海洋平台一体化建造模式典型做法的分析及应用

王永兴， 徐善辉， 徐学军， 郑德勇

(海洋石油工程(青岛)有限公司， 山东 青岛 266520)

0 引 言

目前海洋工程钢结构的建造模式主要采用传统的顺序建造，即先将模块的结构部分进行分段分片建造，再进入舾装车间预舾装，然后将结构片运输吊装到滑道或总装垫墩上，最后再进行机管电等专业的总装工作。在这一建造过程中，由于各专业的总装过程是顺序开展的，总装阶段不可避免地出现各专业之间的碰撞，碰撞出现后就须对已就位的结构杆件进行反复切割、焊接、打磨、补漆等操作，还须进行大量的脚手架高空作业，这不仅增加项目成本，还增加高空作业的施工风险。

为弥补传统顺序建造方法的缺陷，海洋钢结构的很多建造单位都在积极推行一体化建造模式，并在许多工程项目中都取得实质性的成果[1-4]。鉴于传统建造模式的缺陷，后续项目开工之初便会考虑一体化建造的可行性。一体化建造模式旨在提高车间预制阶段甲板片的完整性，降低总装阶段现场安装和修改的工作量，减少油漆破坏和补漆的工作量，从而达到节约成本和提高效率的目的。

1 传统建造模式的缺陷

传统建造模式的缺点主要在于总装过程的顺序进行会不可避免地造成预舾装件(油漆喷涂完成的杆件)的反复修改，增加总装阶段油漆破坏和修补的工作量，并因此增加高空作业的风险[5]。具体来说，传统建造模式的问题可以分为以下几类。

1.1 总装过程中的专业间碰撞

建造开工后，受设备资料、业主需求等因素的影响，详细设计管线三维图纸(Isometric Drawing)会升版修改，这就可能导致结构或者其他专业一系列的现场修改。如图1所示，在结构片已经安装就位的情况下，正在吊装的管线(详细设计升版修改而增加的管线)因无法穿过结构梁间的空间而完成总装，只能将结构片外侧图示的梁切断，待管线安装就位后再进行焊接修复。

图1 管线与结构碰撞

1.2 侧装工序的影响

业主供货设备或工艺管线延迟到货已经成为现行工程项目的常态，不少项目在投标时就开始评估设备未及时到货对工期和建造过程的影响。通常情况下，对于晚到货的材料，现场都是采用侧装的方法进行安装。侧装是从模块的侧面安装，首先须清除侧装路径上的所有杆件，然后铺设特殊的侧装平台，通过悬挂于上层结构梁的倒链，逐步将设备或管线挪动至安装位置。待侧装完成后再恢复已切割的杆件。这一过程大量破坏已安装杆件，须投入大量人力和施工机具工时进行切割、打磨、焊接和补漆工作。图2为大型风管的侧装案例，先搭设临时平台，将风管吊运至平台上，然后通过悬挂于上层甲板片的倒链将其挪动至最终位置。

图2 风管侧装

1.3 散件的预制精度

散件，如直梯、斜梯和栏杆等三级结构的总装顺序一般都放在最后，即在主次结构、主要管线、大中型设备安装完成之后再进行安装。通常，这些三级结构在主次结构上都设计有对应的连接或加强筋板，且这些筋板与主结构是焊接在一起的。

如此类筋板能在甲板片预制阶段与甲板片一起预制和喷涂，便可以减少总装阶段的油漆破坏和补漆的工作量。但实际上，由于三级结构在预制过程中的误差，后期总装过程中可能出现与此类筋板无法对齐对正而不能正常安装的情况。

图3所示的栏杆生根点加强筋板就是为了考虑到栏杆预制的误差可能会引起栏杆立柱和筋板不能对正的情况，所以安排在总装阶段，待杆安装完成后再进行安装的。因此，不可避免地须对筋板位置处的油漆进行破坏，然后再补漆。

图3 栏杆处加强筋板的安装

1.4 场地资源的限制

场地资源，如预制车间尺寸、运输小车和吊机的工作能力，都会对甲板片的划分及杆件的散装(喷涂完成后，总装阶段再进行安装的杆件)有很大影响，进而增加总装阶段油漆破坏和修补的工作量，从而影响施工成本。吊装运输设备对甲板片散装情况的影响主要体现在3个方面：运输小车在甲板片下方的布置区域范围内的杆件必须散装；吊装过程中与钢丝绳碰撞的结构件必须散装；吊装过程中局部受力或者变形比较大的杆件必须散装。

如图4a)所示，设计安装在甲板片下方的电仪支架和管支架影响甲板片的运输，故须放到总装阶段安装；这些散件在总装过程中的安装，须对已经喷涂区域的油漆进行破坏，待散件焊接就位之后，再进行焊后打磨、补漆工作，如图4b)所示。

图4 运输小车对散装情况的影响

2 一体化建造推荐做法

为减少总装过程中杆件反复切割、打磨、焊接及油漆修补的工作量，本文针对传统建造模式的上述缺陷，结合海洋石油工程(青岛)公司近年来运行项目的施工经验，总结以下几项要点，可用于提高一体化建造的程度。

2.1 加强各环节的合作

一体化建造如需顺利实施，首先必须加强项目的各个环节间的合作。业主应该加强其供货范围内设备管线的采办管理，保证按计划到货，避免侧装；详细设计阶段须确保项目的完全设计和准确设计，做好3D模型碰撞检测，避免在现场建造时间段内出现升版修改，且配管、电气仪表各专业的图纸，特别是生根于结构上的支架图纸须与结构专业的图纸同时下发，以便这些结构能在甲板片预制阶段安装；加工设计阶段根据各专业的项目特点，结合建造场地资源条件，各专业间加强沟通，进行碰撞校核，编制切实可行的一体化建造方案；现场施工单位须严格按照一体化建造方案进行施工，提高工程精度，减少建造误差原因导致的现场修改，确保一体化成果的顺利转化。

2.2 增加预安装环节

在甲板片运输过程中，下方小车布置区域内的杆件必须散装。对于悬挂支架比较多的中间层甲板片，后期总装过程中，甲板片下方支架生根区域的油漆破坏量和修补量都比较大。为提高一体化建造的程度，减少由此引起的高空打磨、焊接、补漆的工作量，可以考虑增加预安装的建造环节。所谓预安装，即甲板片从喷涂车间运输到建造场地之后，将不影响吊装的杆件进行地面安装的过程。具体来说，预安装环节主要有2种方式：(1)甲板片从舾装车间运输到总装场地之后(吊装之前)，将其摆放到已经布置好的一体化建造垫墩上，如图5所示。在地面上将因运输原因而散装的管线、管支架等杆件焊接补漆完成，然后再进行吊装，以减少高空作业的工作量，节省吊机资源。(2)在吊机工况满足要求的情况下，可以考虑在总体吊装之前，将2层甲板片先预先总装在一起，然后整体吊装，如图6所示。这样既能保证2层之间的支架类和墙皮类结构安装完成，又能减少高空作业的工作量，可以有效地提高一体化建造的程度。

图5 预安装过程

2.3 标准化设计

通过前面的叙述分析不难发现，提高一体化建造程度的一个重要内容就是优化直梯、斜梯、栏杆等三级结构，以及支架类结构的设计和安装方法，尽量减少此类结构的安装对油漆的破坏。

2.3.1 预制件标准化

通过详细设计与加设加强协作，在小型设备托架，如风机风闸、灯具、接线箱等设备支架的设计过程中考虑一体化建造模式的需求，将其设计标准化，并要求供货厂家按照我方需求生产，目的在于减少总装过程中油漆的破坏和修补的工作量。

图6 2层甲板片整体吊装

如图7所示，BZ 34-2/4WHPB组块一体化建造采用新型电缆桥架支撑，解决因托运小车路径限制导致桥架支撑不能一体化安装的难题。在甲板片预制阶段，将支架生根点筋板(该筋板高度较小，将其提前焊接到甲板片下方不会影响运输小车的布置)焊接到甲板片上。在总装过程中，采用的成品桥架支撑只须进行切割操作并与生根点筋板进行螺栓连接即可，不须焊接和喷涂，不须出预制图纸，不用采办散钢，免除预制、喷涂作业，与传统预制支架相比可缩短70%以上工期。

图7 新型电缆桥架支撑

2.3.2 三级结构采用新的连接方式

考虑到三级结构的预制精度可能会导致安装问题，这些三级结构在甲板片上的加强筋板或者生根点都未随甲板片一起预制，而是安排在总装阶段，待三级结构安装之后再安装加强筋板和生根点，因此不可避免地增加油漆破坏和后期修补的工作量。

图8所示的栏杆承插式生根点，允许栏杆预制过程中有较大的预制误差，能够方便总装阶段栏杆的顺利安装。因此，可在甲板片预制阶段将这些生根点进行安装，避免总装阶段对油漆破坏和修补的工作量。

图8 栏杆立柱的承插式连接

3 结 论

一体化建造旨在通过提高甲板片整体预制程度，减少总装过程中油漆反复打磨和修补的工作量，达到降本增效的目的。本文通过对传统建造模式缺陷的分析讨论，结合建造过程中的实际案例，初步总结出一体化建造模式下的项目管理、详细设计、采办、加设和建造等诸多环节应该注意的问题。预安装环节和标准化设计可以作为一体化建造模式的推荐做法，对后续项目开展一体化建造有一定的指导意义。

[1] 杨胜, 于琦, 杜伟, 等. 海洋平台生活楼一体化建造技术研究[J] .中国海洋平台，2015，30(6)：31-35.

[2] 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(6)：19-22.

[3] 周立萍, 唐友顺, 屈全智. 一体化建造在海洋石油平台建造过程中的应用[J] .中国修船，2015，28(3)：53-54.

[4] 尤学刚, 陈可钦, 杜夏英, 等. 海上油田大型平台一体化工程实践与展望[J] .石油规划设计，2013，24(4)：9-12.

[5] 邓梦东, 李文武, 刘佰明, 等. 海洋石油平台一体化建造技术探讨[J] .中国造船，2014，55(Z2)：63-67.