模块化建造技术在海洋平台建造中的应用

模块化建造技术在海洋平台建造中的应用

田廷建宫文诚

天津麦道科技有限公司天津300457

摘要：模块化技术起初用于造船行业，随着技术的不断发展现在越来越多地应用于海洋工程等行业，并成为不断发展的重要技术。模块化技术的不断发展导致设计思想、建造工艺及管理上的重大变革。

关键词：模块化建造技术；海洋平台建造；应用

我们的国家拥有巨大的海洋领土、丰富的生物资源和庞大的能源储备，随着我国海洋工程设计、建造、生产等一系列技术的不断成熟、优化，海洋工程技术也逐步走上“深蓝”。海洋平台，作为海上石油和天然气的基础设施，是海洋工程技术的基本体现，也是不断改进及提升海洋工程技术的研究基础。模块化建造作为一种科学、高效的建造管理手段，有效的缩短了建造工期、充分结合实际生产能力达到施工人、机的高效配置，在保障质量的前提下降低成本，目前在较多海洋平台的建造过程中应用。

一、海洋平台结构概况

海洋平台形式多种多样，通常根据其运行条件和结构特点分为固定平台和移动式平台。固定平台（如导管架平台）较多的使用在浅海区域或海洋条件较为稳定的海域，平台整体稳定性好，抗风暴能力强；移动式平台根据其作业水深、工作海况及平台使用功能等因素，又包含自升式平台、半潜平台、单柱式平台、拉索塔式平台、张力腿式平台等多种平台形式。移动式平台由于机动性能好、工作水深大，近几年较多的应用在海上石油的钻采及勘探等领域。

二、模块化建造技术在海洋平台建造中的应用

1.模块化设计技术。要实现模块化建造，在项目的基本准备阶段就要按照要求进行有效设计，这是实施模块化技术的主导和关键。项目进行模块化设计不同于传统的整体设计建造模式，设计的角度和思路既要着眼项目的整体功能，又要考虑各个模块的相对独立性，把握好整体和单模块的关系。项目的模块划分是实施模块化建造的关键技术之一，项目对象是包含多个工艺流程和系统的设备管道系列，要成功达到模块化的预期，即要以功能的实现和工艺流程为基础，同时合理的顶层规划也至关重要。模块划分受到众多因素和原则的影响和制约，这些因素和原则包括：①项目要实现的功能，模块划分必须要保证这个功能，不能以牺牲项目的功能进行模块划分。②要保证项目的安全，不能因为进行模块化设计，而产生一些不安全因素。③要考虑模块建造、装船、海运、安装过程的可行性，例如场地的建造能力、吊装能力、港口的承受能力、海运船舶的运输能力、装船方案等因素。④模块的划分最好与装置各相应功能相对应。⑤要保证各模块安装连接的安全性，有助于建造过程的质量控制、尺寸精度控制、重量和重心控制。

2.模块化建造技术。模块化建造通常是在建造场地上直接进行，需要充分结合现场的建造能力及施工环境，在需要对预制场地进行承载力评估的地方，合理布置各模块位置，以满足建造需要。模块一般采用一体化进行建造，由于一个项目模块很多，对大型吊装机械的需求量很大，整个装置进行模块化后，划分成多个模块进行并行建造，缩短整体的建造工期。建造过程如下：①在基本设计前就要明确建造方法，根据建造方法编制总体计划，做出总体建造方案。在基本设计过程中，不断细化和调整总体建造方案。除传统的施工图之外，要重视模拟施工技术的应用。在充分利用三维制图软件后，对于施工情况提前进行模拟，发现施工中可能存在的诸如干涉等问题，采取解决措施。②模块支撑选取，对于支撑性结构，考虑施工的便利性及潮水影响，一般结构支撑的高度在600～800mm左右过高不利于施工，而且会增加脚手架的搭设工作。对于功能模块建造所要求的钢结构临时垫墩高度宜为1500～1800mm之间，利于甲板下部辅助性结构如支架、电缆马脚等附件的安装。③模块化结构预制，在海洋石油平台预制中存在大量的功能性结构，如设备底座、风机支架、穿舱件等，在建造过程中要注意此类结构的模块标准化，此部分工作在预制安装过程中可以提高施工效率。④部分成品件提前安装于模块之上，在进行后续工作及最后平台喷砂时有可能会对这些成品件造成影响，需要提前采取保护措施。如为了适应海洋腐蚀性环境，有部分支架需要通过镀锌和涂装进行防腐，镀锌支架必须在焊接前完成热侵锌。而甲板喷砂除锈时，会有大量的沙粒喷到结构表面，将破坏镀锌层。为防止这种破坏，需要甲板喷涂前，对镀锌支架进行保护，在施工中可以使用棉布、塑料包裹到镀锌支架表面等。⑤由于模块化建造中存在着大量的资源约束和不确定性，施工时面临复杂的多项目并行条件下的资源冲突问题，实现对资源的动态管理和分配非常困难，对此项工作在施工中需要重点关注。此外，并行建造要充分考虑设计的可行性，人员、施工资源配备情况，原材料的到货进度，施工流程逻辑性，季节、其他项目对施工进度的影响，合理编制施工计划和方案。

3.模块化基础数据库。在海洋平台的建造过程中，建立包含设备、材料、工艺等全部设计信息的数据库不仅可以规范模块化的设计过程，而且有助于探索模块结构的变型规则，通过梳理模块内的各系统、设备的技术参数，并不断的对数据模型进行修正和论证，最终才能实现快速确定设备型号，快速完成产品设计的目标。一是基础数据准备。需把与主机相匹配的辅机，如燃油供应泵、燃油分油机、燃油冷却器、燃油滤器、冷却水循环泵、冷却水预热器、滑油分油机、滑油供应泵、启动空压机、启动空气瓶的相关参数罗列出来。主机舱内的电气、通风等专业的相关设备资料也需整理。以这些数据为基础在数据库内建立各设备的3D模型，最终建立与不同型号主机相对应的典型机舱设备数据库。二是数据库的建立。根据主机部门提供的设备资料，建立主机舱模块的数据库，根据专业可将数据进行电气系统、船体、机械设备、管道等分类。每一类数据又可以按照系统进一步细分。如电气系统下面又分为照明系统、定位系统、推进器驱动系统等，船体部分又包括甲板吊、锚泊系统、提升系统、救生系统等，机械设备包括推进系统、泵、主发电机装置、紧急发电装置等。主机模块每一大类数据又可以按照系统进行了细致的分解，如启动用压缩空气供应系统包括主空气瓶、主空压机、辅空气瓶、福空压机、气源分配阀箱等，接口有至主机压缩空气出口、至辅机压缩空气出口、气瓶安全阀起跳、空气逸出接口、冷却水进出口等，后面标有数量、所在项目、时间等信息。通过对比不同平台的主机、辅机及其管路、电缆、风管、舾装件及阀件附件等，找到各设备和各模块的通用的部件和共性，并对模块内可固化的内容进行标准化。

对于海洋平台的建造而言，应用模块化技术是时代发展的必然趋势，是挑战也是机遇，在进行具体的设计时，要对建造的便利性加以考虑，使设计的能力得到有效的提升。在对海洋平台进行建造时，需要对平台的场地安排及施工顺序进行统筹的安排，而其中施工的成果反馈，能够使设计和建造的水平得到全面的提升，对模块化设计在海洋平台建设中的应用进行不断的总结和研究，能够有效缩短项目的工程周期，实现成本控制，对于海洋工程行业的发展具有至关重要的作用。

参考文献：

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[3]孙诗杰.海洋石油平台钢结构的焊接[J/OL].中国石油石化，2017，（05）：17-18