设计优化及一体化建造在海洋平台总包项目的应用

2021-06-10王辉樊志祥贾慧峰张园星海洋石油工程股份有限公司天津300451

化工管理 2021年14期

王辉，樊志祥，贾慧峰，张园星(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

0 引言

海洋工程项目是一项庞大的科技系统工程。海洋工程设备主要包括油气钻井平台、油气储运设施、海洋工程船舶等。海洋平台是综合性的海洋工程装备，集油田勘探、天然气加工、发电、供热、原油储运、人员外运作为一体，在海底石油勘探开发作业中发挥着至关重要的作用。

1 海洋平台技术概述

构建海洋平台，因其结构较为复杂、体积相对较大，价格成本较高，而且与陆上采油设施建造进行比较，海洋环境的复杂性较大。另外，自然风险因素对海洋平台的安全产生了严重的影响，如台风、海浪、海流、融冰、潮汐和海底地震等等。此外，由于存在各种问题，对海洋平台的正常运行也造成影响，如：环境腐蚀、海洋生物粘接、基础动力软化等，使平台构件和整个结构的阻力减小，影响平台结构的使用稳定性和耐久性[1]。

2 海洋平台发展及现状

海洋工业始于20世纪60年代末，海洋石油的原始开发始于渤海湾地区。该地区的典型水深为20 m左右，20世纪80年代后期在南海进行联合勘探生产，水深约为100 m左右。近年来，国际上对石油能源开发的重视以及原油价格的飞涨，大大促进了国内海洋平台设备制造业的需求与发展。当前我国海洋平台装备制造业发展迅速，已经具备了在浅水地区设计、建造油气田的能力。

3 合理地设计优化

3.1 传统模式及一体化模式的对比

现阶段，在建设海洋油气平台的过程中，主要是采取传统的顺序建造模式。先将模块的结构部分进行分段，然后实施分片建造，进入舾装车间进行预舾装，将结构片通过运输吊装的方式，到达滑道或总装垫墩之后，再进行机管电专业的作业。在处于总装阶段中，各个专业之间的碰撞相对较多，如作业形式为增加结构杆件反复切割、焊接、打磨、补漆等。在该模式下，只能进行单线线程作业，建造所用的时间相对较长。在大部分进行安装作业的过程中，只能在车间外完成，其工作效率相对较低。另外脚手架高空作业的数量较多，大大增加了项目所使用的成本和高空作业的施工风险。在此形势下，一体化建造应运而生[2]。

3.2 一体化的设计优化

在进行一体化建造的过程中，可以将平台进行划分为多个相对独立的小模块之后，会一起在车间进行结构预制、组装，并对模块内部机(小型设备及大型设备底座)进行组装。例如传统结构是将结构物与滑靴通过柱子或支架相连接。通过优化，可以将传统的滑靴分开。而构造块本身则可以通过木制的滑靴作用在滑道上，既可以减少支撑点，又可以节约传统滑靴的建造成本。在计算过程中，将结构物连接梁设置为箱形结构，在箱形结构下，用300 mm厚的木楔连接成滑动梁结构，代替了滑道梁。通过优化设计，可以为工程节省施工时间近30天，为工程按时完成施工奠定基础，同时也可以节省200多吨钢材，节省大量的工时和机械费用[3]。滑道梁构造如图1所示。

图1 滑道梁构造

4 一体化建造工艺的目标

海上平台一体化施工技术突飞猛进，各机械与各专业施工技术的有机结合，在设计中不断发展，打破了传统的各专业间的流水作业，不断完善施工过程的一体化流程，不仅减少了重复作业和高风险作业，而且在一定程度上还降低了安全隐患。目前，海上平台一体化施工的总体思路是以缩短施工时间、采用多作业面作业为原则的施工一体化，为实现区块建设层面的海洋一体化、模块化奠定了良好的基础。施工中以平台为基础，现场安装相应的施工设备、机械设备、工艺管道、电气仪表通信等。这些安装程序都必须在不影响整体吊装和装配的情况下完成，而且还在甲板上进行喷涂和安装，这在一定程度上减少了多工种同时作业引起的高度交叉活动。

5 一体化建造工艺在设计时需要注意的关键性问题

在海上平台施工一体化建设的过程中，主要体现在设计、采购和施工方面，能够提高建设的施工效率，降低涂装的次数和上漆量。在集成设计的过程中，要降低高空作业的次数，降低潜在的安全风险，并且简化施工工序，促进集成施工速度的提高。通过应用一体化建造新工艺，大大提升了建造的施工效率，并极大缩短了平台建造所使用的周期，提高了项目施工水平，为企业创造了较大的经济效益。同时，补充了传统项目的建造工艺，采用了一体化建造工艺，保证施工工序之间的紧密结合。

6 一体化建造工艺设计的有效途径

一体化施工技术是对传统施工技术的改进。海洋平台一体化施工技术的实施，打破了“设备专业化就是模块施工中后期调试”的观念。以中间产品、设备专业化为主的专业化生产和并行一体化生产模式，促进海洋平台一体化施工新技术不断提高施工质量、施工进度及效率，使海洋平台施工周期明显缩短，项目实施水平显著提高。

6.1 加工设计“前延”

要推动一体化施工技术的发展，就必须不断“拓展”工艺设计，大胆突破传统的统一设计模式。建立一支强大的工艺设计队伍非常重要。将详细设计的具体内容渗透到设计理念中，成为首要任务。通过专业通信与交换，有效整合了结构和整体形象的细节设计，合理配置了平台结构和网络分布图，由专业技术人员精确计算荷载系数和吊装重心，逐步完成细节设计，及时改变传统的采购模式。海洋综合平台项目中，采办工作是关键环节，但采办模式相对落后且局限性大，严重影响了项目的正常开展[4]。因此，需要完善采购模式，制定全面、综合的采购方案。

6.2 不断完善与优化加工设计流程

(1)设计、采购和施工一体化，是一个多专业、多部门、多工种、多环节的一体化联动新过程，有别于传统的基于结构专业的施工模式，新技术以船尾为中心，将每层或多层甲板分成相对独立的子模块，能够独立完成船尾的预装。新型一体化施工过程主要依赖于设计文件、材料采购、施工报酬来源等关键因素，技术图纸与交货期材料匹配率高，三维模型建立及附件设计标准化。(2)新的综合施工技术的成功实施，可防止施工中出现待工现象，降低返工率，并可有效避免专业人员对建筑空间的干扰。物料和设备采购周期的控制，尤其是对长期物料和设备采购周期的控制十分重要，它对实施新的综合施工技术有着重大影响。与传统施工技术相比，新的一体化施工技术要求多个专业工种同时施工，需要更多的人力，同时也减少了对起重机资源使用频率的依赖。(3)实施综合施工技术高度依赖项目管理。高效率的项目管理能积极促进并有效地解决设计、采购和施工之间的相互制约，有助于最大限度地执行新的综合施工程序。如：项目经理应在设计前期协调组织有关各方落实和明确一体化施工新技术的实施目标，在施工前编制详细的施工方案和施工计划，确定设计图样目录计划和材料，制定到厂设备计划，建立工序工作量清单，及时跟踪进度，满足新一体化施工技术一体化的需要和要求，使标准化工作最大化。