海洋平臺一體化建造模式典型做法的分析及應用

王永興， 徐善輝， 徐學軍， 鄭德勇

(海洋石油工程(青島)有限公司， 山東 青島 266520)

0 引 言

目前海洋工程鋼結構的建造模式主要采用傳統的順序建造，即先將模塊的結構部分進行分段分片建造，再進入舾裝車間預舾裝，然后將結構片運輸吊裝到滑道或總裝墊墩上，最后再進行機管電等專業的總裝工作。在這一建造過程中，由于各專業的總裝過程是順序開展的，總裝階段不可避免地出現各專業之間的碰撞，碰撞出現后就須對已就位的結構桿件進行反復切割、焊接、打磨、補漆等操作，還須進行大量的腳手架高空作業，這不僅增加項目成本，還增加高空作業的施工風險。

為彌補傳統順序建造方法的缺陷，海洋鋼結構的很多建造單位都在積極推行一體化建造模式，并在許多工程項目中都取得實質性的成果[1-4]。鑒于傳統建造模式的缺陷，后續項目開工之初便會考慮一體化建造的可行性。一體化建造模式旨在提高車間預制階段甲板片的完整性，降低總裝階段現場安裝和修改的工作量，減少油漆破壞和補漆的工作量，從而達到節約成本和提高效率的目的。

1 傳統建造模式的缺陷

傳統建造模式的缺點主要在于總裝過程的順序進行會不可避免地造成預舾裝件(油漆噴涂完成的桿件)的反復修改，增加總裝階段油漆破壞和修補的工作量，并因此增加高空作業的風險[5]。具體來說，傳統建造模式的問題可以分為以下幾類。

1.1 總裝過程中的專業間碰撞

建造開工后，受設備資料、業主需求等因素的影響，詳細設計管線三維圖紙(Isometric Drawing)會升版修改，這就可能導致結構或者其他專業一系列的現場修改。如圖1所示，在結構片已經安裝就位的情況下，正在吊裝的管線(詳細設計升版修改而增加的管線)因無法穿過結構梁間的空間而完成總裝，只能將結構片外側圖示的梁切斷，待管線安裝就位后再進行焊接修復。

圖1 管線與結構碰撞

1.2 側裝工序的影響

業主供貨設備或工藝管線延遲到貨已經成為現行工程項目的常態，不少項目在投標時就開始評估設備未及時到貨對工期和建造過程的影響。通常情況下，對于晚到貨的材料，現場都是采用側裝的方法進行安裝。側裝是從模塊的側面安裝，首先須清除側裝路徑上的所有桿件，然后鋪設特殊的側裝平臺，通過懸掛于上層結構梁的倒鏈，逐步將設備或管線挪動至安裝位置。待側裝完成后再恢復已切割的桿件。這一過程大量破壞已安裝桿件，須投入大量人力和施工機具工時進行切割、打磨、焊接和補漆工作。圖2為大型風管的側裝案例，先搭設臨時平臺，將風管吊運至平臺上，然后通過懸掛于上層甲板片的倒鏈將其挪動至最終位置。

圖2 風管側裝

1.3 散件的預制精度

散件，如直梯、斜梯和欄桿等三級結構的總裝順序一般都放在最后，即在主次結構、主要管線、大中型設備安裝完成之后再進行安裝。通常，這些三級結構在主次結構上都設計有對應的連接或加強筋板，且這些筋板與主結構是焊接在一起的。

如此類筋板能在甲板片預制階段與甲板片一起預制和噴涂，便可以減少總裝階段的油漆破壞和補漆的工作量。但實際上，由于三級結構在預制過程中的誤差，后期總裝過程中可能出現與此類筋板無法對齊對正而不能正常安裝的情況。

圖3所示的欄桿生根點加強筋板就是為了考慮到欄桿預制的誤差可能會引起欄桿立柱和筋板不能對正的情況，所以安排在總裝階段，待桿安裝完成后再進行安裝的。因此，不可避免地須對筋板位置處的油漆進行破壞，然后再補漆。

圖3 欄桿處加強筋板的安裝

1.4 場地資源的限制

場地資源，如預制車間尺寸、運輸小車和吊機的工作能力，都會對甲板片的劃分及桿件的散裝(噴涂完成后，總裝階段再進行安裝的桿件)有很大影響，進而增加總裝階段油漆破壞和修補的工作量，從而影響施工成本。吊裝運輸設備對甲板片散裝情況的影響主要體現在3個方面：運輸小車在甲板片下方的布置區域范圍內的桿件必須散裝；吊裝過程中與鋼絲繩碰撞的結構件必須散裝；吊裝過程中局部受力或者變形比較大的桿件必須散裝。

如圖4a)所示，設計安裝在甲板片下方的電儀支架和管支架影響甲板片的運輸，故須放到總裝階段安裝；這些散件在總裝過程中的安裝，須對已經噴涂區域的油漆進行破壞，待散件焊接就位之后，再進行焊后打磨、補漆工作，如圖4b)所示。

圖4 運輸小車對散裝情況的影響

2 一體化建造推薦做法

為減少總裝過程中桿件反復切割、打磨、焊接及油漆修補的工作量，本文針對傳統建造模式的上述缺陷，結合海洋石油工程(青島)公司近年來運行項目的施工經驗，總結以下幾項要點，可用于提高一體化建造的程度。

2.1 加強各環節的合作

一體化建造如需順利實施，首先必須加強項目的各個環節間的合作。業主應該加強其供貨范圍內設備管線的采辦管理，保證按計劃到貨，避免側裝；詳細設計階段須確保項目的完全設計和準確設計，做好3D模型碰撞檢測，避免在現場建造時間段內出現升版修改，且配管、電氣儀表各專業的圖紙，特別是生根于結構上的支架圖紙須與結構專業的圖紙同時下發，以便這些結構能在甲板片預制階段安裝；加工設計階段根據各專業的項目特點，結合建造場地資源條件，各專業間加強溝通，進行碰撞校核，編制切實可行的一體化建造方案；現場施工單位須嚴格按照一體化建造方案進行施工，提高工程精度，減少建造誤差原因導致的現場修改，確保一體化成果的順利轉化。

2.2 增加預安裝環節

在甲板片運輸過程中，下方小車布置區域內的桿件必須散裝。對于懸掛支架比較多的中間層甲板片，后期總裝過程中，甲板片下方支架生根區域的油漆破壞量和修補量都比較大。為提高一體化建造的程度，減少由此引起的高空打磨、焊接、補漆的工作量，可以考慮增加預安裝的建造環節。所謂預安裝，即甲板片從噴涂車間運輸到建造場地之后，將不影響吊裝的桿件進行地面安裝的過程。具體來說，預安裝環節主要有2種方式：(1)甲板片從舾裝車間運輸到總裝場地之后(吊裝之前)，將其擺放到已經布置好的一體化建造墊墩上，如圖5所示。在地面上將因運輸原因而散裝的管線、管支架等桿件焊接補漆完成，然后再進行吊裝，以減少高空作業的工作量，節省吊機資源。(2)在吊機工況滿足要求的情況下，可以考慮在總體吊裝之前，將2層甲板片先預先總裝在一起，然后整體吊裝，如圖6所示。這樣既能保證2層之間的支架類和墻皮類結構安裝完成，又能減少高空作業的工作量，可以有效地提高一體化建造的程度。

圖5 預安裝過程

2.3 標準化設計

通過前面的敘述分析不難發現，提高一體化建造程度的一個重要內容就是優化直梯、斜梯、欄桿等三級結構，以及支架類結構的設計和安裝方法，盡量減少此類結構的安裝對油漆的破壞。

2.3.1 預制件標準化

通過詳細設計與加設加強協作，在小型設備托架，如風機風閘、燈具、接線箱等設備支架的設計過程中考慮一體化建造模式的需求，將其設計標準化，并要求供貨廠家按照我方需求生產，目的在于減少總裝過程中油漆的破壞和修補的工作量。

圖6 2層甲板片整體吊裝

如圖7所示，BZ 34-2/4WHPB組塊一體化建造采用新型電纜橋架支撐，解決因托運小車路徑限制導致橋架支撐不能一體化安裝的難題。在甲板片預制階段，將支架生根點筋板(該筋板高度較小，將其提前焊接到甲板片下方不會影響運輸小車的布置)焊接到甲板片上。在總裝過程中，采用的成品橋架支撐只須進行切割操作并與生根點筋板進行螺栓連接即可，不須焊接和噴涂，不須出預制圖紙，不用采辦散鋼，免除預制、噴涂作業，與傳統預制支架相比可縮短70%以上工期。

圖7 新型電纜橋架支撐

2.3.2 三級結構采用新的連接方式

考慮到三級結構的預制精度可能會導致安裝問題，這些三級結構在甲板片上的加強筋板或者生根點都未隨甲板片一起預制，而是安排在總裝階段，待三級結構安裝之后再安裝加強筋板和生根點，因此不可避免地增加油漆破壞和后期修補的工作量。

圖8所示的欄桿承插式生根點，允許欄桿預制過程中有較大的預制誤差，能夠方便總裝階段欄桿的順利安裝。因此，可在甲板片預制階段將這些生根點進行安裝，避免總裝階段對油漆破壞和修補的工作量。

圖8 欄桿立柱的承插式連接

3 結 論

一體化建造旨在通過提高甲板片整體預制程度，減少總裝過程中油漆反復打磨和修補的工作量，達到降本增效的目的。本文通過對傳統建造模式缺陷的分析討論，結合建造過程中的實際案例，初步總結出一體化建造模式下的項目管理、詳細設計、采辦、加設和建造等諸多環節應該注意的問題。預安裝環節和標準化設計可以作為一體化建造模式的推薦做法，對后續項目開展一體化建造有一定的指導意義。

[1] 楊勝, 于琦, 杜偉, 等. 海洋平臺生活樓一體化建造技術研究[J] .中國海洋平臺，2015，30(6)：31-35.

[2] 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(6)：19-22.

[3] 周立萍, 唐友順, 屈全智. 一體化建造在海洋石油平臺建造過程中的應用[J] .中國修船，2015，28(3)：53-54.

[4] 尤學剛, 陳可欽, 杜夏英, 等. 海上油田大型平臺一體化工程實踐與展望[J] .石油規劃設計，2013，24(4)：9-12.

[5] 鄧夢東, 李文武, 劉佰明, 等. 海洋石油平臺一體化建造技術探討[J] .中國造船，2014，55(Z2)：63-67.