FPSO生活樓支撐件整體安裝方案的應用

陳 龍，蔡 壯

（上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

0 引言

“服務顧客，綠色造船，降本增效，節能減排”一直是每個造船人和造船企業的目標，在浮式生產儲油輪[1]（Floating Production Storage and Offloading，FPSO）生活樓項目中，為了實現減少污染排放、控制人工及生活成本、降低材料損耗、可持續發展的目標，采用支撐件整體安裝方案，在FPSO項目中發揮了顯著的作用。

1 生活樓各專業支撐件傳統設計方式

1.1 各專業支撐件傳統設計方案

根據生活居住區各專業傳統的設計情況，同一個區域管路需要設計管路支撐件布置圖及小票圖，通風專業則需要設計通風支撐件布置圖及小票圖，電氣專業人員需要設計電氣托架支撐件布置圖及制作圖。按照這種傳統生產設計的方式，例如一個區域3個專業至少需要3個人力、共需出18份圖紙（涉及布置圖、制作圖、清單等）[2]。由于是海工項目，設備比較多，設計復雜，被某些輸入條件的不確定性所局限，后續會有一定的修改。在這些修改過程中，若要對支撐件進行修改，3個專業則需要同時配合。由于有18份圖紙，改單量會較多，從設計的角度損耗了設計工時的費用；支撐件的修改則需要現場工人割除原支撐，制作新支撐、焊接打磨及噴涂油漆等，從現場施工的角度損耗了材料費用和現場工人的工時費用。

1.2 各專業支撐件傳統設計建模易出現的問題

在3個專業進行傳統支撐件設計建模時，每個專業的設計人員需參考管路、通風、托架等布置情況，在同一區域調出相應專業模型并進行支撐件的建模工作。在建模完成后，項目經理需組織3個專業人員對此區域的支撐件進行模型的 3D REVIEW、進行模型的評審工作，需要花費大量的設計工時，而后再制作干涉報告讓各專業進行模型的調整。在模型的建模過程中，會出現各個專業所建模的支撐件相互干涉的情況，如圖 1（圖中橢圓形框處）所示。

圖1 專業建模干涉模型典型圖

圖2為專業建模干涉細節圖問題1（圖中橢圓形框處）：通風所建的支撐件、管路與托架有干涉，直接貫穿了管路和托架，這種情況在施工過程中是不允許的。

圖3為專業建模干涉細節圖問題2（圖中橢圓形框處）：通風所建的支撐件與管路有干涉，貫穿管路；通風所建的支撐件與電氣所建的電纜托架支撐件靠的太近，沒有滿足間距不小于50 mm的要求，現場實際施工過程中根本無法進行焊接與打磨。

圖2 專業建模干涉細節圖問題1

圖3 專業建模干涉細節圖問題2

2 生活居住區支撐件整體安裝方案設計

2.1 STARTER生根件的設計

在FPSO生活樓項目中，將管路布置圖、通風布置圖及電氣托架布置圖匯總成綜合布置圖，而后進行生根件布置。同一區域的管路、通風、電氣 3個專業只需出1份生根件布置圖紙即可。按照綜合布置圖，根據每個專業支撐件固定的要求，設計人員在模型中進行STARTER生根件建模布置，模型完成后繪制STARTER生根件布置圖。將STARTER按圖紙要求焊接在船體結構上，通過研究FPSO生活樓項目的情況，建議在X軸方向間隔900 mm，Y軸方向為肋位間距，盡可能將生根件焊接在球扁鋼上，如需將生根件焊接在甲板上則需使用帶腹板生根件，典型的STARTER生根件圖紙如圖4所示。

圖4 典型STARTER生根件圖（單位：mm）

作為新型的設計方式，STARER生根件典型設計型式如圖5所示[3]。

圖5 STARTER生根件典型示意圖（單位：mm）

針對FPSO生活樓居住區情況，模型中STARTER命名規則如下：

1）WB-G(H=XX) 55 mm×55 mm×6 mm WELDING BRACKET, HOT DIPPEN GALVANIZED STEEL；碳鋼材質用于室內。

2）WB-S(H=XX) 55 mm×55 mm×6 mm WELDING BRACKET, STAINLESS STEEL 316；不銹鋼材質用于室外。

經過對FPSO生活樓項目的分析和研究，在設計過程中共設計 STARTER生根件 4種類型：WB-G(H=225 mm)；WB-S (H=225 mm)；WB-G(H=200 mm)；WB-S (H=200 mm)。

WB-G(H=200 mm)；WB-S (H=200 mm)的生根件搭焊在球扁鋼側面。

WB-G(H=225 mm)；WB-S (H=225 mm)帶腹板的生根件用于直接焊接在甲板或艙壁上。

2.2 組合支架搭接建模設計

在FPSO項目中根據生活樓層管道、電氣托架、風管綜合布置圖，按照STARTER生根件布置圖，并參照實際的模型情況，考慮3個專業模型情況及要求，按生根件布置及組合支架的搭設原則進行支撐件的搭接。組合支架搭接布置圖詳見圖6。

圖6 組合支架搭接布置圖

組合支架的搭接模型可以從傳統的3個人建模出圖變為1個人建模出圖，節省了人力和時間；1個人建模出圖，能夠避免3個專業之間的模型干涉問題，而且對模型熟悉了解，現場配合及修改都會很及時；如果各個專業后續有修改或者新增，只要有STARTER，可通過搭接的方式進行支撐件固定，而不需要現場工人實施火工。組合支架的搭設細節示意圖詳見圖7。

2.3 組合支撐件型材選擇及搭接原則

2.3.1 組合支架所使用的型材規格

型材規格分別為圖 8所示的 3種，型號分別為：1）CH100-1：100×2.5支撐件，熱鍍鋅碳鋼或不銹鋼 SS316L；2）CH50-2：L50×50×2 支撐件，熱鍍鋅碳鋼或不銹鋼SS316L；3）CH50-2T：L50×50×5沖孔角鋼支撐件，熱鍍鋅碳鋼或不銹鋼SS316L。

圖8 組合支架使用的型材簡圖

2.3.2 支架的連接。

連接件為“L”型直角片，表面經熱鍍鋅處理，規格50 mm×50 mm×5 mm。連接支架的緊固件為M10鍍鋅鎳螺栓及帶法蘭邊鍍鋅鎳自鎖螺母，螺絲螺母的性能等級為 8.8級。螺栓的上緊力矩為49 N·m（相當于一個成年人用梅花扳使用上半身的全力進行擰緊），詳見圖9。

圖9 支架的連接簡圖

2.3.3 組合支架的搭接原則

組合支架搭設時必須參照技術中心正式發放的有效生活樓層管道、電氣托架、風管綜合布置圖進行。除主通道由技術中心提供組合支架搭設圖外，其余部位的組合支架均由現場負責人或帶班人員根據綜合布置圖全面考慮，并按以下原則安排施工人員進行搭設：各專業之間的支架能合不分的原則；支架搭設必須兼顧到其他專業的支架，根據現場預裝的STARTER位置，根據其他專業的組件在該區域的最低位置來確定垂直立柱的長度，以及該區域需要搭設支架的基本形式；穩固可靠的原則；按允許的支架形式（見圖10）搭接牢固的支架。

安裝過程中，需滿足各專業支架最小安裝間距要求的原則：電纜支架、管子支架、風管支架的最小間距都必須符合工藝文件要求；特殊情況下不能滿足要求的，需記錄并要求技術人員確認是否采取補救措施。材料節約的原則為：用最少的材料搭配出符合要求的最穩固的支架，且占用空間最小的原則。

2.3.4 支架組裝要求

安裝于支架STARTER內口型材連接部位所用的螺栓數量為4個（見圖11），除特殊的安裝形式外，不允許擅自減少連接螺栓數量。

所有連接支架的螺栓必須采用該工程采購的圓頭方頸螺栓和法蘭面六角自鎖螺母的組合，不允許使用其他形式螺栓替代。所有連接點不允許使用單個螺栓進行固定，只有一個連接螺栓的部位需要加裝直角連接片進行加固（見圖 12）。直角連接片的安裝位置首選立桿的垂直位置，當垂直方向沒有空間加裝直角片時，允許裝在水平位置。型材與支撐件連接時至少有一面貼合，不允許出現明顯可見縫隙或型材明顯傾斜的狀況，傾斜度不得超出±3°（見圖13）。

圖10 支架形式

圖11 型材連接部位

圖12 支架搭接點裝直角片

圖13 支架安裝垂直度要求

垂直方向安裝的螺栓螺母全部向上，水平方向安裝的螺栓應從垂直型材一側向水平型材一側穿過后緊固。其他部位的螺栓安裝時，螺母應當與同一型材上其他部位的螺母在同一側，不允許出現部分螺絲向內、部分螺絲向外的情況。支架的水平度誤差不大于(H±3) mm/m。必須確保支架橫梁與垂直型材的搭接面貼合，且保證超出量盡量小，搭邊不足量不允許大于5 mm，且伸出橫梁外的無效長度不大于50 mm。

2.4 支撐件整體安裝方案工藝在生產設計中的優缺點

支撐件整體安裝方案工藝在生產設計中的優點如下：1）從設計的角度節約了大量的設計人力和設計工時；2）節約公司材料，減少耗材；3）節約公司能源，減少污染物排放量；4）專業人員設計跟蹤，現場配合速度快，反應及時；5）施工區域干凈整潔，一目了然。

支撐件整體安裝方案工藝在生產設計中的缺點如下：1）適用范圍有一定的局限性，建議生活區使用；2）STARTER生根件材料存在一定程度的浪費,建議不需要處刪除；3）支撐件安裝會占用一定的空間；4）對現場施工要求較高,需開展培訓。

3 結束語

由于海工產品的設計復雜、難度高，設計方案會做很多的修改與優化，在工期緊、任務重的設計及施工過程中，通過FPSO生活樓項目支撐件整體安裝方案的應用，能夠節約大量的設計人力和設計工時，節約公司材料，減少耗材，能為公司降本增效，在往后的海工產品設計中將有巨大的應用潛力。