自升式工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀與未來(lái)展望

趙志堅(jiān)/中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司技術(shù)研發(fā)中心

自升式工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀與未來(lái)展望

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自升式工作平臺(tái)誕生于20世紀(jì)50年代的美國(guó)，近幾年更是得到了前所未有的應(yīng)用和推廣。本文從介紹自升式工作平臺(tái)的發(fā)展歷史和功能特點(diǎn)入手，著重梳理了自升式工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，給出了相關(guān)建議。

自升式工作平臺(tái)是一種自升式的多功能海上服務(wù)平臺(tái)，由船體、樁腿和樁靴、升降系統(tǒng)、推進(jìn)器等部分組成。自升式工作平臺(tái)可通過(guò)樁腿將船體抬離水面，實(shí)現(xiàn)漂浮狀態(tài)到站立狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，為海上作業(yè)提供一個(gè)穩(wěn)定的工作場(chǎng)所，同時(shí)，該船型還克服了傳統(tǒng)自升式鉆井平臺(tái)不能自航的劣勢(shì)，具備航行船舶的機(jī)動(dòng)性和靈活性。因此，自升式工作平臺(tái)是將傳統(tǒng)自升式鉆井平臺(tái)和航行船舶進(jìn)行功能組合后產(chǎn)生的一種創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

自升式工作平臺(tái)的發(fā)展歷史

自升式工作平臺(tái)誕生于20世紀(jì)50年代的美國(guó)，從誕生之日起就由于其功能實(shí)現(xiàn)多、靈活便利、效率高、性價(jià)比出色等優(yōu)點(diǎn)贏得了客戶的青睞。此后，幾乎每年都有新建船型投入使用，直至上世紀(jì)八九十年代，該船型在墨西哥灣的油田輔助作業(yè)中得到大力推廣。

自升式工作平臺(tái)在美國(guó)的誕生和興盛，推動(dòng)了美國(guó)船級(jí)社(ABS)針對(duì)該船型入級(jí)參考規(guī)范的設(shè)立。美國(guó)船級(jí)社針對(duì)該船型編制了獨(dú)立的參考規(guī)范（Liftboat standards），從技術(shù)上確保了該船型的安全性和可靠性，是自升式工作平臺(tái)船型走向獨(dú)立和成熟的一個(gè)重要標(biāo)志。

進(jìn)入21世紀(jì)，自升式工作平臺(tái)逐漸在墨西哥灣之外的全球多個(gè)海域得到應(yīng)用，包括歐洲北海、波斯灣、東南亞沿海、西非近海以及中國(guó)沿海，功能上也從早期的油田鉆采輔助服務(wù)延伸到風(fēng)機(jī)和模塊的運(yùn)輸與安裝、海上拆卸，以及各式各樣的近海服務(wù)。隨著功能的不斷增多，該船型已從早期的定義和功能形象逐漸發(fā)展、延伸到了更為廣闊的應(yīng)用類型，自升式工作平臺(tái)這一名稱也得以沿用，成為這一大類船型的統(tǒng)稱和廣義代名詞。

自升式工作平臺(tái)的功能特點(diǎn)

自升式工作平臺(tái)獲得廣泛應(yīng)用離不開(kāi)該船型具有的一些基本功能和典型特點(diǎn)，該船型具有如下一些基本功能。首先，該船型可在一定水深的淺海作業(yè)，最大水深甚至可到300英尺，站立于海底的作業(yè)模式為海上施工提供了一個(gè)幾乎不存在任何運(yùn)動(dòng)的工作場(chǎng)所。其次，大多數(shù)自升式工作平臺(tái)在首尾布置有若干推進(jìn)器，具備自航和動(dòng)力定位能力。最后，主船體上存在多處重要功能區(qū)域，自升式工作平臺(tái)具有寬敞、開(kāi)闊的甲板空間，可提供多種功能模塊與原材料的布置、運(yùn)輸和補(bǔ)給等，靠近首部設(shè)有上層建筑和駕駛室，可滿足一定的人員住宿需求，主起重機(jī)通常裝在尾部，可進(jìn)行裝載、卸貨、海上安裝、拆卸等吊裝作業(yè)。

上述基本功能為其帶來(lái)了諸多優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)構(gòu)成該船型的典型特點(diǎn)。一是穩(wěn)定。漂浮式工程船舶由于受波浪影響而存在較大運(yùn)動(dòng)，自升式工作平臺(tái)的突出特點(diǎn)是作業(yè)時(shí)穩(wěn)定性強(qiáng)，近似陸地在海上的延伸，不但延長(zhǎng)了作業(yè)窗口期，而且大大降低了海上施工的難度和風(fēng)險(xiǎn)。二是機(jī)動(dòng)和靈活。自航功能為其帶來(lái)了機(jī)動(dòng)性和靈活性，動(dòng)力定位能力則輔助實(shí)現(xiàn)從漂浮到站立的轉(zhuǎn)變，徹底擺脫了航行、站立實(shí)現(xiàn)過(guò)程中對(duì)拖輪的依賴。三是高性價(jià)比。該船型一般都比較小巧，造價(jià)低，初始投資少，作業(yè)效率高，因而性價(jià)比也較高，經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性被客戶所發(fā)掘和認(rèn)可。四是通用性強(qiáng)，能夠配合實(shí)現(xiàn)多種近海工程服務(wù)。此外，該船型適合各地的沿岸近淺海海域，全球作業(yè)區(qū)域非常廣泛。

自升式工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

現(xiàn)狀1：船型單項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)發(fā)展?fàn)顩r

為降低航行阻力，船體通常為船形形式，低航速時(shí)船首采用“簡(jiǎn)易船首+簡(jiǎn)易方形鼻艏”的設(shè)計(jì)，對(duì)于航速較高的要求，逐漸轉(zhuǎn)為帶有整體型線優(yōu)化的船首設(shè)計(jì)。主船體的長(zhǎng)、寬、高等主尺度取決于作業(yè)要求和對(duì)甲板面積的需求，并參考不同目標(biāo)進(jìn)行靈活調(diào)整。樁腿有圓筒形、方形和桁架式三種，可依據(jù)作業(yè)水深、風(fēng)浪流環(huán)境條件、單腿最大承載能力等因素綜合選擇。為配合船形形式，樁腿一般為4條，新設(shè)計(jì)已較少選用3條樁腿，對(duì)于船長(zhǎng)較長(zhǎng)的大型風(fēng)電安裝船，出于船體在站立時(shí)中垂變形量考慮，也有6條樁腿的設(shè)計(jì)案例。

常用的提升系統(tǒng)主要有插銷式和齒輪齒條式兩種。為了輔助實(shí)現(xiàn)從漂浮到站立的轉(zhuǎn)變，大多數(shù)自升式工作平臺(tái)選用DP2動(dòng)力定位能力。對(duì)于主吊起重能力，從100噸—1500噸都有應(yīng)用，偏小的主吊常采用非繞樁式，隨主吊能力的增大，則逐漸轉(zhuǎn)為繞樁式更為優(yōu)化。

現(xiàn)狀2：船型整體功能的發(fā)展與延伸

中遠(yuǎn)船務(wù)交付的一艘自升式工作平臺(tái)

中遠(yuǎn)船務(wù)交付的兩型風(fēng)電安裝船

在整體功能實(shí)現(xiàn)上，自升式工作平臺(tái)正朝著多種應(yīng)用和設(shè)計(jì)理念的方向發(fā)展。自升式近海風(fēng)電安裝船伴隨海上風(fēng)電的發(fā)展而興起，專用于海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸與安裝，本質(zhì)上也屬于該船型，是一種大型化、復(fù)雜化的自升式工作平臺(tái)，如中遠(yuǎn)船務(wù)已交付的兩型四艘用于歐洲北海的大型風(fēng)電安裝船。國(guó)外近幾年提出的walk to work（走著去上班）理念也催生了眾多新型自升式工作平臺(tái)，如為淺海油氣田提供大批量員工住宿服務(wù)的自升式生活平臺(tái)，為近海大型風(fēng)場(chǎng)提供維修、保障和住宿服務(wù)的自升式風(fēng)場(chǎng)運(yùn)維保障基地平臺(tái)等。還有一些船廠為客戶定制化開(kāi)發(fā)了海上碎石平臺(tái)、水下炸礁平臺(tái)、氣體壓縮平臺(tái)、海洋牧場(chǎng)平臺(tái)等，都是一些較為成功和創(chuàng)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、應(yīng)用推廣案例。

自升式工作平臺(tái)便于各類海上作業(yè)設(shè)備與其結(jié)合、疊加，實(shí)現(xiàn)重復(fù)、多功能使用的目的，在近淺海各類工程領(lǐng)域具有“互聯(lián)網(wǎng)+”的特性，是近淺海海域的“自升式工作平臺(tái)+”工具，一定程度上說(shuō)，該船型是近淺海工程作業(yè)的首選輔助工具。

現(xiàn)狀3：歐美繼續(xù)引領(lǐng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

在大型、復(fù)雜的自升式工作平臺(tái)設(shè)計(jì)方面，歐美繼續(xù)作為創(chuàng)新設(shè)計(jì)的領(lǐng)跑者。據(jù)統(tǒng)計(jì)，第三代及更先進(jìn)的風(fēng)電安裝船幾乎全部由歐美公司設(shè)計(jì)，這其中存在多方面原因。一是自升式工作平臺(tái)船型誕生于歐美國(guó)家，歐美國(guó)家設(shè)計(jì)公司的技術(shù)實(shí)力最為雄厚，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)也最豐富。二是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的母型眾多，多類產(chǎn)品都有清晰的“代”的指標(biāo)劃分，形成了設(shè)計(jì)迭代升級(jí)的良性循環(huán)。三是市場(chǎng)引領(lǐng)和倒逼技術(shù)發(fā)展，歐美在海上油氣、近海風(fēng)電領(lǐng)域起步早，發(fā)展領(lǐng)先，對(duì)新技術(shù)、新設(shè)計(jì)的需求一直處于世界最前沿。最后，歐美設(shè)計(jì)公司與市場(chǎng)需求的結(jié)合更為緊密，也有能力快速設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出適合當(dāng)前市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。

現(xiàn)狀4：國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

隨著一些國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)公司、船廠在該船型基礎(chǔ)共性技術(shù)能力上的逐步具備，符合中國(guó)市場(chǎng)需求的各類型自升式工作平臺(tái)也被設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出來(lái)。中遠(yuǎn)船務(wù)主導(dǎo)完成了工信部的近海風(fēng)電安裝船研發(fā)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際第三代風(fēng)電安裝船標(biāo)準(zhǔn)?；轄柡９ら_(kāi)發(fā)了多種類型的自升式工作平臺(tái)，初步形成具備不同指標(biāo)特征的多類型產(chǎn)品設(shè)計(jì)系列。中集來(lái)福士設(shè)計(jì)了氣體壓縮平臺(tái)和海洋牧場(chǎng)平臺(tái)，并完成建造和交付。上海佳豪根據(jù)客戶需求完成了海上碎石平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)案例雖然眾多，但以小型自升式工作平臺(tái)為主，還不具備面向多個(gè)高指標(biāo)、大型化、復(fù)雜化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和優(yōu)化能力，更遠(yuǎn)未達(dá)到歐美國(guó)家的設(shè)計(jì)引領(lǐng)水平。在計(jì)算、分析、評(píng)估等基礎(chǔ)共性技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)多個(gè)公司都做到了初步掌握，但靈活應(yīng)用共性技術(shù)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的能力還有欠缺，經(jīng)驗(yàn)也不夠豐富。國(guó)內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成熟母型設(shè)計(jì)偏少，還處于靠解讀、復(fù)制、改進(jìn)國(guó)外設(shè)計(jì)為主的“微創(chuàng)新”階段，原創(chuàng)和具有一定顛覆性的概念設(shè)計(jì)更是少之又少。在“設(shè)計(jì)-建造-實(shí)船應(yīng)用-問(wèn)題反饋-改進(jìn)設(shè)計(jì)-升級(jí)換代”的產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)流程上，“實(shí)船應(yīng)用-問(wèn)題反饋-改進(jìn)設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)的缺失最多，還未形成良性的設(shè)計(jì)迭代循環(huán)，這也是導(dǎo)致設(shè)計(jì)水平不高、設(shè)計(jì)與市場(chǎng)需求不夠匹配的一個(gè)重要原因。此外，國(guó)內(nèi)近海工程市場(chǎng)的發(fā)展時(shí)間較短，大部分需求都能從歐美設(shè)計(jì)中得到借鑒或引用，市場(chǎng)對(duì)技術(shù)和設(shè)計(jì)的需求還未進(jìn)入依托創(chuàng)新為主的發(fā)展階段。

自升式工作平臺(tái)的未來(lái)發(fā)展

一是在傳統(tǒng)油氣資源領(lǐng)域仍存在一定市場(chǎng)需求。近幾年，國(guó)際石油價(jià)格一直處于低位徘徊狀態(tài)，石油公司不得不通過(guò)各種降本增效方式減少海上石油開(kāi)采的成本支出，自升式工作平臺(tái)恰好符合當(dāng)前的低成本策略，而且全球其他海域遠(yuǎn)未達(dá)到北美海上油田的使用密度，屬市場(chǎng)未飽和海工裝備，再加上該船型在墨西哥灣擁有多年的成功應(yīng)用歷史，可以預(yù)見(jiàn)，船東將會(huì)加大投資和開(kāi)發(fā)力度，該船型在海上油氣服務(wù)領(lǐng)域還存有一定的拓展空間，全球作業(yè)海域也將變得更為廣泛。

二是應(yīng)用于近海風(fēng)電安裝與其他各類近海作業(yè)領(lǐng)域。風(fēng)電作為綠色、清潔、可持續(xù)能源的典型代表，擁有巨大發(fā)展?jié)摿?，而海上風(fēng)電更是具有陸地風(fēng)電無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，中國(guó)、歐洲沿海國(guó)家、美國(guó)等能源消耗大國(guó)紛紛制定了各自的海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃。隨著海上風(fēng)電的優(yōu)勢(shì)被大家熟知，全球沿海國(guó)家必將加快近海風(fēng)場(chǎng)開(kāi)發(fā)的速度，風(fēng)電安裝船、風(fēng)場(chǎng)維護(hù)基地平臺(tái)將具有良好的市場(chǎng)前景。此外，油氣和風(fēng)電之外的近海作業(yè)細(xì)分市場(chǎng)也有待開(kāi)發(fā)，同時(shí)也是一個(gè)基于新市場(chǎng)需求的創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程。

三是看到發(fā)展的同時(shí)，也要關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)。海工市場(chǎng)的持續(xù)低迷將大家的目光引向了自升式工作平臺(tái)，近幾年國(guó)內(nèi)船廠在該船型上的訂單迅速增多，甚至出現(xiàn)了接近零首付、基本設(shè)計(jì)未完成、沒(méi)有潛在租約的生效項(xiàng)目，這從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明了該船型投資過(guò)熱和走向泛濫的趨勢(shì)。雖然該船型還未達(dá)飽和，但畢竟單一船型的市場(chǎng)容量有限，不能填補(bǔ)整個(gè)海工市場(chǎng)低迷帶來(lái)的缺失，預(yù)計(jì)該船型的競(jìng)爭(zhēng)將更趨激烈。當(dāng)前態(tài)勢(shì)下，產(chǎn)業(yè)鏈各方更要用理性的眼光看待該船型投資市場(chǎng)，認(rèn)真評(píng)估項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)（租約風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、交船風(fēng)險(xiǎn)等），采取更加謹(jǐn)慎的態(tài)度。此外，大多數(shù)自升式工作平臺(tái)在作業(yè)范圍內(nèi)的相互替代性較強(qiáng)，功能的重疊也會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌?chǎng)需求壓力，需要各方的特別關(guān)注。

四是要面向設(shè)計(jì)公司和船廠。自升式工作平臺(tái)的一個(gè)劣勢(shì)是對(duì)惡劣海況的適應(yīng)性不足，在新應(yīng)用海域的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面可以加強(qiáng)對(duì)海況的適應(yīng)性、安全性、作業(yè)窗口期方面的評(píng)估。對(duì)于船廠來(lái)說(shuō)，在基礎(chǔ)共性技術(shù)能力具備的條件下，可開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以便更好地貼近客戶需求，并集全周期設(shè)計(jì)與采購(gòu)、建造于一體，形成更全鏈條的EPC交鑰匙模式，打造更強(qiáng)的綜合經(jīng)營(yíng)接單實(shí)力。

五是創(chuàng)新引領(lǐng)。繼續(xù)夯實(shí)和積累面向該船型的基礎(chǔ)共性技術(shù)能力，將其與緊貼市場(chǎng)需求的創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出真正符合客戶需求的創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并在不斷發(fā)展的市場(chǎng)需求中形成自己的良性設(shè)計(jì)循環(huán)。對(duì)于這一通用性較強(qiáng)的船型，也建議各方進(jìn)一步拓展海洋開(kāi)發(fā)的思路，將自升式工作平臺(tái)看作陸地在近海的可移動(dòng)延伸點(diǎn)，充分發(fā)揮“自升式工作平臺(tái)+”的海上作業(yè)工具特性，將更為寬廣的陸地作業(yè)與其結(jié)合，開(kāi)發(fā)出更多的應(yīng)用和創(chuàng)新。 ★

中遠(yuǎn)船務(wù)主導(dǎo)的工信部高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目—采用液壓升降裝置的近海風(fēng)電設(shè)備安裝船模型