辦、廠家資料及設計圖紙的提供、一體化施工有效銜接，充分發揮一體化建造工藝的工期優勢。在詳細設計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，加大標準化設計，采用標準化的材料、設備和構件（如地漏、管支架、電儀訊電纜托架支架等），并提前預制，帶料設計，可以有效縮短項目工期，減少設計圖紙對項目進度的影響，有利于項目之間的資源調配。

第四，加快采辦進度，確保設備材料按時到貨，同時需要重點關注設備廠家的提交時間。由于設備廠家資料的提交是制約3D設計的關鍵，也是詳設圖紙能否按時提交的制約點，因此采辦管理要嚴格監控設備廠家的設計和制造進度，督促廠家資料的按期提交，以保證設計圖紙的按時提交，最終保證一體化建造的順利實施。

最后，加強對施工方一體化方案的交底宣貫；加強現場技術人員、施工人員與設計人員的溝通，充分理解設計的技術要求；加強施工管理，結合各專業的制約關系，合理安排工序，各專業之間要充分交流，保證平行作業。

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

［2］張燦，郭雷，陳陽，等.改進海洋石油平臺建造工藝，降低補漆量，節能降耗［C］//全國鋼結構學術年會論文集.北京：中國鋼結構協會，2011：723-725.

［3］桑運水，臧全齋，張維俊.大型海洋平臺整體建造技術的研究與應用［J］.中國造船，2004，45（S1）：366-373.

［4］劉雪梅.船舶舾裝單元模塊建造研究［J］.船海工程，2012，41（6）: 9-12.

［5］孫東昌，潘斌.海洋平臺模塊化設計與建造的研討［J］.中國海洋平臺，2000，15（1）：26-27.

［6］魏成革，張秋華，馬青軍，等.海洋平臺上部組塊一體化建造技術［J］.石油和化工設備，2015，18（6）：20-22.

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，經濟師，2009年畢業于天津大學結構工程專業，碩士，主要從事海洋工程項目管理工作。Email：songqw@mail.cooec.com.cn

2016-03-01