海洋石油平台建造过程中电仪专业设计施工优化探讨

祁永青， 魏 然， 孙义韬， 樊祥滨

(海洋石油工程(青岛)有限公司，青岛 266520)

0 引 言

当前，新冠肺炎疫情对全球政治经济安全的直接冲击或有减弱，间接或次生影响仍然不能忽视，大宗商品价格持续上升，海上油田开发受其高投入特性影响，投资规模持续压缩。海洋石油平台建造领域同时受到投资压缩和材料成本持续上升的影响，利润空间逐渐压缩。同时，国内从事钢结构建造的施工人员年龄结构逐步增加，新增从业新鲜血液补充减少，人力成本逐年以较快速度增长。在严峻的外部环境和窘迫的内部生存压力下，通过不断优化建造板块的生产设计和施工方式以降低成本和提高工效已经成为海洋工程企业建造板块降本增效的必行之路。本文通过分析海洋石油平台电仪专业施工现状，探讨研究优化设计和施工管理方法，实现降本提效的目的。

1 电仪专业、设计施工现状

电仪专业工程设施作为海洋石油平台的动力系统和中枢神经，其建造施工贯穿平台建造始终。由于电仪专业涉及的系统较多，每个系统通常由核心控制设备、终端用户设备及其相互连接的电缆组成，其专业特点决定了电仪专业的终端用户数量庞大，在平台上呈点状分布，施工管理和项目管理的难度非常大，在建造工程项目全生命周期属于关键环节，尤其在工程收尾阶段，往往会成为可交付成果移交的制约因素[1-2]。但通过梳理电仪专业工作项可以发现，电仪专业施工的关键环节按照建造流程归结为3个步骤： 第一步是电缆托架支架、设备支架等铁舾装件的预制安装过程；第二步是电缆托架和设备的安装过程；第三步是电缆敷设和接线过程。在多年的项目管理工作过程中，发现这3个环节的施工一直不顺畅，通过总结分析发现，这些制约因素存在一定的共性。通过对这些制约因素的总结分析，可以找到优化设计和施工的方法。

1.1 末端通路设计深度不够

目前，电仪专业的盘柜设备、照明灯具、电缆主通路已经实现了三维模型设计，设计部门提供设备定位图、照明设备定位图、托架支架定位图用于施工[3]，但部分杂散设备如设备按钮、在线仪表等未进行三维模型设计，设计单位不能提供该类设备的定位图，只提供布置图用于施工指导。由于设备布置图没有准确的定位信息，施工人员在根据设备布置图施工时，会根据现场实际情况并结合施工经验进行安装，为后续专业施工产生碰撞埋下隐患。管线上的在线仪表通常由配管专业进行三维建模，其建模仪表的目的是配置管口信息，对于仪表的种类、规格、位号等信息在模型中标识不全，配管专业和仪表专业都没有出具仪表布置图和定位图。为满足生产需要，目前生产设计根据现有模型抽取在线仪表的三维坐标，施工人员结合三维模型现场找到配管专业施工完成的仪表接口后，再进行仪表电缆路径安装、电缆敷设工作。电伴热系统的末端通路一直是制约管线伴热、保温施工进度的关键因素。由于电伴热系统是在配管专业PID 0版图基础上进行设计的，当施工图纸完成时，电仪专业的现场施工已经进入电缆敷设高峰期，错过了铁舾装件施工的最佳时期。结合国内外海洋石油平台类建造项目实际情况，杂散设备定位设计和末端通路设计现状分析如表1所示。

表1 电仪专业杂散设备定位设计和末端通路设计现状Tab.1 Current status of small instruments and terminal path design

(续表)

1.2 施工工序不合理问题难以解决

由于设备按钮、在线仪表等终端设备的无定位图纸，电伴热控制盒定位图纸提供晚等因素影响，大量设备支架和末端通路在电仪专业铁舾装件安装后期开始安装，部分末端通路的施工落后于电缆敷设，既导致了铁舾装件安装过程中施工人员工作量不饱满，又制约了电缆敷设的施工进度。尤其是电伴热系统末端通路开始施工时，施工现场已进入电缆敷设阶段，电伴热电源盒的支架安装、电伴热动力电缆路径的安装此时开始施工。此时各专业的主体施工工作已经基本完成，进行如此大的电缆通路焊接工作，与各专业的干涉问题较多，施工空间有限，极大地制约了电伴热系统末端通路的施工效率。电伴热系统的施工在海洋平台建造的施工中滞后，进而导致管线保温工作工期紧张，因此必须抽调电仪专业处于高峰期的电缆敷设作业的施工人力补充到电伴热系统末端通路的施工工作中来，这进而又制约了电仪专业的主线作业。该主线作业就是电缆敷设阶段，此时电仪专业的人力投入达到高峰期，而人力高峰期非常容易造成工效降低，电缆末端通路不通造成电缆敷设速度下降甚至局部工作停滞是造成人力高峰期期间人力浪费的主要原因之一。

2 电仪专业设计优化

综上分析可见，现场施工容易发生施工人力浪费、影响施工效率的现象主要在杂散设备支架安装及其电缆敷设工作上，因此，电仪专业的设计优化要着眼于杂散设备的定位设计和末端通路的设计。随着系统能力的提升和设计软件的进步，当前海洋工程行业的电仪专业的生产设计水平较往年进步很大，电仪专业大部分杂散设备，如照明灯具、电源接线箱、探头、现场按钮、管线在线仪表等都已实现了三维模型建模，但现场按钮和在线仪表在三维模型中的定位不准，在施工中仅能作为参考却不能起到指导施工的作用。由于电伴热的设计工作要在配管专业的PID图纸上开展，配管专业PID图纸正式提供后再开展电伴热系统设计，电伴热接线盒定位设计完成时间一般在电缆敷设开始时间前后，再按此做电缆敷设路径的施工，对伴热电缆的敷设制约比较大。目前，电缆敷设路径已经实现了主路径，即200 mm及以上电缆托架的建模设计，分支路径和末端通路的路径设计仅做了典型设计。

2.1 杂散设备定位优化设计

电仪专业设计优化的首要任务是将现场按钮、在线仪表等定位信息不准的杂散设备进行精确定位，其中在线仪表是配管专业在三维建模时设计的，但配管专业仅关注仪表安装的管口信息、仪表型号、定位信息在三维模型中体现不全面，对仪表安装及仪表电缆路径设计指导工作非常有限，需要从设计内部加强沟通解决此事，即在配管专业建模时，完善在线仪表信息型号、位号等信息，仪表专业根据配管专业三维模型进行在线仪表的电缆分支路径设计，并抽取仪表定位图供现场施工。同时要重点解决电伴热接线盒的定位设计问题，首先要改变按照配管专业正式提供的PID图纸进行电伴热设计的传统工作方法，将电伴热设计作为配管专业工艺设计的后续工作，根据过程版本管线PID图纸提前开始管线的电伴热设计；然后是改变先做电伴热带设计，后做电源盒定位设计的设计方法，根据设计经验先布置主管线电伴热接线盒；最后根据支管的电伴热设计补充电伴热接线盒，创新使用电伴热带设计和电源盒布置设计相结合的设计方法，并按此完成电伴热电缆的路径设计，该设计方法已经在陵水17-2气田开发项目上部模块建造中进行了有益尝试，在一体化建造施工阶段完成了部分主管线电伴热接线盒支架及其电缆路径的设计、施工工作。

2.2 电缆分支路径和末端通路优化设计

实现电仪专业各类杂散设备的三维建模工作和定位设计，为电缆分支路径和末端通路设计创造了必要条件，且电缆分支路径和末端通路设计在模型里进行三维设计在技术上是可行的，如照明灯具和探头，图1所示为探头及其末端通路的三维模型设计。根据目前海洋石油平台的一体化建造设计和施工统计数据来看，电仪专业一体化施工的预舾装率已达70%，对提高电仪专业铁舾装件安装工效起到非常重要的作用。电缆分支路径和末端通路设计要结合电仪专业的一体化设计，在短时间内完成三维建模设计，并抽取施工图纸供一体化设计使用，需要投入有设计经验的三维建模人力比较多，而具有丰富设计经验的三维建模人员匮乏是行业内存在的普遍问题。完成电缆分支路径和末端通路设计，电仪专业一体化建造施工预装率有望提高10%～15%，提高了电仪专业施工前期铁舾装件的预制、安装施工效率，减少电缆敷设时因电缆路径不通造成的人力浪费，加快房间完整性施工速度，减小对其他专业如涂装、舾装、调试的影响。相对而言，为完成电缆分支路径和末端通路设计而增加的人力投入，性价比是非常高的。电缆分支路径和末端通路优化设计工作主要是在主路径的基础上，完善现场各个杂散设备的电缆路径，通常使用100 mm小托架和马脚，部分防碰撞区域会使用电缆穿线管和电缆槽盒。

图1 探头及其末端通路的三维模型设计Fig.1 3D model design of probe and its terminal path

3 电仪专业施工优化

结合前述电仪专业的施工特点，施工优化的重点要放在铁舾装件安装和电缆敷设2个方面。在铁舾装件安装阶段，受优化设计不到位、人员对现场环境和平台结构不熟悉、铁舾装件预制返场速度慢等因素影响，工作饱和度和施工效率都比较低。在电缆敷设阶段，施工人力达到高峰期，受前期电缆分支路径和末端通路不通畅、施工人员对整个平台的电缆托架及敷设路径不熟悉等因素影响，容易造成电缆敷设工作不饱满甚至局部工作停滞，进而造成电缆敷设高峰期期间的人员低效，人力浪费比较大。

一体化建造可以节省施工人力、吊车资源，从而达到提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量的目的，在建造阶段最主要的表现是施工效率高。一体化建造是电仪专业施工优化的有利措施，为提高铁舾装件预制和安装工作的工效创造了条件，当前正在大力推行。施工单位要抓住一体化施工的有利时机，在甲板片预制释放前、吊装前完成既定的一体化预舾装和预安装工作，有技术能力的施工单位还要细化一体化施工方案，对设计的一体化施工方案的合理性进行梳理和反馈，以提高一体化建造阶段的预装率[4-5]。在铁舾装件安装过程中的施工领班，尤其是负责电缆路径、分支路径及末端通路的施工领班，要继续负责或参与到电缆敷设的组织工作中，利用其熟悉电缆路径的技能为电缆敷设提供支持。在电缆敷设过程中，要控制电缆敷设的数量和人员增减的节奏，结合调试需求顺序安排电缆敷设的施工计划，避免在前期电缆通路不畅、在调试的压力下突然增加大量人力，造成施工人员成本增加和撤人不及时造成的人力浪费。

4 结 语

电仪专业是海洋石油平台建造中继结构、配管专业之后的第三大专业，经过多年发展，其设计、施工已日趋成熟，从项目管理和现场施工实际考虑，其设计、施工的优化空间还非常大。通过深化设计，优化杂散设备的定位设计、电缆分支路径和末端通路设计，解决电仪专业一体化施工“最后3～5 m”的问题，从而实现90%以上的预装率，既提高了铁舾装件安装的效率，又为电缆敷设高效实施创造了前提条件。随着设计优化的稳步推进，施工单位要重视关键阶段的组织管理工作，重点解决铁舾装件安装阶段的人员低效、工作量不饱满问题和电缆敷设阶段的施工停滞问题，堵住人力浪费的“出血点”，既可以实现本专业的降本提效，又为平台尤其是关键房间后续的涂装、舾装调试工作创造条件，为海洋石油平台陆地建造实现最优完工状态打下坚实基础。