海洋平臺通用部件標準化設計探索

毛建斌，辛曉輝，尹曉明，高 峰，伊 鋒

[ 1.海洋石油工程股份有限公司 天津 300451；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300457 ]

0 引 言

中國海洋石油平臺經過幾十年的發展，設計趨向標準化，可以最大化節約前期調研周期、設計周期和場地、建造、安裝等資源。

海洋平臺工業化的發展促進了平臺標準化的進程，但這一過程中也逐漸受到有些部件無法標準化的影響［1］。在制造過程中，部件設計、采辦、加工等一個或多個環節的修改會導致設計周期或建造和檢驗費用的增加。

部件標準化在平臺布置、主結構標準化設計后節省施工工期，設計方只需按照標準圖核算和選擇通用部件，建造方可市場采購或自制標準件，現場按照標準化工藝組裝即可。采用標準化的設計、建造、安裝、檢驗等不僅可以縮短設計、建造工期，降低采購成本，也能減少非標準化部件使用數量，進而促進海洋平臺工業化和標準化，減少維護費用，最終達到縮短項目建設周期和減少全生命周期費用的目標［2-3］。

研發符合中國海油平臺特點和需求的通用部件標準化產品系列，按照“產品化原則”實現通用部件標準化，進而形成“標準件”。將工程設施建造原有“串行”流程最大化“并行”，實現“大規模定制”和“工廠化制造”，提高陸地建造效率和質量，為設施模塊“集成化”提供基礎，進而提升模塊集成化程度。

1 海洋平臺部件現狀

目前，海洋平臺的部件按專業劃分主要包括結構、配管、電氣、儀表、舾裝、機械、防腐、通信等。由于海洋油氣開發特點，各項目中設計參數和技術要求存在差異，呈現的特點是4個海域不統一、同一海域不同油氣田不統一、同一油氣田同類部件也存在差異，所以非標部件多、產品系列多。

通過近些年的平臺工業化和標準化建設，部件逐漸呈現標準化趨勢，如受平臺布置影響較小的陽極塊、靠船件將軍柱、踏步、托架支架等已基本具備標準化的條件；而受海洋平臺布置、重量、重心和結構規格決定的插尖、吊點、滑靴等結構件仍需要在海洋平臺標準化的基礎上實施部件標準化。

基于部件系列化，需要系統分析部件種類、數量，結合工程建設標準化目標、部件不同特點，制定差異化解決方案，最終從總體上形成系統的解決方案。

2 部件設計方法比較

海洋平臺工業化的發展促進了平臺標準化的進程。部件的常規建設流程與標準化建設流程如圖1、2所示，常規建設流程與部件標準化設計方法對比如表1所示。

圖1 平臺標準化常規建設流程Fig.1 Conventional construction process of components

圖2 部件標準化的建設流程Fig.2 Standardized construction process of components

表1 設計方法對比Tab.1 Comparison of design methods

部件采用標準化設計后，將縮短詳細設計周期，并依據前期設計方案提供可以選擇的部件庫，進而提高前期設計的準確度。

3 通用部件選取原則（以結構專業為例）

以結構專業為例，對通用部件選取原則進行分析。

3.1 結構部件應用現狀

結構部件分導管架和上部組塊兩部分，導管架受平臺布置影響較小，主要受環境和上部組塊操作荷載影響。近些年，平臺建設趨于系列化、標準化，導管架平臺主結構趨于標準化，主軸尺寸、主腿和隔水套尺寸區域趨于系列化；結構部件如靠船件將軍柱、受系列化尺寸影響較小的井口導向及井口導向鍥塊，趨于標準化。

上部組塊受平臺布置影響較大，如樓梯需根據不同平臺布置調整角度和長度，工作間、墻皮等受空間布置影響需調整空間尺寸，吊機臂支撐架等受不同平臺吊機制約，需專項設計或進一步研究通用系列化方案；而受平臺布置影響較小的欄桿、插尖、吊點等具備部件系列化、標準化的條件。

3.2 結構通用部件清單選取原則

①不受平臺布置和海域影響的結構部件可直接實施通用標準化，如靠船件將軍柱，欄桿可通用，如圖3所示。

圖3 將軍柱、欄桿實體圖Fig.3 Figure of king post and handrail

②雖受平臺布置影響，但平臺主軸尺寸、隔水套管、主結構等實施系列化、標準化設計后，結構部件可依據平臺主結構型式的系列化而實現部件的系列化，進而實現標準化，如井口導向鍥塊、插尖、可移動艙口蓋、吊點等。

③受平臺布置影響較大，如樓梯梯段需在目標平臺基礎上實施標準化設計。隨著平臺布置逐步實現標準化，可在此基礎上設計定角度和高度，并適當拓展，以適應不同的平臺布置。

4 研究技術路線

工程設施型號不一，給通用部件產品化帶來了難度和挑戰。通用部件數量多且繁雜，各專業更需詳細梳理分析，形成通用部件標準化頂層規劃，按照不同類型、不同原則研究標準化解決方案，以實現對有重要意義的部件形成產品化技術文件。首先將研究對象進行分類，然后對每一類分別進行系列化、標準化，最后完成使用建議編寫。通用部件研究基本流程如圖4所示。

圖4 通用部件研究基本流程Fig.4 Basic flow of standardized components research

以欄桿為例。平臺欄桿大類上可分為防護欄桿和防撞欄桿，結合平臺環保要求，再將欄桿分為防溢和不防溢類型。在分大類基礎上，結合欄桿受力特征和使用功能、車輛運輸能力和現場施工精度控制等狀況，將防護欄桿系列劃分為1跨—5跨［4-5］、防撞欄桿系列劃分1跨—4跨等，對系列化欄桿進行材料、規格、跨距、結構型式等標準化設計，并完成設計依據、材料選擇、實用荷載、安裝運輸等方面的使用建議。

對欄桿適用范圍進行研究和建議：適用于中國海洋石油國內或采用中國海洋石油標準的海上設施上部模塊和生活樓的欄桿等；適用于新建、改建和擴建的海上油（氣）田開發工程，包括海上固定平臺、浮式生產系統上部模塊等。

欄桿包括鋼制固定式防護和防撞欄桿、可拆卸防護和防撞欄桿，以及帶鏈欄桿等的形式、材料、節點、材料表等，可供設計、加工、建造、安裝、采辦、造價等使用；不適用于設備檢修處、樓梯和火炬臂處的欄桿和立柱、斜撐、墻皮等。

5 通用部件標準化意義

①實現采購模式由“項目采購”向“批量采購”的轉變。一方面，解決原材料采辦周期較長、采辦后還需考慮加工周期、建造方多次追加采購等問題；另一方面，“批量采購”可以增加議價能力和降低采辦費用。

②解決平臺部件在平臺建設過程中因設計、采辦、制造、安裝等某個環節修改、調整而影響項目總工期的情況。建造方將實現由來料加工轉變為來件組裝的重大轉變，進而提高建設效率。

③減少設計階段的技術澄清工作量，優化縮短設計周期，同時有利于形成采辦、制造、安裝、檢驗、維保等標準化流程和程序文件。

④通用部件標準化和平臺工業化、標準化相互促進、相互影響，平臺標準化有助于通用部件標準化的實施，而通用部件的標準化有助于提高平臺標準化程度。

⑤采用通用部件將減少設計圖紙量，便于一體化建造、涂裝。一體化涂裝如圖5所示。

圖5 一體化涂裝Fig.5 Integration of coating

6 結 論

海洋平臺結構專業目前的設計流程是先出主結構圖、后出部件圖，建造場地收到部件圖后才能進行加工預制。采用標準化通用部件后，以欄桿為例，詳設階段主要出欄桿布置圖，增加通用部件引用說明，不出欄桿典型標準圖。建造方只需知道數量和選用的標準圖后即可安排預制，像欄桿這樣的輔助結構也可以從市場直接采購，從用工分配上可以削峰填谷和提高建造效率，并能實現一體化涂裝。

綜上，基于目前中國海洋石油建設工業化和標準化進程，通用部件標準化工作亟需展開。通用部件標準化的實施將減少設計階段的技術澄清工作量、縮短設計周期，同時有利于形成采辦、制造、安裝、檢驗、維保等標準化流程和程序文件。