一体化建造工艺在海洋平台建造中的优势分析与应用建议

宋青武，郭庆，王辉，高本金，孙志广，商宝强海洋石油工程股份有限公司，天津300451

一体化建造工艺在海洋平台建造中的优势分析与应用建议

宋青武，郭庆，王辉，高本金，孙志广，商宝强
海洋石油工程股份有限公司，天津300451

海洋平台的一体化建造工艺在传统工艺的基础上增加了预舾装和预安装工作，机械、配管、电气、仪表专业大量的附件、设备、管道等在车间或预总装场地完成，大大减少了高空作业。介绍了一体化建造工艺和传统建造工艺的一般施工流程，对一体化建造工艺在工期、成本、质量、安全等方面的优势进行了论述，并提出注意事项和建议，表明一体化建造工艺比传统工艺具有明显的优势，且具有较强的推广价值。

一体化工艺；预舾装；预安装；质量；成本；工期；安全

组块是近海海洋平台常见的结构形式，一座固定式平台组块可能包括2～5个甲板层［1］。组块建造工艺是影响建造成本的重要因素，合理有效的建造工艺对于节省成本至关重要。国内海洋石油平台传统制造工艺存在不足，建造过程中结构附件安装顺序不合理，导致平台局部油漆工作反复进行，建造成本增加，同时带来环境污染风险［2］。应改进施工工艺，采用更为先进的一体化建造工艺。

1 传统组块建造工艺

传统组块建造工艺一般采用纵向分段、横向分片的预制方案。根据平台结构特点和设备吊装能力，以甲板腿为点连线，在所在的主梁位置进行分割，将平台各层甲板分片［3］。图1为组块传统工艺建造的一般流程，甲板片预制后直接运输至喷涂车间进行喷涂，完成后直接进行空间总装工作，机管电仪专业附件、管道、托架、设备等的安装均在总装后进行。

以三层甲板带夹层组块为例，传统工艺组块总装的一般步骤为：立柱拉筋→底层甲板→立柱拉筋→中层甲板→立柱拉筋→夹层→立柱拉筋→上层甲板。

传统建造工艺不足之处体现在以下几个方面：

（1）甲板片预制喷涂完成后，直接上滑道总装，机管电仪附件依次吊装组对，结构专业与机管电仪专业衔接不紧密，在前一专业出图和施工基本完成后，后续专业才会进入角色，占用滑道时间周期长。

（2）大量机管电仪专业附件、设备、管道等均需要进行吊装作业，高空作业较多，施工效率低，且需搭设大量脚手架，空间安装支架和管道，安全风险较大，生产成本较高。

（3）机管电仪专业附件的后安装大量破坏结构油漆，大大增加现场补漆工作量，增加补漆成本和工期，且不环保。

图1　组块传统工艺建造流程

（4）结构总装开始后，机管电仪各专业施工同时进行，任务量集中，施工区域人员密度较大，多工种多专业交叉进行，安全质量管控压力大。

2 一体化建造工艺

平台模块一体化建造工艺与船舶模块化建造方案类似［4］，在建造过程中，结构、机械、配管、电仪等专业在施工阶段同时进行，打破以往各专业流水作业的模式，提高建造的集成化程度，减少重复作业和高空作业，降低安全风险，提升效率，实现降本增效。图2为一体化建造工艺的一般流程，机管电仪专业与结构专业工作穿插进行。

对比一体化建造工艺流程和传统建造工艺流程，可见在一体化建造工艺中分别在甲板喷涂前和喷涂后增加了预舾装和预安装两个阶段。

（1）预舾装。在组块甲板片的预制建造过程中和预制完成后，在预制车间内将结构附件、机管电仪散件等安装到甲板片上，然后将甲板片运输至喷涂车间进行喷砂喷漆处理。各专业主要预舾装件如下：结构专业包括栏杆、挡水扁铁、墙皮、吊点、轨道梁支撑、舱口盖等；机械专业包括设备底座；电气专业包括托架支架、护管、马脚、灯具底座；仪表专业包括托架支架、护管、马脚；配管专业包括管支架、地漏、护管；通风保温专业包括空调底座、风管吊架和甲板下保温钉。

图2　组块一体化工艺建造流程

为保证油漆的完整性，对无法进行预舾装的焊接位置进行保护，包括结构总装对接位置、管道连接位置等。对特殊材料进行保护，包括热浸锌的附件，如设备底座支架、灯具支架、马脚、管道支架、栏杆等，做好保护，防止除锈喷漆时对其造成伤害。底座与设备的连接面做好保护，不能喷漆。

（2）预安装。喷涂完毕后甲板片运回预制车间或运至预总装场地，在满足吊装和运输能力的前提下，将满足安装条件的相关设备、管道、托架、电缆进行安装，最后将甲板片运输到总装场地进行整体吊装就位。

图3为采用一体化建造工艺的甲板片吊装示意，在完成相关支架、设备底座等预舾装件安装后整体喷涂，然后在预总装场地进行部分管道和托架预安装，最后整体吊装上滑道。

3 一体化建造工艺的优势分析

相对于普通船舶，海洋平台的一个明显特点是区域性强。从作业要求、危险区隔离及生活便利出发，海洋平台总是被设计成几个相对独立的区域，如钻井平台的钻井、动力、生活区域之间都有相对明确的界限［5］，采用一体化建造工艺，可以充分发挥海洋平台区域性强的优势，体现在平台建造工期、成本、质量、安全等各个方面。

图3　甲板片预安装完成后进行总体吊装

3.1工期方面

一体化建造工艺由于将部分组块总装后的工作提前至总装前完成，在很大程度上减少了组块上滑道后的工作量，同时机管电仪专业与结构专业同步进行，车间作业增多，机管电仪附件与甲板片整体涂装，施工效率提高，大大缩短组块占用滑道时间和组块整体建造工期，提高建造场地滑道使用效率。对多个已建成组块建造工期的对比分析见表1，可以看出，采用一体化建造工艺，滑道占用周期和整体建造周期将缩短1～2个月，约减少10％，建造场地利用率可提高10％～15％。在海上油气田开发高峰期可以有效解决建造场地瓶颈问题。

表1　一体化工艺与传统工艺建造工期对比

另外，一体化建造工艺由于机管电仪专业提前至与结构专业并行开展，各专业施工顺序合理衔接，可以有效减少组块建造高峰期人力投入。如万吨级组块采用传统工艺建造，高峰期施工人员数量一般不低于800人；而采用一体化新工艺建造，高峰期人员投入不到500人。

3.2成本方面

（1）吊车资源的节约。平台组块建造过程中，各类机管电仪安装件数以千计，采用传统建造工艺吊机使用量巨大；而采用一体化工艺，甲板片在喷涂之前将设备底座、地漏、管支架、护管、电仪支架、托架以及舾装的保温钉等预制在甲板片上，喷涂完成之后再预装部分托架、管道和设备，然后作为一整片整体吊装就位，大量附件在甲板预制过程中安装完成，降低了对吊车能力的需求，无需动用大型吊机，大大减少了高空吊装作业和吊机占用时间，降低了吊机使用成本。

（2）喷涂工作减少。机管电仪附件预舾装，同时将无法实施预舾装的焊接位置进行保护，极大地降低了现场补漆率，仅甲板片之间的连接口需要现场补漆，节约大量成本，而且契合国际上要求的清洁制造理念。经统计，采用传统工艺现场补漆率超过35％，而采用一体化建造工艺则不到5％。另外，一体化工艺有效减少了传统工艺常见的各专业构件现场焊接安装工作，进而避免破坏完工的油漆涂层，节约了涂层修补的材料和人工费用。

（3）施工成本大大降低。如KL3-2平台的三层甲板组块采用一体化建造，节约50余万元，节省1 500多个工日［6］。在某项目1 500 t左右的组块采用一体化建造工艺累计节省机械台班约200台时，涂装油漆节约371 L，涂漆修补人工时减少3 360工时，节约成本约80余万元。

3.3质量方面

国内海洋工程开发周期短，设计施工工期普遍紧张，经常采用详设B版甚至基本设计文件进行设备材料的采办工作，设计深度不够就开始建造工作。

与传统工艺相比，一体化工艺的实施要求详设达到更深的程度、机管电仪具备出图条件，设计的深入可以有效减少图纸出错率，减少现场返工和在不利条件下的施工作业量，提高施工质量。

预舾装和预安装工作可以有效减少机管电仪后装对已喷涂区域的破坏，减少现场补漆工作。

空间作业的大量减少，室内和车间作业增加，有利于施工质量的管控。

3.4安全方面

一体化工艺的实施，使得高空吊装作业大量减少，在很大程度上减少了起重事故的发生，也降低吊装落物风险，为施工人员提供了更好的安全保障。各专业附件与甲板片同时喷涂，室内涂装更加安全、环保。从高空转到地面，减少了空间交互式作业，有效地避免了空间作业空间狭小、拥挤的缺点，施工高峰期人数显著减少，工作面加大，对于施工安全管控十分有利。

4 注意事项

制订一体化实施目标时必须充分考虑现场资源的运输和吊装能力，并据此安排预舾装和预安装工作量，场地吊机、平板车等资源的能力必须满足组块单片运输和吊装需求，在完成一体化安装后，需根据最新的甲板片重量重心情况应用有限元软件进行吊装工况模拟分析，确保满足吊装要求。

下面以某项目一体化甲板片为例，根据一体化实施情况对甲板片吊装重量进行重新校核：该甲板片412.91 t（包含设备底座、管支架、托架支架、管道、托架等预舾装和预安装内容，考虑1.05的重量不确定系数），使用两台750 t吊机和一台400 t吊机进行吊装，吊机利用率分别为79.1％、79.0％和78.9％，满足要求。

使用SCAS软件进行吊装建模，按照不同工况进行强度和位移校核，强度模拟结果显示甲板片吊装过程中杆件在各种工况下最大UC值为0.19，小于1，位移模拟结果显示节点最大位移值为3.815 cm，均满足要求。

5 建议

通过上述分析，一体化建造工艺优势较为明显，但由于一体化建造工艺将部分机管电仪工作提前，对详设图纸、设备材料的需求时间也提前，图纸、设备厂家资料提供时间以及设备材料到货时间直接决定一体化实施的程度。在确定采用一体化工艺后，需要统筹考虑详细设计、采办以及建造工期安排，尽可能提高一体化实施的比例。为保证一体化工艺的顺利应用，结合已完工程项目实践，提出如下建议:

首先，在明确采用一体化建造工艺后，需组织详设和现场施工人员对预舾装和预安装工作量进行详细梳理和规划，从项目总体计划出发，明确项目一体化实施的目标，编制详细的一体化建造方案和计划，确定详设图纸和设备材料到货时间，及时进行跟踪落实，确保图纸和材料满足一体化建造工艺要求。

其次，在满足组块陆地建造完工状态的前提下，适当推迟组块建造开工时间（1～2个月），以便详设对设计进行完善，确保出图质量、减少出错率，使材料采办、厂家资料及设计图纸的提供、一体化施工有效衔接，充分发挥一体化建造工艺的工期优势。在详细设计阶段充分考虑一体化建造方案的需要，合理安排出图顺序。

第三，加大标准化设计，采用标准化的材料、设备和构件（如地漏、管支架、电仪讯电缆托架支架等），并提前预制，带料设计，可以有效缩短项目工期，减少设计图纸对项目进度的影响，有利于项目之间的资源调配。

第四，加快采办进度，确保设备材料按时到货，同时需要重点关注设备厂家的提交时间。由于设备厂家资料的提交是制约3D设计的关键，也是详设图纸能否按时提交的制约点，因此采办管理要严格监控设备厂家的设计和制造进度，督促厂家资料的按期提交，以保证设计图纸的按时提交，最终保证一体化建造的顺利实施。

最后，加强对施工方一体化方案的交底宣贯；加强现场技术人员、施工人员与设计人员的沟通，充分理解设计的技术要求；加强施工管理，结合各专业的制约关系，合理安排工序，各专业之间要充分交流，保证平行作业。

［1］张则青，高瑞力，王东锋.平台组块甲板片建造技术研究［J］.中国造船，2013，54（2）：41-45.

［2］张灿，郭雷，陈阳，等.改进海洋石油平台建造工艺，降低补漆量，节能降耗［C］//全国钢结构学术年会论文集.北京：中国钢结构协会，2011：723-725.

［3］桑运水，臧全斋，张维俊.大型海洋平台整体建造技术的研究与应用［J］.中国造船，2004，45（S1）：366-373.

［4］刘雪梅.船舶舾装单元模块建造研究［J］.船海工程，2012，41（6）: 9-12.

［5］孙东昌，潘斌.海洋平台模块化设计与建造的研讨［J］.中国海洋平台，2000，15（1）：26-27.

［6］魏成革，张秋华，马青军，等.海洋平台上部组块一体化建造技术［J］.石油和化工设备，2015，18（6）：20-22.

Advantage Analysis on Integration Construction Process of Offshore Platform and Application Suggestion

SONG Qingwu，GUO Qing，WANG Hui，GAO Benjin，SUN Zhiguang，SHANG Baoqiang
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300451，China

Integration construction process of offshore platform adds pre-outfitting and pre-installation work on the basis of traditional construction process.Lots of accessories，equipment and pipelines are installed in workshop or at preassembly site，and aerial work can be reduced to a great extent.This article introduces general construction flow charts of the integration process and the traditional process，expounds the advantages of the integration process in aspects of project time limit，cost，quality and safety，and puts forward matters for attention and some suggestions.It shows that the integration construction process has obvious advantages and strong promotion value in practicalengineering projects.

integration process；pre-outfitting；pre-installation；quality；cost；project time limit；safety

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.04.007

宋青武（1986-），男，安徽安庆人，经济师，2009年毕业于天津大学结构工程专业，硕士，主要从事海洋工程项目管理工作。Email：songqw@mail.cooec.com.cn

2016-03-01