氣象條件在海洋平臺施工進度控制中的應用研究

高本金，宋青武

（海洋石油工程股份有限公司，天津，300461）

氣象條件在海洋平臺施工進度控制中的應用研究

高本金，宋青武

（海洋石油工程股份有限公司，天津，300461）

文章研究了天氣因素對海洋工程項目各個階段的施工工作的影響，海洋平臺項目大多數(shù)為露天施工，在陸地建造階段，氣象條件不僅直接影響施工效率，而且很大程度上限制了建造場地資源的選取；在海上施工階段，氣象條件成為影響施工進度的決定性因素。對于海洋工程項目管理過程中應對措施的研究表明，詳盡的歷史氣象統(tǒng)計數(shù)據(jù)和準確的天氣預報對于項目進度控制十分關(guān)鍵。通過大量工程項目實例，科學合理利用氣象信息能有效提升施工效率、降低項目成本。

海洋平臺；氣象；進度控制；統(tǒng)計數(shù)據(jù)

0 引言

海洋工程項目投資高，過程復雜，既有陸地建造施工，又有海上施工。項目施工期間的氣象條件直接影響項目施工進度、施工質(zhì)量和安全管理，對項目成本控制也會帶來顯著的影響。海洋油氣工程工藝技術(shù)復雜，往往是在陸地建造場地上完成平臺預制后，由駁船運輸至海上進行安裝工進度控制是工程項目四大控制之一，制約海洋工程項目按計劃實施的原因有很多，其中天氣因素是其中重要的原因之一，天氣條件對海洋平臺施工的影響包括平臺陸地建造、裝船運輸、海上安裝以及海上連接調(diào)試等各個階段，因此在進行海洋平臺施工進度控制時，需重點考慮天氣因素的影響，將天氣歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)和天氣預報作為項目進度計劃編制的重要依據(jù)，并作為項目進度控制的重要參考。

1 天氣條件對平臺施工的影響

建筑規(guī)劃、設計、施工無不受氣候條件的巨大影響，尤其因為天氣條件的制約而影響工程的進度和質(zhì)量[1]。具體到海洋工程，天氣條件的好壞對于平臺施工的各個階段均有重要影響，尤其是平臺海上運輸和海上安裝階段，天氣因素往往是制約施工進度的關(guān)鍵因素，造成進度滯后、費用增加、質(zhì)量安全控制風險加大。天氣對平臺施工的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 對陸地建造和裝船的影響

與陸地工程類似，天氣條件對海洋平臺建造施工的影響主要表現(xiàn)在高低溫、降雨、降雪、大風等，導致施工效率降低，室外工作難以按計劃開展，大型吊裝作業(yè)無法進行，施工工作無法按計劃執(zhí)行，并對項目成本、質(zhì)量、安全等各個方面造成影響。其中，當氣溫低于-20℃時，鋼板易發(fā)生脆斷，影響施工質(zhì)量，同時極易造成現(xiàn)場人員身體不適，增加安全風險；當氣溫高于30℃時，施工人員體力快速消耗，引起身體不適，甚至中暑，施工效率嚴重下降；降雨降雪期間室外工作無法繼續(xù)，降雨/降雪量過大會導致現(xiàn)場積水/積雪嚴重，需要大量人力物力進行積水積雪清理工作；大風天氣對高空作業(yè)和起重裝吊作業(yè)會造成危險，當風速超過6級時，須停止室外吊裝作業(yè)。

在進行海洋結(jié)構(gòu)物裝船時，不管采用何種裝船方式（吊裝裝船、滑移裝船、小車裝船），如果天氣條件達不到作業(yè)標準，應立即停止裝船作業(yè)。如采用滑移裝船，天氣突變，碼頭波浪過大，致使駁船擺動過大，碼頭滑道和駁船滑道無法對正[2]。目前越來越多的組塊采用SPMT小車裝船，要求現(xiàn)場能見度不得低于100 m，最大允許作業(yè)風速12 m/s，不得在雷暴雨天氣條件下作業(yè)，同時在裝船前還需要對潮汐情況進行監(jiān)測，并于潮汐表進行對比，確定裝船時間窗口。

1.2 對海上運輸?shù)挠绊?/h3>

海洋平臺結(jié)構(gòu)物在建造完成后由駁船運輸?shù)胶Ｉ鲜┕さ攸c，運輸方式有駁船自航和拖輪拖航兩種，在駁船行進過程中，如遇到惡劣海況，勢必對航行速度造成影響，進而增加運輸工期，當遇到臺風時，還需要進入錨地避臺，運輸工期成倍增加，甚至有可能會影響海上安裝計劃的順利實施。

在進行平臺結(jié)構(gòu)物海上運輸時，需重點做好駁船穩(wěn)性分析和拖航分析。駁船穩(wěn)性是指駁船在外力作用下偏離其平衡位置而發(fā)生傾斜，當外力消失后自行回到原來平衡位置的能力。拖航分析的主要目的是通過建模計算，得到結(jié)構(gòu)物在拖航過程中的總體變形及應力、桿件內(nèi)力、節(jié)點力等，明確計算結(jié)果是否在允許范圍內(nèi)。在實際安裝設計過程中，應根據(jù)選取的駁船能力、結(jié)構(gòu)物重量重心、航線海況條件、拖航時船舶狀態(tài)等因素評估駁船穩(wěn)性并做好拖航分析，明確在何種海況下需要進港避風，并在項目應急預案中針對駁船航線提前明確幾個避風錨地。

1.3 對海上安裝的影響

平臺海上安裝對天氣條件要求較高，尤其是重大吊裝或下水作業(yè)，如導管架吊裝下水、滑移下水、組塊吊裝、組塊浮拖安裝等。在平臺海上安裝過程中，天氣條件是安裝施工計劃能否正常進行的決定性因素，惡劣天氣或臺風會造成作業(yè)船隊非臺風天氣待機和臺風待機，包括風、浪、流、涌等單一影響或集中影響，其中風以及風所產(chǎn)生的風浪和涌浪是影響海上施工的主要因素，在東海，海上安裝還會受到其獨有的長波涌影響。我國東海、南海在 5月～7月臺風頻繁，對平臺海上安裝進度影響非常大。

臺風的主要特征是中心氣壓低，氣壓梯度大，臺風經(jīng)過區(qū)域狂風暴雨、驚濤駭浪，會對作業(yè)船舶造成災難致命性的后果，破壞力極大。在預測到臺風時，應根據(jù)臺風路線預測及時做好撤臺工作。由于臺風路徑的不確定性和危險性，即使臺風預報中非臺風路徑影響范圍內(nèi)的施工海域也應及時停止施工作業(yè)，進行撤臺工作。

在進行平臺海上安裝施工作業(yè)時，尤其要關(guān)注重大作業(yè)的工作窗口，對于導管架下水作業(yè)來說，工作窗口指從切割導管架裝船固定開始，到插完一節(jié)樁或一根樁的這段工作時間，天氣海況需要滿足下水作業(yè)標準。不同形式、不同重量的導管架下水方案不同，需要的工作窗口也不相同，如立式吊裝下水的導管架需要不少于48 h工作窗口，臥式吊裝下水和滑移下水可作業(yè)的天氣窗口不少于72 h。工作窗口必須結(jié)合天氣和海流兩大主要因素，潮水的高低有時也對吊裝存在影響，要根據(jù)現(xiàn)場具體的海況選擇適宜的作業(yè)條件開展施工工作。

1.4 對海上連接調(diào)試的影響

海洋平臺在完成陸地建造和海上安裝后，尚需一段時間進行平臺導管架和組塊、組塊和生活樓、組塊與井口等的連接調(diào)試工作，這期間也將受到天氣條件的影響，對連接調(diào)試進度產(chǎn)生制約，包括惡劣天氣條件下施工工作難以開展、臺風引起的撤臺復臺等，導致海上連接調(diào)試工期增加，甚至影響平臺投產(chǎn)時間，如東海某項目2015年海上連接調(diào)試期間，經(jīng)歷了燦鴻、哈羅拉、蘇迪羅、天鵝四次臺風影響，考慮到撤臺前防臺施工、復臺現(xiàn)場恢復以及撤臺復臺時間，現(xiàn)場累計停工33天，嚴重制約了項目連接調(diào)試進度。

2 應對措施研究

在明確了天氣條件對海洋平臺各個階段施工的影響后，需要在項目進度控制中重點關(guān)注天氣的影響，作為項目施工計劃和進度控制的重要依據(jù)。詳盡的歷史海況統(tǒng)計數(shù)據(jù)和準確的天氣預報，是保證海洋平臺施工質(zhì)量和安全、加快工程進度、控制工程成本的關(guān)鍵因素之一。

2.1 根據(jù)建造工期選擇適宜的建造場地

對于陸地工程項目來說，建造場地往往就是建設地點，不同的項目，其場地均不相同。海洋平臺的建造屬于模塊化施工的范疇，在陸地整體或分塊完成預制后，運輸至海上進行安裝，因此其建造場地具有一定的固定性，一般在固定的海洋工程建造場地或船廠進行，建造場地具有一定的可選擇性，如國內(nèi)比較大的海洋工程建造場地，有海油工程青島場地、海油工程塘沽場地、海油工程珠海場地、蓬萊巨濤場地、深圳赤灣場地等。各個場地因其地理位置的不同，其氣候條件差異很大，如南方場地雨季施工、北方場地冬季施工等。

在進行場地資源安排時，應根據(jù)項目工期里程碑要求，綜合考慮平臺運輸費用、建造成本等因素，選擇適宜的建造場地，以盡可能減少天氣因素對進度控制的制約，提高施工效率。以某項目為例，其建造工期在2014年8月～2015年3月，如放到北方場地，則冬季施工較多，放到南方場地，則可以有效避免冬季施工問題，且可以避開雨季施工，對于施工效率的保證有很大的作用。

2.2 根據(jù)建造場地天氣狀況靈活調(diào)整施工計劃

應充分了解建造場地天氣狀況，及時跟蹤天氣預報情況，預報項目和要求應適應施工作業(yè)的需要，具體詳盡，有針對性，重點關(guān)注重要天氣發(fā)生時間，對重要天氣進行跟蹤監(jiān)視。根據(jù)天氣預報情況，合理調(diào)整施工計劃，如在大風大雨期間，應盡可能減少室外作業(yè)，增加車間施工，使天氣敏感性工種與非天氣敏感性工種協(xié)調(diào)，并把室內(nèi)工程與室外工程適當配合。

在不同的施工季節(jié)可機動調(diào)整施工時間，如在夏季溫度高時，可提前開始施工作業(yè)，增加中午休息時間，延長下午工作時長，一方面可以盡可能保證施工效率，同時也能有效預防施工人員中暑，對于施工安全管理也十分有利。

2.3 做好施工海域海況歷史數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計分析工作

詳盡的施工海域海況統(tǒng)計數(shù)據(jù)是進行投標報價和工程計劃編制的重要依據(jù)。為確保項目效益最大化并降低施工風險，承包商在進行投標報價時，往往會在海上安裝階段考慮一定系數(shù)的天氣待機，甚至包括臺風待機，待機系數(shù)和臺風個數(shù)的選取依據(jù)往往是歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)。只有對現(xiàn)場海域歷年海況情況做好統(tǒng)計分析，投標報價才有說服力，才能真正反映現(xiàn)場實際情況。

圖1為某項目委托氣象專業(yè)服務公司針對某施工海域2003年～2012年期間導管架施工窗口每月出現(xiàn)天數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果（海況同時滿足有效波高小于1.5 m，風速小于10 m/s），從中可以看出，導管架適宜的施工氣候窗在每年的4月～8月。

根據(jù)上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可選取非臺風天氣待機系數(shù)見表1，其中待機系數(shù)=(當月天數(shù)-施工窗口期)/施工窗口期，作為該海域海上安裝工期報價和進度計劃編制的參考。

圖1 某海域歷年導管架施工窗口統(tǒng)計分析

表1 非臺風天氣待機系數(shù)的選取

臺風待機由于其數(shù)量的不確定性，往往在甲方與承包商合同中明確按實際發(fā)生予以補償，但在進度控制中，臺風對于平臺海上安裝和海上連接調(diào)試影響至關(guān)重要，掌握臺風歷史數(shù)據(jù)和規(guī)律對于施工進度的控制有重要意義。表2是對2000年～2015年直接或間接影響東海海域海上作業(yè)的臺風數(shù)量統(tǒng)計情況。

從表中數(shù)據(jù)可以看出，東海海域臺風影響集中在6月～9月，在進行項目里程碑規(guī)劃時，需盡可能避開該時間段。

由于海洋工程海上安裝各階段作業(yè)對天氣條件要求區(qū)別較大，如導管架下水、結(jié)構(gòu)物吊裝、組塊浮拖等對海況條件要求很高，而導管架鋼樁插打、灌漿作業(yè)、散件安裝等相對要求較低，如果能及時把握重大作業(yè)氣候窗，對于進度控制將起到事半功倍的效果。東海某項目在項目實施期間，考慮到東海海況惡劣，項目組及時總結(jié)2013年和2014年海上施工經(jīng)驗和教訓，2015年繼續(xù)加大對天氣的分析及研究，綜合多家氣象機構(gòu)的天氣預測信息，果斷調(diào)整施工計劃，將原計劃2015年4月1日導管架下水工作提前至2015年3月29日，各項準備工作提前開展，建造現(xiàn)場加快導管架陸地建造進度，并壓縮裝船工期，成功把握了導管架下水氣候窗，在惡劣天氣到來之前順利實現(xiàn)導管架下水并完成一根鋼樁打樁工作，避免了主作業(yè)船船隊長時間天氣待機。

表2 2000年～2015年直接或間接影響東海海域海上作業(yè)的臺風數(shù)量統(tǒng)計情況

2.4 海上施工過程中持續(xù)做好近中遠天氣預測

由于海洋環(huán)境的復雜多變性，準確的天氣預測是海上施工工作能否順利進行的關(guān)鍵，也是能否把握海上安裝氣候窗的關(guān)鍵因素。工程項目實施過程中，應委托專業(yè)氣象公司按照近期（3天以內(nèi)）、中期（4天～7天）、遠期（8天～15天），在海上施工期間逐日提供施工海域天氣預報，必要時可提供15天以上的天氣展望，包括風向、風速、有義波高、涌浪周期等海況預測數(shù)據(jù)，以及臺風預警和臺風行進路徑的實時跟蹤，以此作為施工計劃動態(tài)調(diào)整的參考，如在海況良好的情況下安排重大吊裝作業(yè)，海況較差時進行相關(guān)準備工作，可以極大地提高海上施工效率。

2.5 施工計劃考慮一定的天氣影響

在進行海上安裝計劃編制時，尤其要注意考慮天氣因素的影響，包括惡劣海況和臺風，在施工凈工期的基礎上根據(jù)施工海域天氣情況增加一定的天氣待機系數(shù)和臺風，量化天氣因素的影響，保證計劃實施起來有一定的浮時。如東海海域，非臺風天氣待機系數(shù)一般取30%～40%（3月～8月），臺風待機根據(jù)作業(yè)的月份和施工工期選擇0個～2個臺風待機（6月～9月），每個臺風待機天數(shù)可按5天考慮。

為準確體現(xiàn)天氣因素對工期的影響，可采用三點估算法進行海上安裝工期的評估，其計算公式為[3]：

式中，tE為評估天數(shù)，天；t0為最樂觀時間，天；tP為最悲觀時間，天；tM為最可能時間，天。以單個組塊海上吊裝（含樁腿焊接）為例，其施工凈工期為3天，即最樂觀時間為3天；考慮30%非臺風待機系數(shù)，工期為4天，即最可能時間為4天；考慮1個臺風影響，施工工期9天，即最悲觀工期為9天，按公式計算可得計劃工期約為5天。

3 結(jié)論

隨著厄爾尼諾影響的愈發(fā)明顯，引發(fā)了熱帶環(huán)流和天氣氣候發(fā)生異常，中遠期天氣的準確預測難度也越來越大，對海洋工程項目的施工造成了極大的影響。在這種情況下，海洋工程項目更應該重視天氣狀況對項目施工的影響，結(jié)合天氣展望與統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料，合理安排施工計劃，在保證項目安全和質(zhì)量的前提下，最大限度節(jié)約工期，降低費用。

[1]王偉宏,孫秀邦,胡安霞,等.淺談氣象條件對建筑施工的影響及施工氣象指數(shù)的建立[J].安徽農(nóng)學通報,2010,16(20)： 144-146.

[2]李義娟,王鐵剛,劉歡,等.導管架海上安裝風險分析及控制方法研究[J].西部探礦工程,2011,23(9)：87-89.

[3]項目管理協(xié)會(美).項目管理知識體系指導(第四版)[M].北京： 電子工業(yè)出版社,2009.

Application Research of Meteorological Conditions in Offshore Platform Construction Progress Control

GAO Benjin,SONG Qingwu
(Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China)

The paper researches the effect of weather factors on ocean engineering projects at various stages of construction work.For the platform construction onshore,the meteorological conditions directly affect the construction efficiency.The selection of the site resource is limited to a great extent.For offshore installation platform,the meteorological conditions are the main factors to installation progress.The research on the counter measures during the process of the ocean engineering project management shows that detailed historical meteorological statistical data and accurate weather forecast are critical to the project schedule control.Through a lot of actual engineering project examples,the reasonable use of meteorological information can greatly improve the construction efficiency and reduce the project cost.

offshore platform; weather; progress control; statistics data

TE54

A

10.14141/j.31-1981.2017.05.007

高本金（1984—），男，碩士，經(jīng)濟師，研究方向：海洋工程項目投標和項目管理。