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        模塊化建造技術(shù)在海洋平臺建造中的應用

        2014-05-14 01:49:08張國中高指林韓小康鄭曉娟
        天津科技 2014年3期
        關鍵詞:裝船工期模塊化

        張國中,高指林,孫 瑜,韓小康,鄭曉娟

        (中國海洋石油工程股份有限公司 天津 300452)

        0 引 言

        自20世紀60年代以來,模塊化技術(shù)在造船工業(yè)發(fā)達的美國、俄羅斯、日本等國都得到了迅速發(fā)展。起初用于造船行業(yè),隨著技術(shù)的不斷發(fā)展現(xiàn)在越來越多地應用于海洋工程等行業(yè),并成為不斷發(fā)展的重要技術(shù)。模塊化技術(shù)的不斷發(fā)展導致設計思想、建造工藝及管理上的重大變革。

        1 模塊化建造概述

        針對施工中工期、場地等資源限制,目前在海洋石油平臺建造過程中,越來越重視模塊化建造技術(shù)的應用。模塊化施工是一種先進的施工理念,它的先進性在于它大量引入了平行作業(yè),在傳統(tǒng)建造中需要同一地點依次完成的工作,現(xiàn)在可以多地點同時開展,從而大大縮短了工期。其理念在于對傳統(tǒng)施工方法進行優(yōu)化,依靠先進的建造技術(shù),將鋼結(jié)構(gòu)預制、安裝、線路、管路設備的安裝,包括后期調(diào)試等工序進行了深度交叉,縮短建造周期,提高建造質(zhì)量,降低建造成本,提高社會經(jīng)濟效益。具體施工流程如圖 1所示:

        圖1 平臺模塊化施工流程Fig.1 Modular construction process of a platform

        2 模塊化技術(shù)應用

        2.1 模塊化設計技術(shù)

        模塊化設計在設計階段就要按照要求進行有效設計,這是實施模塊化技術(shù)的主導和關鍵。項目進行模塊化設計不同于傳統(tǒng)的整體設計建造模式,設計的角度和思路既要著眼項目的整體功能,又要考慮各個模塊的相對獨立性,把握好整體和單模塊的關系。項目的模塊劃分是實施模塊化建造的關鍵技術(shù)之一,項目對象是包含多個工藝流程和系統(tǒng)的設備管道系列,要成功達到模塊化的預期,即要以功能的實現(xiàn)和工藝流程為基礎,合理的頂層規(guī)劃也至關重要。模塊劃分受到眾多因素和原則的影響和制約,這些因素和原則包括:

        ①項目要實現(xiàn)的功能,模塊劃分必須要保證這個功能,不能以犧牲項目的功能進行模塊劃分。

        ②要保證項目的安全,不能因為進行模塊化設計,而產(chǎn)生一些不安全因素。

        ③要考慮模塊建造、裝船、海運、安裝過程的可行性,例如場地的建造能力、吊裝能力、港口的承受能力、海運船舶的運輸能力、裝船方案等因素。

        ④模塊的劃分最好與裝置各相應功能相對應。

        ⑤要保證各模塊安裝連接的安全性,有助于建造過程的質(zhì)量控制、尺寸精度控制、重量和重心控制。

        2.2 模塊化建造技術(shù)

        模塊化建造一般在建造場地上直接進行,大大節(jié)省了滑道資源。在需要對預制場地進行承載力評估的地方,合理布置各模塊位置,以滿足建造需要。模塊一般采用一體化進行建造,由于一個項目模塊很多,對大型吊裝機械的需求量很大,整個裝置進行模塊化后,劃分成多個模塊進行并行建造,這是模塊化建造的重要優(yōu)勢之一。并行建造是對各個模塊建造過程進行并行、集成化處理的系統(tǒng)方法和綜合技術(shù)。在建造過程中要注意以下事項:

        ①在基本設計前就要明確建造方法,根據(jù)建造方法編制總體計劃,做出總體建造方案。在基本設計過程中,不斷細化和調(diào)整總體建造方案。除傳統(tǒng)的施工圖之外,要重視模擬施工技術(shù)的應用,如圖2、圖3為某平臺三維模型。在充分利用三維制圖軟件后,對于施工情況提前進行模擬,發(fā)現(xiàn)施工中可能存在的諸如干涉等問題,采取解決措施。

        圖2 機、電和管專業(yè)與鋼結(jié)構(gòu)同時施工Fig.2 Synchronized construction of mechanical, electrical and tube operations and steel structures

        圖3 模塊化建成平臺圖Fig.3 A modularization platform

        ② 模塊支撐選取,對于支撐性結(jié)構(gòu),考慮施工的便利性及潮水影響,一般結(jié)構(gòu)支撐的高度在 600~800,mm 左右。過高不利于施工,而且會增加腳手架的搭設工作。對于功能模塊,建造所要求的鋼結(jié)構(gòu)臨時墊墩高度宜為1,500~1,800,mm之間,利于甲板下部輔助性結(jié)構(gòu)如支架、電纜馬腳等附件的安裝。

        ③ 模塊化結(jié)構(gòu)預制,在海洋石油平臺預制中存在大量的功能性結(jié)構(gòu),如設備底座、風機支架、穿倉件等,在建造過程中要注意此類結(jié)構(gòu)的模塊標準化,此部分工作在預制安裝過程中可以提高施工效率。

        ④ 部分成品件提前安裝于模塊之上,在進行后續(xù)工作及最后平臺噴砂時有可能會對這些成品件造成影響,需要提前采取保護措施。如為了適應海洋腐蝕性環(huán)境,有部分支架需要通過鍍鋅和涂裝進行防腐,鍍鋅支架必須在焊接前完成熱侵鋅。而甲板噴砂除銹時,會有大量的沙粒噴到結(jié)構(gòu)表面,將破壞鍍鋅層。為防止這種破壞,需要甲板噴涂前,對鍍鋅支架進行保護,在施工中可以使用棉布、塑料包裹到鍍鋅支架表面等。

        ⑤ 由于模塊化建造中存在著大量的資源約束和不確定性,施工時面臨復雜的多項目并行條件下的資源沖突問題,實現(xiàn)對資源的動態(tài)管理和分配非常困難,對此項工作在施工中需要重點關注。此外,并行建造要充分考慮設計的可行性,人員、施工資源配備情況,原材料的到貨進度,施工流程邏輯性,季節(jié)、其他項目對施工進度的影響,合理編制施工計劃和方案。

        3 模塊化建造優(yōu)勢

        3.1 節(jié)省場地資源

        由于大型鋼結(jié)構(gòu)建成后,需要裝船運到海上進行安裝,盡管目前裝船存在吊裝裝船、滾裝裝船等方法,但從技術(shù)成熟性和費用方面考慮,仍多采用滑道牽引裝船的方法。

        為了便于裝船,對于滑道牽引裝船,需要組塊在滑道上預制。在項目建造高峰期,滑道便成為稀缺資源,需要各項目盡量縮短在滑道上的停留時間。模塊化施工大大增加了預舾裝和預安裝的場地要求,縮短了滑道總裝的時間,充分利用滑道外的工期,節(jié)省了場地資源。

        3.2 并行施工,縮短工期

        模塊化設計、建造技術(shù)的建造思路是把整個LNG站場通過優(yōu)化設計成不同的區(qū)域模塊,這些區(qū)域模塊在不同的地點進行并行建造,建造完成后進行總裝和調(diào)試,進而完成整個平臺的建造,縮短項目工期。

        3.3 減少高空作業(yè)工作量

        甲板片預制完成后需要吊裝至滑道上進行空間安裝,涉及舷外作業(yè)、高空作業(yè)情況。采用模塊化建造,大部分舷外支架、馬腳等附件可在甲板片安裝期間同時完成,極大減少了各專業(yè)間施工矛盾和重復性工作,節(jié)省人力,縮短工期;減少設備側(cè)進等復雜工況,減少吊機作業(yè);減少高空作業(yè)。

        3.4 降低項目成本

        模塊化技術(shù)便于對施工流程進行優(yōu)化,降低項目成本。例如,由于鋼結(jié)構(gòu)涉及大量焊接工作,采用模塊化建造后,大量的附件在未涂裝前進行焊接,完成后整體噴涂,減少了二次涂裝的工作量及油漆的破壞,同時節(jié)省工作及人工投入。經(jīng)實際項目初步計算,采用模塊化建造對于一個1,500,t組塊,節(jié)省費用達百萬左右。

        4 結(jié) 論

        模塊化技術(shù)對于是海洋平臺建造是發(fā)展趨勢,對于平臺建造業(yè)來說既是一種挑戰(zhàn),也是一種機遇。設計時綜合考慮建造的便利性大大提高了設計能力;在建造過程中充分考慮海洋平臺的施工程序,統(tǒng)籌安排平臺施工順序及建造場地安排,大大提高了施工管理能力;同時,施工成果對設計進行反饋,提升了設計、建造的綜合水平。不斷總結(jié)海洋平臺模塊化設計、建造方法和經(jīng)驗,將會很大程度地提高海洋平臺模塊化設計和建造水平,縮短項目工期,降低項目成本,對提高經(jīng)濟效益和社會效益具有重要的意義,能夠促進海洋工程行業(yè)的快速、高質(zhì)量的發(fā)展。

        [1] 馬永康. 淺論海上石油平臺模塊的設計[J]. 船舶,1991(4):8-16.

        [2] 謝文瀾. 國外船舶裝備運用模塊化方法研究[J]. 艦舶標準化與環(huán)境條件,1993(1):11.

        [3] 宋連琪,倪鶴明,李陵,等. 論證研究、設計建造思想的更新模塊化新概念[J]. 船舶工程,1996(2):5-9.

        [4] 王修來,莊陽,姜維,等. LNG站場模塊化建造研究[J]. 中國造船,2010(12):340-344.

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