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模块化建造技术在海洋平台建造中的应用顾子敬

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：顾子敬

[导读] 摘要：对于海洋中大型平台的建造，通常需要多方面的参与才能完成。

        上海中远海运重工上海 201913
        摘要：对于海洋中大型平台的建造，通常需要多方面的参与才能完成。由于设计图和材料的准备等前期的工作将工程时间压缩的过短，再加上开发周期的缩短，使整个过程的建造时间出现紧张的情况，短时间内要完成工程的建造，这就对总体方案的统筹提出较高的要求。要想保证质量和工期的高要求，就要对建造工艺不断优化，对整体的工艺进行研究，模拟施工并进行研究，对管理方式进行讨论，选择最优的平台建造方法
        关键词：海洋平台建造；模块化技术；应用
        1.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。
        2.模块化建造
        模块化建造是随着全球经济一体化进程的发展而逐渐演变出来的，海洋平台的建造必须要面对恶劣的环境，其建造的动因大多是由于本地资源无法满足发展的需求需要开采海洋资源，因此造成了海洋平台建造的位置越来越偏远，环境越来越恶劣，传统的方式已经无法满足需求，模块化建造开始应运而生。
        采用模块化建造的方式主要有以下几点优势：第一，效率高。相比于传统的建造方式而言将平台划分为不同的模块就可以在不同的场地进行生产最后进行安装，因此效率能够得到显著的提升，与此同时还能有效缩短施工周期。第二，质量好。模块是由钢管、工字钢、钢板以及甲板片和发动机等多种构件组成的，一旦通过焊接等工艺加工成型则不可调整，传统加工模式下一次加工成型，一旦出现问题无法做出有效的调整，模块化建造的方式化整为零能够对整个过程分化，从而更好的控制平台的质量。第三、节约成本。海洋平台属于大型或超大型的项目，有的工期甚至需要几年甚至是几十年，时间越长对于资本的控制就越难，然而采用模块化建造的方式可以在不同的场地进行生产，这样整个模块所需的时间将大幅缩短，有利于对费用进行更精准的控制，合理的利用企业资金，节约成本，加快资金的运转。比较传统的方式而言不容易出现资金链断裂的情况，同时还有利于减少企业的成本，防止储存等问题造成设备的老化，安全性能更佳。
        3适合范围及具备条件
        模块化建造对项目的设计水平、管理水平和建造能力是一个很大的挑战，适合规模较大的项目和重复性或相似性高的项目。对于海上设施，现场模块化建造适用于平台上部组块的整体及分体建造、设备设施的撬装制作、生活楼及钻机系统的产品化预制等；详细设计的模块化建造则适合不同定员的生活楼系列设计、不同型号的钻机模块系列设计以及不同的设备设施撬块系列设计等，使用时，不需要再重新设计，只需在已有的库中选取适合本项目的类型稍作改动即可；加工设计的模块化建造过程则主要针对上部组块及生活楼等大型项目总装现场，它不受设计、产品制作的影响，对现场资源和施工能力水平要求较高。海洋工程建设过程中，模块化建造工作的实行至少应满足如下条件：
        （1）项目设计能力、管理水平和施工队伍能力应满足模块化的条件并能协调一致，这要求项目管理单位必须有完整及良好的项目管理体系，使项目各个环节能够做到在管理上高效统一，在执行上和谐紧凑，在施工中保证安全质量；
        （2）应有足够符合建造条件的场地资源；
        （3）应有足够的符合运输条件的设备机具；
        （4）应有足够符合吊装条件的设备机具；
        （5）应有足够的项目后勤保障以适应多个子项目的多专业化运转；
        （6）相关各方必须有充分的模块化建造理念。

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从长远来看，海洋工程项目将有越来越多的项目采用模块化建造模式，这不仅有利于管理水平和施工能力的提高，更提高了生产效率，降低了生产成本，缩短了施工周期，并为运营期间产品的维修与维护提供了可靠的保障。
        4模块化建造技术在海洋平台建造中的应用
        4.1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。
        4.2.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
        5.结束语
        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：
        [1]吕伟华.提高海洋石油操作平台陆地建造钢结构焊接质量[J].石油化工建设，2016
        [2]徐海军，盛磊.剖析海洋平台钢结构加工设计的基本方法及思路[J/OL].现代工业经济和信息化，2017，7
        [3]孙紫麾，舒欣欣，许军，王佳垚，印文涛，海洋平台建造模拟施工的应用及工艺优化[J].中国海洋工程技术年会，2014，