設計優化及一體化建造在海洋平臺總包項目的應用

王輝，樊志祥，賈慧峰，張園星(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

0 引言

海洋工程項目是一項龐大的科技系統工程。海洋工程設備主要包括油氣鉆井平臺、油氣儲運設施、海洋工程船舶等。海洋平臺是綜合性的海洋工程裝備，集油田勘探、天然氣加工、發電、供熱、原油儲運、人員外運作為一體，在海底石油勘探開發作業中發揮著至關重要的作用。

1 海洋平臺技術概述

構建海洋平臺，因其結構較為復雜、體積相對較大，價格成本較高，而且與陸上采油設施建造進行比較，海洋環境的復雜性較大。另外，自然風險因素對海洋平臺的安全產生了嚴重的影響，如臺風、海浪、海流、融冰、潮汐和海底地震等等。此外，由于存在各種問題，對海洋平臺的正常運行也造成影響，如：環境腐蝕、海洋生物粘接、基礎動力軟化等，使平臺構件和整個結構的阻力減小，影響平臺結構的使用穩定性和耐久性[1]。

2 海洋平臺發展及現狀

海洋工業始于20世紀60年代末，海洋石油的原始開發始于渤海灣地區。該地區的典型水深為20 m左右，20世紀80年代后期在南海進行聯合勘探生產，水深約為100 m左右。近年來，國際上對石油能源開發的重視以及原油價格的飛漲，大大促進了國內海洋平臺設備制造業的需求與發展。當前我國海洋平臺裝備制造業發展迅速，已經具備了在淺水地區設計、建造油氣田的能力。

3 合理地設計優化

3.1 傳統模式及一體化模式的對比

現階段，在建設海洋油氣平臺的過程中，主要是采取傳統的順序建造模式。先將模塊的結構部分進行分段，然后實施分片建造，進入舾裝車間進行預舾裝，將結構片通過運輸吊裝的方式，到達滑道或總裝墊墩之后，再進行機管電專業的作業。在處于總裝階段中，各個專業之間的碰撞相對較多，如作業形式為增加結構桿件反復切割、焊接、打磨、補漆等。在該模式下，只能進行單線線程作業，建造所用的時間相對較長。在大部分進行安裝作業的過程中，只能在車間外完成，其工作效率相對較低。另外腳手架高空作業的數量較多，大大增加了項目所使用的成本和高空作業的施工風險。在此形勢下，一體化建造應運而生[2]。

3.2 一體化的設計優化

在進行一體化建造的過程中，可以將平臺進行劃分為多個相對獨立的小模塊之后，會一起在車間進行結構預制、組裝，并對模塊內部機(小型設備及大型設備底座)進行組裝。例如傳統結構是將結構物與滑靴通過柱子或支架相連接。通過優化，可以將傳統的滑靴分開。而構造塊本身則可以通過木制的滑靴作用在滑道上，既可以減少支撐點，又可以節約傳統滑靴的建造成本。在計算過程中，將結構物連接梁設置為箱形結構，在箱形結構下，用300 mm厚的木楔連接成滑動梁結構，代替了滑道梁。通過優化設計，可以為工程節省施工時間近30天，為工程按時完成施工奠定基礎，同時也可以節省200多噸鋼材，節省大量的工時和機械費用[3]。滑道梁構造如圖1所示。

圖1 滑道梁構造

4 一體化建造工藝的目標

海上平臺一體化施工技術突飛猛進，各機械與各專業施工技術的有機結合，在設計中不斷發展，打破了傳統的各專業間的流水作業，不斷完善施工過程的一體化流程，不僅減少了重復作業和高風險作業，而且在一定程度上還降低了安全隱患。目前，海上平臺一體化施工的總體思路是以縮短施工時間、采用多作業面作業為原則的施工一體化，為實現區塊建設層面的海洋一體化、模塊化奠定了良好的基礎。施工中以平臺為基礎，現場安裝相應的施工設備、機械設備、工藝管道、電氣儀表通信等。這些安裝程序都必須在不影響整體吊裝和裝配的情況下完成，而且還在甲板上進行噴涂和安裝，這在一定程度上減少了多工種同時作業引起的高度交叉活動。

5 一體化建造工藝在設計時需要注意的關鍵性問題

在海上平臺施工一體化建設的過程中，主要體現在設計、采購和施工方面，能夠提高建設的施工效率，降低涂裝的次數和上漆量。在集成設計的過程中，要降低高空作業的次數，降低潛在的安全風險，并且簡化施工工序，促進集成施工速度的提高。通過應用一體化建造新工藝，大大提升了建造的施工效率，并極大縮短了平臺建造所使用的周期，提高了項目施工水平，為企業創造了較大的經濟效益。同時，補充了傳統項目的建造工藝，采用了一體化建造工藝，保證施工工序之間的緊密結合。

6 一體化建造工藝設計的有效途徑

一體化施工技術是對傳統施工技術的改進。海洋平臺一體化施工技術的實施，打破了“設備專業化就是模塊施工中后期調試”的觀念。以中間產品、設備專業化為主的專業化生產和并行一體化生產模式，促進海洋平臺一體化施工新技術不斷提高施工質量、施工進度及效率， 使海洋平臺施工周期明顯縮短，項目實施水平顯著提高。

6.1 加工設計“前延”

要推動一體化施工技術的發展，就必須不斷“拓展”工藝設計，大膽突破傳統的統一設計模式。建立一支強大的工藝設計隊伍非常重要。將詳細設計的具體內容滲透到設計理念中，成為首要任務。通過專業通信與交換，有效整合了結構和整體形象的細節設計，合理配置了平臺結構和網絡分布圖，由專業技術人員精確計算荷載系數和吊裝重心，逐步完成細節設計，及時改變傳統的采購模式。海洋綜合平臺項目中，采辦工作是關鍵環節，但采辦模式相對落后且局限性大，嚴重影響了項目的正常開展[4]。因此，需要完善采購模式，制定全面、綜合的采購方案。

6.2 不斷完善與優化加工設計流程

(1)設計、采購和施工一體化，是一個多專業、多部門、多工種、多環節的一體化聯動新過程，有別于傳統的基于結構專業的施工模式，新技術以船尾為中心，將每層或多層甲板分成相對獨立的子模塊，能夠獨立完成船尾的預裝。新型一體化施工過程主要依賴于設計文件、材料采購、施工報酬來源等關鍵因素，技術圖紙與交貨期材料匹配率高，三維模型建立及附件設計標準化。(2)新的綜合施工技術的成功實施，可防止施工中出現待工現象，降低返工率，并可有效避免專業人員對建筑空間的干擾。物料和設備采購周期的控制，尤其是對長期物料和設備采購周期的控制十分重要，它對實施新的綜合施工技術有著重大影響。與傳統施工技術相比，新的一體化施工技術要求多個專業工種同時施工，需要更多的人力，同時也減少了對起重機資源使用頻率的依賴。(3)實施綜合施工技術高度依賴項目管理。高效率的項目管理能積極促進并有效地解決設計、采購和施工之間的相互制約，有助于最大限度地執行新的綜合施工程序。如：項目經理應在設計前期協調組織有關各方落實和明確一體化施工新技術的實施目標，在施工前編制詳細的施工方案和施工計劃，確定設計圖樣目錄計劃和材料，制定到廠設備計劃，建立工序工作量清單，及時跟蹤進度，滿足新一體化施工技術一體化的需要和要求，使標準化工作最大化。

6.3 一體化建造的不足及今后需努力發展方向

海洋石油的開發在能源戰略中的地位日益重要，目前進入高速發展階段。但在高速開發的同時，油田工程建設中面臨著諸多難題。各工程結構的預制工作量較大，綜合性一體化的建造模式剛經過試驗，經驗不足，導致現場的局部改造增加，應在后續項目實施中加強設計、施工與采購之間的有效溝通，學習其他項目管理經驗。

7 結語

綜上所述，海洋平臺一體化建造過程中在保證安全、質量、進度的基礎上，實現節能減排、降本增效，應注重視以下方面：管理和技術是降低成本、提高效益的基礎。要注重強化新技術、新管理、新創新，不斷積累經驗，深化一體化結構，強化發展，充分發揮降本增效作用，打造優質工程。