半潛式起重拆解平臺建造合龍技術的研究

王接班，王宏民，蔡志勇

(招商局重工(江蘇)有限公司，江蘇 南通 226116)

0 引言

自1960年以來，全球建設的7 270多座海上石油生產設施主要分布在墨西哥灣、亞洲、中東、北海和大西洋東北部等區域。根據相關專業報告分析，海上油氣設施退役項目正在大幅度增加，預計僅在未來5 a將有600多個海上油氣設施拆除項目，海上平臺市場正迎來新的報廢高峰期。

國外海上平臺的拆解工程早在20世紀70年代就已經開始。英國北海和墨西哥灣等海域石油開采較早，其平臺拆除市場較為成熟，從拆解作業船型、拆解技術到工程管理均處于領先地位。

國內海洋平臺拆解裝備數量稀少，目前開發和建造深水拆解平臺已經引起了我國各級政府的高度重視。隨著半潛式平臺工作水深的增加，其結構形式也越來越復雜，建造工藝難點不斷增多，建造精度要求不斷提高，部分舾裝技術難度較大，這些因素都會影響海洋平臺的建造周期和成本[1]。

本文根據半潛式起重拆解平臺的結構特點，結合船廠的實際情況，重點對各種先進平臺建造合龍技術的應用進行分析，探索出適合半潛式起重拆解平臺的建造方案。

1 影響選擇船體建造方案的主要因素

船體建造合龍技術方案是船廠進行生產設計、工藝準備、制訂生產計劃和指導生產過程的主要依據。影響選擇船體建造方案的主要因素是船舶產品的特點和船廠的生產條件。

(1)船舶產品的特點

在船臺(船塢)起重能力已定的情況下，船舶主尺度和船型特點是影響船體總裝方法的重要因素。小型船舶一般可選用總段建造法或整體建造法；中型船舶宜采用塔式建造法；當船長超過120 m時，采用島式建造法能充分利用船臺面積，擴大施工面，縮短船臺周期。

(2)船廠起重能力

船廠的起重運輸能力直接影響船體的建造方案。能否采用上層建筑整體吊裝及主機整體吊裝的建造法完全取決于船臺的起重能力。

(3)生產場地

船臺的類型、大小等直接影響到對船臺主船體建造法的選擇。例如：用水平船臺造船時，可以利用船臺小車作為總段的移運工具而選用總段建造法；對于艉機型船舶，可以采用首先形成艉部船體的總段縱移式建造法；對于傾斜船臺，若船臺長度與建造的船舶長度差不多時，即使是批量建造艉機型船舶，也無法采用串聯建造法。

2 常見的建造合龍技術

2.1 上船體整體吊裝合龍技術

超大型龍門吊是上船體整體吊裝合龍技術的核心[2]。目前，國內僅煙臺中集來福士海洋工程有限公司擁有固定式“泰山吊”。此項合龍技術的具體流程如下：

①上、下船體平地同時建造；

②下船體滑移下水；

③上船體滑移下水并進塢；

④上船體整體吊裝；

⑤下船體托運進塢；

⑥上、下船體對接合龍。

此項合龍技術可將高空作業變為平地造，減少了高空作業工作量，大大降低了作業風險；且上船體與下船體同時建造，在保證工期方面具有較大的優勢。但此項技術存在如下弊端：

一次性投入成本較高、大塢資源的浪費多、對前期設計的要求較高。

2.2 上船體整體提升合龍技術

(1)上船體提升、下船體滑移對接技術

此對接技術具體流程如下：

①上船體和下船體同時在塢內或船臺上建造；

②待兩部分建造完畢后，將上船體兩側或四周及月池(根據情況定)設置提升塔架并安裝提示器；

③下船體下方布置液壓滑靴及軌道；

④通過提示器將上船體提升至指定高度；

⑤通過液壓滑靴的作用將下船體滑移至上船體下方指定位置；

⑥將上船體下放與下船體對接合龍。

該技術相對比較成熟，已在國內外有大量的成功案例。此技術施工風險相對較小、外協成本相對較低；且將高空作業變為平地造，上船體工作提前，對于保證項目工期方面同樣具有較大優勢。此技術不足之處在于：

①提升點結構強度要求較高，與船體之間的焊接工作量較大，后期增加大量的修補打磨工作；

②上船體整體提升的重量較大，對地基要求較高，需要設置大型地錨方能起到有效的固定作用；

③對于超大型薄片類上船體，四周提升時中部下撓過大，如果中間無月池則需要增開提升工藝孔。

(2)上船體整體提升、下船體漂浮入位對接技術

該技術具體流程如下：

①上船體在塢內建造，下船體在塢內或船臺單獨建造；

②建造完畢后，在上船體兩側設置提升塔架并安裝提升器；

③通過提升器將上船體整體提升至指定高度；

④塢內放水，下船體漂浮并托運至上船體下方坐墩；如果下船體在船臺建造，需采用滑移接載下水后漂浮并托運至上船體下方坐墩；

⑤提升器下放，上下船體對接合龍。

此項技術與泰山吊方案原理類似，只不過采用提升塔架取代大型龍門吊，具有較強的柔性。此項技術不需要借助滑移設備，直接通過浮力將船扶起，并托運入位，施工成本低，對塢底板承載力要求不高，同時有利于工期的保證。此技術缺點如下：

①水上對位作業多，有一定的安全風險；

②由于坐墩精度很難保證，所以對位精度要求較高，施工難度大；

③提升點的加強較多，后期修補工作量大。

2.3 常規搭積木的合龍技術

搭積木合龍技術是一種從底部至頂部按順序依次合龍的建造模式，廣泛用于常規船舶的建造。該技術通過對船體結構進行合理的分段劃分，在生產預制完成后利用大型龍門吊在船塢內進行有效的總組和搭載吊裝，最后完成焊接合龍。

此項技術相對成熟，施工風險易于控制，所有合龍裝配工作在塢內進行，不需要上船體或下船體單獨下水。同時，搭積木的方式適用范圍較廣，只要有船塢、龍門吊設備即可。此技術缺點如下：

①船塢周期較長，限制了船廠的產能；

②涉及大量的高空作業，腳手架及臨時支撐成本較大；

③合龍作業需要的人力資源較多且周期較長。

2.4 大型總段浮吊吊裝技術

大型總段浮吊吊裝技術在搭積木技術的基礎上進行了創新，主要目的在于減少平臺建造對塢期的影響，最大程度上縮短塢期，提高塢期的利用率。平臺在完成下船體連續搭載合龍的建造后，即可出塢下水，利用水上浮式起重機吊裝上船體大型總段進行合龍。該技術缺點如下：

①對浮式起重機的依賴性高；

②水上作業量大，有一定安全風險；

③因波浪的影響，水上總段定位精度要求高，施工難度大。

2.5 其他技術

除上述幾種技術外，行業內還采用下述幾種常見的合龍方式：

(1)托法合龍技術：通過調節駁船的吃水差，利用浮力把上船體舉起并安裝到下船體上的合龍方法。該技術主要用于固定式平臺的安裝。

(2)頂升滑移合龍技術：通過頂升塔架底座的液壓機構將上船體整體頂升舉起、下船體滑移入位對接的合龍技術。此技術對于上船體重量相對較大的平臺建造具有優勢。

3 半潛式起重拆解平臺建造合龍技術

3.1 半潛式起重拆解平臺結構形式

半潛式起重拆解平臺作為海上導管架平臺拆解的主要作業平臺，集起重吊裝、DP定位、生活支持等功能于一體，具有常規半潛式平臺的一般特點，但又區別于常規半潛式平臺。吊裝作業時，下船體潛入水中，甲板處于水深安全高度，具有水線面積小、波浪影響小、穩定性好、自持力強等特點，且采用動力定位系統，工作水深大、移動靈活[3-4]。

半潛式起重平臺整體采用非對稱式結構。平臺上部為甲板包，主要包括雙層底結構、生活區、甲板。生活區以薄板結構為主，完全布置在上船體結構內，可為750人提供生活支持。甲板主要用于大型模塊的承載，可變載荷為60 000 kN。甲板上設置駕駛樓、直升機起降平臺及2臺2 200 kN全回轉重吊。平臺下部為非對稱雙浮體，用支撐立柱連接，無水平橫撐結構，立柱與浮體和上部船體之間均為雙曲圓弧連接，曲面板光順度要求高。浮體為平臺提供浮力和可變載荷，包括推進器艙室和泵艙。立柱用于連接甲板包和浮體，內側包含吊機相關設備艙室。

3.2 合龍技術方案的選擇

根據項目結構特點、船廠場地資源、項目建造整體周期，對行業內常見的幾種合龍方式進行適應性分析，初步考慮以下3種合龍技術方案。

(1)方案1：提升、滑移技術方案

方案示意圖見圖1。方案具體思路為：

①上船體與下船體(包括大浮體和小浮體)按圖示布置分別單獨建造；

②待建造完畢后，上船體前后及大浮體一側布置提升塔架并安裝提升器；

③利用提升裝置將上船體提升至指定高度；

④大小浮體分別按照圖示方案滑移入位；

⑤提升器下放后，上船體與下船體對接合龍。

圖1 方案1

此方案的優點是可以充分利用船塢資源，將高空作業平地造，減少了高空作業量，提高了塢期利用率。其缺點具體如下：

①提升吊點加強較多，后期修補處理工作量大；

②提升作業風險大，成本高；

③上船體尺寸為81 m×81 m×12 m，整體呈薄片型結構，中間下撓量較大，需中間增加提升點。

(2)方案2：平行建造技術方案

平行建造技術方案主要設計思路如下：

①充分利用船塢資源，按圖2布置上船體和下船體，3部分同時開工建造，上船體采用高支撐按照理論高度進行高空合龍；

②待3部分分別合龍結束后，拆除兩側支撐；

③將大小浮體按圖示方向滑移入位；

④浮體下側布置液壓油頂將其頂起與上船體對接合龍。

此方案的主要目的在于通過3部分平行合龍建造，最大程度地縮短塢內合龍周期，從而保證項目整體的工期。但弊端較多，具體如下：

①合龍工況復雜，支撐較多且拆除困難；

②對合龍精度要求較高，施工難度較大；

③滑移作業因資源有限，需要委外作業，施工成本相對較高。

圖2 方案2

(3)方案3：常規搭積木技術方案

采用海洋石油981從底部至頂部按順序依次合龍的建造模式，先合大、小浮體，再合立柱，最后合龍上船體。此方案相對較為成熟，風險可控，但是塢期長，對技術設計的完整性要求較高。

3.3 技術方案的比對

3個方案對比見表1。從表中對比可知，方案1和方案2在縮短合龍塢期、保證項目工期方面具有較大的優勢，但是存在成本大量的增加、完整性較差、精度難以控制、整體風險性較大等缺點。綜合對比，最終選擇方案3常規搭積木技術方案作為半潛式起重拆解平臺的建造合龍方式。

4 結論

本文介紹了選擇半潛式海洋平臺建造合龍技術需考慮的幾個因素，同時概述了行業內常用的建造合龍技術，制定了3種適應于半潛式起重拆解平臺建造合龍的技術方案，并通過技術方案的對比，得出的結論如下：

表1 3個技術方案對比

(1)上船體整體吊裝合龍技術效率高，但本身具有一定的局限性，對船廠設備吊裝能力的要求很高，目前還得不到廣泛應用。

(2)提升滑移或提升漂浮的合龍技術周期較短，對合龍周期的控制較有效，但是成本很高，且風險較大。

(3)針對半潛式起重拆解平臺的結構形式，結合船廠的條件以及合龍周期的情況，半潛式起重拆解平臺采用常規搭積木的合龍技術建造更安全、更節約、更高效。