海洋平台双层一体化建造可行性分析

宫学成,谷学准

(海洋石油工程(青岛)有限公司，山东 青岛 266520)

海洋平台是为海上进行钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物，根据其结构特性和工作状态可分为固定式、活动式和半固定式3大类。海洋平台建造工艺根据其尺寸、质量以及承建场地能力的不同而不尽相同。随着海洋工业的持续发展，海洋平台建造工艺也日趋成熟，逐渐形成了立片建造、水平片逐层建造2种建造工艺。经过多年项目经验的积累，水平片逐层建造的方案应用越来越广。本文在水平片逐层建造方案的基础上，通过分析国内某海洋平台的结构形式及特点，提出了双层一体化建造的施工工艺，并在国内某海洋平台建造时得到了成功的应用。

1 建造工艺优缺点分析

1.1 立片建造工艺

立片建造工艺把整个组块分成若干立片和水平甲板片，然后进行预制总装。首先，单片在预制场地完成预制后，进行立片作业。ROW1立片工作完成后，使用缆风绳将立片固定在滑道上。然后安装下层甲板及该层甲板上的设备和其它专业散件。随后，安装中层甲板并进行中层甲板上的设备和其它专业散件。待上层甲板安装完毕后，ROW2片立起合龙。

1.2 水平片逐层建造工艺

水平片逐层建造工艺和立片建造工艺相比，水平片逐层建造工艺是按照水平片分片的原则，先安装下层甲板以下的立柱分段、拉筋及临时支撑就位；下层甲板就位后，可以进行该层甲板上的设备安装及中层甲板的立柱分段、拉筋、临时支撑的安装工作。中层甲板就位后，可以进行该层甲板上的设备安装及上层甲板的立柱分段、拉筋、临时支撑的安装工作，并进行上层甲板的就位合龙。

1.3 双层一体化建造工艺

在水平片逐层建造工艺的基础上，通过分析海洋平台房间区域的结构形式及其它各专业的特点，可以将房间区域作为整体进行预制，然后将此整体进行吊装。因此，房间区域底层甲板片和顶层甲板片同时预制，待两层甲板片预制完成后，先安装墙皮等附件，再将房间顶层甲板片吊装就位。待房间内各专业完善后，将预制成一个整体的两层甲板片进行总装。

1.4 建造工艺优缺点对比分析

理论上组块的建造工艺有很多方法，甚至可以将单个杆件在场地逐个搭建起来，但这需要大量的空间作业。空间作业增加了施工的危险性，大大降低了工作效率，增加了施工的难度。

因此从提高效率角度考虑，应尽量减少高空作业的危险，水平片逐层建造工艺比立片建造工艺降低了空间施工难度，减少了空间安装的工作量，降低了施工成本[1-2]。双层一体化建造工艺在水平片逐层建造工艺的基础上进行优化，相比水平片逐层建造工艺，进一步减少了空间安装的工作量，降低施工成本。

2 SACS软件模拟

SACS软件为海洋石油平台及导管架结构分析的专业性软件，广泛应用于海洋平台结构设计和分析，其功能强大，可进行静力学分析、非线性塑性分析、动态分析以及海上安装和运输分析等[3-5]。本文利用SACS软件模拟了某海洋平台双层片在吊装运输过程中的结构强度及变形。模拟结果显示，双层片一体化建造时，结构强度及变形满足规范的要求。

由于结构净质量与SACS统计的质量有差别，因此在SACS计算载荷工况时，输入质量修正系数N(结构净质量/SACS统计质量)，以保证SACS计算质量接近实际结构质量。动态放大系数值根据吊装吨位确定，吊装吨位小于100 t时，动态放大系数取1.10，吊装吨位大于100 t时，动态放大系数取1.05。计算参数见表1。

表1 计算参数

SACS计算时有3种加载工况分别为F、F1、F2。即：工况F=WN，工况F1=WNO，工况F2=WNPO。

双层片吊装过程为平吊过程，即先从垫墩上平吊到一定高度，待稳定后吊装至就位状态。加载重力时按照表1注释中3种工况(F/F1/F2)进行加载。吊装时吊绳上端施加约束固定，结构端点处在X、Y方向各施加5 kN/m的弹簧力，同时主结构和附属结构施加-Z方向的重力，并忽略吊绳重力。双层片一体化吊装SACS模型示意图见图1。

图1 双层片一体化吊装SACS模型示意图

由于SACS模型质心与实际质量总质心略有偏差(记为Δh，分为X和Y方向)，而吊点位置却是依据实际质量总质心布置，因此，需对SACS模型添加一对力偶，以抵消微小偏差对计算结果的影响。

M=FL=GΔh,

(1)

式中，M为力偶矩；L为任意平行于X轴和Y轴上的2点距离；G为重力；Δh为SACS模型质心与实际质量总质心偏差。

F=(W+M)×1.528，

(2)

式中,F为计算工况;W为SACS统计质量;1.528为质量修正系数。由于结构净质量与SACS统计的质量有差别，在SACS计算载荷工况时，输入质量修正系数 = 结构净质量/SACS统计质量。

SACS软件使用《美国钢结构规范》(AISC13th)和《海上固定平台规划、设计和建造的推荐做法：工作应力设计法》(API RP 2A-WSD)规范来校核结构应力，其校核结果由UC值体现，当UC值<1时，结构强度满足吊装要求。组合工况F2时，杆件单元的应力和变形的校核结果如表2所示。模拟结果显示最大UC值为0.89，杆件结构强度和变形满足此种吊装工况时的吊装要求。

表2 组合工况F2时，杆件单元的应力和变形的校核结果

3 结束语

本文通过分析总结海洋平台的建造工艺及结构特点，提出了双层一体化建造工艺。利用SACS软件模拟双层结构物在吊装过程中的强度及变形，模拟结果显示，双层结构物在吊装过程中的强度及变形满足规范要求。双层一体化建造工艺在某海洋平台建造时成功进行了应用，此建造工艺为同类结构物建造提供了参考。