海洋平台通用部件标准化设计探索

毛建斌，辛晓辉，尹晓明，高 峰，伊 锋

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

0 引 言

中国海洋石油平台经过几十年的发展，设计趋向标准化，可以最大化节约前期调研周期、设计周期和场地、建造、安装等资源。

海洋平台工业化的发展促进了平台标准化的进程，但这一过程中也逐渐受到有些部件无法标准化的影响［1］。在制造过程中，部件设计、采办、加工等一个或多个环节的修改会导致设计周期或建造和检验费用的增加。

部件标准化在平台布置、主结构标准化设计后节省施工工期，设计方只需按照标准图核算和选择通用部件，建造方可市场采购或自制标准件，现场按照标准化工艺组装即可。采用标准化的设计、建造、安装、检验等不仅可以缩短设计、建造工期，降低采购成本，也能减少非标准化部件使用数量，进而促进海洋平台工业化和标准化，减少维护费用，最终达到缩短项目建设周期和减少全生命周期费用的目标［2-3］。

研发符合中国海油平台特点和需求的通用部件标准化产品系列，按照“产品化原则”实现通用部件标准化，进而形成“标准件”。将工程设施建造原有“串行”流程最大化“并行”，实现“大规模定制”和“工厂化制造”，提高陆地建造效率和质量，为设施模块“集成化”提供基础，进而提升模块集成化程度。

1 海洋平台部件现状

目前，海洋平台的部件按专业划分主要包括结构、配管、电气、仪表、舾装、机械、防腐、通信等。由于海洋油气开发特点，各项目中设计参数和技术要求存在差异，呈现的特点是4个海域不统一、同一海域不同油气田不统一、同一油气田同类部件也存在差异，所以非标部件多、产品系列多。

通过近些年的平台工业化和标准化建设，部件逐渐呈现标准化趋势，如受平台布置影响较小的阳极块、靠船件将军柱、踏步、托架支架等已基本具备标准化的条件；而受海洋平台布置、重量、重心和结构规格决定的插尖、吊点、滑靴等结构件仍需要在海洋平台标准化的基础上实施部件标准化。

基于部件系列化，需要系统分析部件种类、数量，结合工程建设标准化目标、部件不同特点，制定差异化解决方案，最终从总体上形成系统的解决方案。

2 部件设计方法比较

海洋平台工业化的发展促进了平台标准化的进程。部件的常规建设流程与标准化建设流程如图1、2所示，常规建设流程与部件标准化设计方法对比如表1所示。

图1 平台标准化常规建设流程Fig.1 Conventional construction process of components

图2 部件标准化的建设流程Fig.2 Standardized construction process of components

表1 设计方法对比Tab.1 Comparison of design methods

部件采用标准化设计后，将缩短详细设计周期，并依据前期设计方案提供可以选择的部件库，进而提高前期设计的准确度。

3 通用部件选取原则（以结构专业为例）

以结构专业为例，对通用部件选取原则进行分析。

3.1 结构部件应用现状

结构部件分导管架和上部组块两部分，导管架受平台布置影响较小，主要受环境和上部组块操作荷载影响。近些年，平台建设趋于系列化、标准化，导管架平台主结构趋于标准化，主轴尺寸、主腿和隔水套尺寸区域趋于系列化；结构部件如靠船件将军柱、受系列化尺寸影响较小的井口导向及井口导向锲块，趋于标准化。

上部组块受平台布置影响较大，如楼梯需根据不同平台布置调整角度和长度，工作间、墙皮等受空间布置影响需调整空间尺寸，吊机臂支撑架等受不同平台吊机制约，需专项设计或进一步研究通用系列化方案；而受平台布置影响较小的栏杆、插尖、吊点等具备部件系列化、标准化的条件。

3.2 结构通用部件清单选取原则

①不受平台布置和海域影响的结构部件可直接实施通用标准化，如靠船件将军柱，栏杆可通用，如图3所示。

图3 将军柱、栏杆实体图Fig.3 Figure of king post and handrail

②虽受平台布置影响，但平台主轴尺寸、隔水套管、主结构等实施系列化、标准化设计后，结构部件可依据平台主结构型式的系列化而实现部件的系列化，进而实现标准化，如井口导向锲块、插尖、可移动舱口盖、吊点等。

③受平台布置影响较大，如楼梯梯段需在目标平台基础上实施标准化设计。随着平台布置逐步实现标准化，可在此基础上设计定角度和高度，并适当拓展，以适应不同的平台布置。

4 研究技术路线

工程设施型号不一，给通用部件产品化带来了难度和挑战。通用部件数量多且繁杂，各专业更需详细梳理分析，形成通用部件标准化顶层规划，按照不同类型、不同原则研究标准化解决方案，以实现对有重要意义的部件形成产品化技术文件。首先将研究对象进行分类，然后对每一类分别进行系列化、标准化，最后完成使用建议编写。通用部件研究基本流程如图4所示。

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

以栏杆为例。平台栏杆大类上可分为防护栏杆和防撞栏杆，结合平台环保要求，再将栏杆分为防溢和不防溢类型。在分大类基础上，结合栏杆受力特征和使用功能、车辆运输能力和现场施工精度控制等状况，将防护栏杆系列划分为1跨—5跨［4-5］、防撞栏杆系列划分1跨—4跨等，对系列化栏杆进行材料、规格、跨距、结构型式等标准化设计，并完成设计依据、材料选择、实用荷载、安装运输等方面的使用建议。

对栏杆适用范围进行研究和建议：适用于中国海洋石油国内或采用中国海洋石油标准的海上设施上部模块和生活楼的栏杆等；适用于新建、改建和扩建的海上油（气）田开发工程，包括海上固定平台、浮式生产系统上部模块等。

栏杆包括钢制固定式防护和防撞栏杆、可拆卸防护和防撞栏杆，以及带链栏杆等的形式、材料、节点、材料表等，可供设计、加工、建造、安装、采办、造价等使用；不适用于设备检修处、楼梯和火炬臂处的栏杆和立柱、斜撑、墙皮等。

5 通用部件标准化意义

①实现采购模式由“项目采购”向“批量采购”的转变。一方面，解决原材料采办周期较长、采办后还需考虑加工周期、建造方多次追加采购等问题；另一方面，“批量采购”可以增加议价能力和降低采办费用。

②解决平台部件在平台建设过程中因设计、采办、制造、安装等某个环节修改、调整而影响项目总工期的情况。建造方将实现由来料加工转变为来件组装的重大转变，进而提高建设效率。

③减少设计阶段的技术澄清工作量，优化缩短设计周期，同时有利于形成采办、制造、安装、检验、维保等标准化流程和程序文件。

④通用部件标准化和平台工业化、标准化相互促进、相互影响，平台标准化有助于通用部件标准化的实施，而通用部件的标准化有助于提高平台标准化程度。

⑤采用通用部件将减少设计图纸量，便于一体化建造、涂装。一体化涂装如图5所示。

图5 一体化涂装Fig.5 Integration of coating

6 结 论

海洋平台结构专业目前的设计流程是先出主结构图、后出部件图，建造场地收到部件图后才能进行加工预制。采用标准化通用部件后，以栏杆为例，详设阶段主要出栏杆布置图，增加通用部件引用说明，不出栏杆典型标准图。建造方只需知道数量和选用的标准图后即可安排预制，像栏杆这样的辅助结构也可以从市场直接采购，从用工分配上可以削峰填谷和提高建造效率，并能实现一体化涂装。

综上，基于目前中国海洋石油建设工业化和标准化进程，通用部件标准化工作亟需展开。通用部件标准化的实施将减少设计阶段的技术澄清工作量、缩短设计周期，同时有利于形成采办、制造、安装、检验、维保等标准化流程和程序文件。