张力腿平台轻型生活楼方案

袁行伟，李拓夷，郭术彪，任志巍

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

0 引 言

目前世界上在建和在役的张力腿平台共有30座，而国内尚无此类平台设计及工程经验。由于张力腿平台属于深水浮式平台，因此在兼顾平台性能和经济性的前提下，有效控制平台上部组块重量是影响张力腿平台整体性能的关键因素。生活楼是平台上部组块中一个重要的组成部分，因此控制生活楼重量也就成为上部组块设计过程中的一个重要环节。本文通过优化生活楼总体布置，并对相关轻型结构型式及舾装材料进行对比及选择，最终完成了张力腿平台轻型生活楼方案。

1 海洋平台生活楼分类及选型

目前海洋平台生活楼按结构型式分为两大类，模块单元式生活楼和整体式生活楼。

模块单元式生活楼就是每个舱室单独成块，根据业主对生活楼功能的要求进行舱室模块拼装而组成的，如图1所示。此类生活楼具有易组装、造价高的特点，所以常用于海上在役平台的改造项目。

图1 模块单元式生活楼Fig.1 Modular type living quarters

整体式生活楼按结构型式分为梁柱式和板壳式两类，这两类结构型式的生活楼各有优劣。但板壳式结构较常规的梁柱式结构能更合理地优化生活楼的重量。由于张力腿平台对减重要求较高，所以宜采用结构构件小而轻的板壳式整体生活楼，如图2所示。

板壳式整体生活楼的结构主要由甲板、T型材、角钢及圆管等组成，板壳式结构的优点在于钢围壁(墙体)和甲板参与生活楼框架的整体强度计算，相比常规梁柱式结构可有效减小结构构件尺寸，其结构总重量较梁柱式生活楼减重约23%。

板壳式整体生活楼的建造形式可采用分层或分块建造及吊装方式，有利于最大限度地减重。

图2 板壳式整体生活楼Fig.2 Integral type living quarters

2 板壳式整体生活楼总体布置规划

根据张力腿平台总图中生活楼的外轮廓尺寸及功能要求对其总体布置进行规划，生活楼外形尺寸为28×11.5×14 m，按四层进行布置，室外两侧均设置3 m宽的逃生通道，顶层设有直升机甲板。为了满足规范对平台人员逃生的要求，用于生活楼人员逃生的救生艇悬挂在与其临近的组块主甲板上[1]。

2.1 总体布置原则

生活楼的总体布置按下列原则进行规划。

(1)分区明确，互不干扰。一层为公共区域，二层及三层为休息区域，四层为办公区域。

(2)钻完井期间在正常舱室床位不足的情况下，能够将位于二层的健身房及四层的会议室调整为住人舱室，从而满足项目各阶段对床位的需求。

(3)二层设置公共卫生间，三层设置独立卫生单元，同时满足各作业区对于生活楼卫生间布置的不同需求。

(4)四层顶部的空调压缩机组移至平台组块，仅保留换气机组及静音设备，避免设备运行噪声影响其下方办公室及居住舱室的正常使用[2]。面向生产区设置的办公区域满足钻完井期间日夜监守作业现场的要求，同时正常生产期间可将相邻的两个办公室调整为其他用房，便于房间功能的再次调整。

2.2 总体布置方案

本项目生活楼设计定员为100人，其中一人舱室2间，两人舱室5间，四人舱室22间。

生活楼一层为公共区域，设有厨房、餐厅、食品库房(冷库室、冷藏室)、配电间及应急配电间、洗衣间、卫生间、吸烟室、医务室及吊货区。医务室设置在一层且靠近吊笼放置区,便于平台登程人员的信息录入及平台伤员的救治，医生安排在二层靠近医务室的舱室居住[3]，以满足相关规范要求，相关布置如图3所示。

生活楼二层为休息及娱乐区域，主要以居住和娱乐为主，除了设有更衣室、卫生间、洗澡间、健身房外其余均为居住舱室，舱室外设置公共卫生间。健身房内的天花板预埋滑轨，在舱室床位紧张的情况下，可以通过增加舾装壁板将健身房改为四人舱室和六人舱室，满足特殊阶段的床位需求，相关布置如图4所示。

图3 生活楼一层布置图Fig.3 General layout for the first floor of living quarters

图4 生活楼二层布置图Fig.4 General layout for the second floor of living quarters

生活楼三层为休息区域，主要以居住为主，此层仅设有两人舱室及四人舱室，舱室内均设有独立卫生单元，舱室外不再设置公共卫生间，从而保证了长期出海人员的起居舒适性，相关布置如图5所示。

生活楼四层为办公区域，主要以办公为主，提供生产及钻完井期间12人的办公场所。其中，两个相邻办公室舾装壁板设置为可拆卸式，满足钻完井工作结束后的正常生产期间房间功能的再次分配。报房设置在四层，报务员也安排在四层且靠近报房的舱室居住，以满足相关规范要求[4]，相关布置见图6。

图5 生活楼三层布置图Fig.5 General layout for the third floor of living quarters

图6 生活楼四层布置图Fig. 6 General layout for the fourth floor of living quarters

生活楼顶层为设备区域，为了避免空调压缩机组运行时产生的噪声影响其下方办公室及舱室的正常使用，已将位于生活楼顶层的空调压缩机组移至组块，顶层仅保留运行时噪声较小的换气机组及静音设备。同时也根据项目要求对卫星接收天线进行了合理规划及布置，以保证平台各类通讯及信号的稳定性。相关布置如图7所示。

生活楼顶部设有直升机甲板，通过优化直升机甲板布置最大限度地降低了甲板重量，优化后的直升机甲板为正八边形，尺寸为21×21 m，满足S-92型直升机起降要求[5]，相关布置如图8所示。

图7 生活楼顶层布置图Fig.7 General layout for the roof of living quarters

图8 直升机甲板布置图Fig.8 General layout for helideck

3 板壳式整体生活楼轻型化方案

结合以往海洋平台生活楼减重经验，制定了本项目张力腿平台板壳式整体生活楼轻型化方案，主要从结构减重和舾装减重两方面着手。

3.1 结构减重方案

板壳式整体生活楼结构型式与普通船体结构相类似，主要由甲板片、大梁(T型材)、加强筋(角钢)、立柱及其他附件构成。结构构件型式如图9所示。

本项目生活楼结构的计算通过有限元计算软件SESAM GeniE模块完成，计算工况包括操作、极端、自存及运输工况。其中，对大梁和立柱等主要结构通过软件中的BEAM CODE CHECK功能根据API及AISC相关规定进行校核，甲板及壁板通过软件中的PLATE CODE CHECK功能根据CSR Bulk相关规定进行屈服及屈曲校核，校核结果均满足规范要求[6]。相关校核结果如图10所示。

3.2 舾装材料减重方案

板壳式整体生活楼可减重的舾装材料主要包括盥洗设施、舱室家具、防火保温材料、围壁天花板及甲板敷料等几大类[7]。其中，盥洗设施使用轻型材料对于减重属于“高费用、低收益”，所以本项目使用较少。新型铝蜂窝家具较常规钢制家具具有轻质、美观、耐腐蚀的优点，可以增加舱室环境的美观度和舒适度。防火保温材料、围壁天花板以及甲板敷料等使用轻型材料对于费用的影响较小，而且其防火保温及隔音降噪性能均优于常规舾装材料，目前很多已投产项目都通过使用以上材料达到了减重的目的。

本项目采用轻型舾装材料代替常规材料以达到减重的目的，相关舾装材料减重方案如表1所示。

图9 板壳式整体生活楼结构型式Fig. 9 Structure type of the integral type living quarters

图10 梁和板的模型校核结果Fig.10 Model checking results of beams and plates

3.3 整体式生活楼减重方案对比

常规固定平台的梁柱式整体生活楼总干重约为1 040 t ，通过以上减重措施使得本项目板壳式整体生活楼总干重减为840 t ，实现了张力腿平台生活楼轻型化的目标，相关减重信息如表2所示。

通过表2可以推断，在保证不改变生活楼主尺度、总体布置及舱室功能的前提下，通过以上减重方案使得张力腿平台整体式生活楼总干重减轻了约200 t。其中，结构方面减轻了150 t，舾装方面减轻了50 t。

表1 舾装材料减重方案

续表

表2 生活楼减重方案对比

4 结 语

通过对不同种类生活楼的分析及对比，最终确定了采用板壳结构的整体式生活楼更满足张力腿平台对组块减重的要求。在满足相关规范及项目要求的情况下，合理优化生活楼总体布置能够减少其空间浪费，有利于生活楼的减重。通过采用板壳结构型式及轻型舾装材料最终完成了张力腿平台轻型生活楼减重方案，与常规固定平台生活楼相比减轻重量约20%。

[1] International Maritime Organization.International convention for the safety of life at sea[S].2009.

[2] 国际劳工组织(ILO).2006年海事劳工公约[S].2006.

[3] 吕津波.海洋平台生活楼人体工程学设计研究[D].天津：天津大学，2009.

[4] 中华人民共和国国家经济贸易委员会.海上固定平台安全规则[S].2000.

[5] International Maritime Organization.Code for the construction and equipment of mobile offshore drilling units[S].2001.

[6] American Bureau of Shipping.Common structural rules for bulk carriers[S].2006.

[7] 中国船舶工业总公司.船舶设计使用手册:舾装分册[M].北京：国防工业出版社，2002.