半潛式起重鋪管船生活樓建造技術(shù)研究

王 闊，劉 磊，周 武，劉廣輝，陳 品

[海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520]

0 引 言

半潛式起重鋪管船是深水海洋工程系列化深水船隊(duì)必不可缺的船型，是深海油氣開發(fā)的頂級(jí)作業(yè)裝備。半潛式起重鋪管船具備耐波性好、起重量大、穩(wěn)性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、動(dòng)力定位等級(jí)高、J-lay鋪管系統(tǒng)效率高等特點(diǎn)[1-2]，能顯著提高作業(yè)安全性和作業(yè)效率，在海洋工程領(lǐng)域具有重要地位和前景[3]。

生活樓模塊是半潛式起重鋪管船的重要組成部分，由生活甲板、駕駛甲板、羅經(jīng)甲板等多層結(jié)構(gòu)組成。針對(duì)半潛式起重鋪管船生活樓建造技術(shù)研究，本文主要根據(jù)其特點(diǎn)，劃分為多個(gè)分段，考慮采用一體化建造工藝進(jìn)行建造，以提高建造效率、保證施工質(zhì)量。

1 半潛式起重鋪管船生活樓的特點(diǎn)

1.1 生活樓尺寸大

該半潛式起重鋪管船在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮其具備生活支持功能，所以該生活樓(見圖1)的尺寸遠(yuǎn)大于常規(guī)項(xiàng)目。其主尺度為：長(zhǎng)度90m，寬度30m，高度28m；定員550人。同時(shí)為充分采光及通風(fēng)，該生活樓采用雙塔樓設(shè)計(jì)，長(zhǎng)度90m，寬度12m，通風(fēng)采光區(qū)長(zhǎng)度90m，寬度6m，兩個(gè)塔樓采用棧橋及斜梯結(jié)構(gòu)相連接。

圖1 生活樓示意圖Fig.1 Diagram of living quarters

1.2 整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱

該生活樓整體跨度大，達(dá)到90m，為細(xì)長(zhǎng)體結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度普遍較弱。同時(shí)為滿足一體化建造需求，各專業(yè)提前預(yù)裝，增加了吊裝重量，容易造成吊裝時(shí)整體結(jié)構(gòu)變形及局部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，從而達(dá)不到建造精度要求。

1.3 艙室復(fù)雜

該生活樓艙室多，除常規(guī)居住艙室及輔助艙室外[4-5]，還設(shè)計(jì)了大型廚房操作區(qū)、餐廳、電影院、健身房等，如圖2所示。在生活樓建造過(guò)程中，應(yīng)充分考慮生活樓艙室布置，合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)分片及一體化施工設(shè)計(jì)。

圖2 艙室布置圖Fig.2 Diagram of cabin plan

2 生活樓建造技術(shù)研究?jī)?nèi)容

2.1 一體化建造工藝特點(diǎn)

一體化建造是當(dāng)前海洋平臺(tái)建造發(fā)展的方向和趨勢(shì)。一體化建造模式主要是根據(jù)建造預(yù)舾裝和生產(chǎn)場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)施情況要求，對(duì)設(shè)計(jì)方法、采辦策略及建造工序等進(jìn)行革新，同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)化的安裝件，在預(yù)舾裝階段完成結(jié)構(gòu)、機(jī)管電儀各專業(yè)的安裝及整體涂裝，減少運(yùn)輸、切割、焊接工作量和腳手架高空作業(yè)，縮短建造周期，減少施工工時(shí)，從而降低成本。

生活樓一般建造周期短，涉及多專業(yè)施工，交叉作業(yè)項(xiàng)多，所以生活樓一體化建造勢(shì)在必行。一體化建造主要是將機(jī)械、配管、電儀、舾裝等專業(yè)部分工序前移，在結(jié)構(gòu)片預(yù)制階段同時(shí)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)整體涂裝，在分段總裝之前，各專業(yè)大部分安裝作業(yè)完成。一體化建造工藝流程如圖3所示。

2.2 甲板片預(yù)制階段

甲板片預(yù)制工作是生活樓一體化建造的基礎(chǔ)。合理的分片及良好的建造精度將為后續(xù)一體化建造及分段吊裝提供保證。

2.2.1甲板片的劃分

甲板片劃分應(yīng)考慮以下基本因素：分片重量限制，分片尺寸限制，一體化建造工藝要求，艙室布置特點(diǎn)，吊裝和運(yùn)輸強(qiáng)度要求等。該生活樓主要分為A～F甲板，如圖4所示。除主要甲板外，該生活樓還包含駕駛甲板、羅經(jīng)甲板及飛機(jī)甲板，位于F甲板上方。為保證建造精度及吊裝要求，初步將每個(gè)塔樓每層甲板片分為3部分，如圖5所示，后續(xù)具體施工時(shí)，可根據(jù)具體圖紙及一體化施工情況，考慮減少分片數(shù)量，提高施工效率。兩個(gè)塔樓LQ1與LQ2同時(shí)開工建造。

圖3 一體化建造工藝流程圖Fig.3 Flow chart of integration construction

甲板片采用正造方式，主要預(yù)制流程如下：(1)擺放墊墩及臨時(shí)支撐，根據(jù)一體化安裝條件確定合理墊墩高度；(2)主結(jié)構(gòu)梁就位并點(diǎn)焊固定，并在主梁上劃出小梁位置；(3)其他型材根據(jù)劃線位置與主結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行點(diǎn)焊固定；(4)根據(jù)焊接原則，進(jìn)行甲板片焊接。

圖4 生活樓剖面圖Fig.4 Living quarter section

圖5 C甲板分片圖Fig.5 Panels on C deck

2.2.2甲板片預(yù)制階段精度控制

甲板片的建造精度主要通過(guò)立柱軸線位置來(lái)進(jìn)行控制。在預(yù)制過(guò)程中，通過(guò)合理的桿件焊接順序，充分考慮焊接收縮余量來(lái)保證甲板片的建造精度。具體要求如下。

(1) 型材焊接：在型材組對(duì)完成后，應(yīng)在測(cè)量水平度及對(duì)角線是否滿足精度要求后再進(jìn)行焊接，焊接原則上自中間向四周施焊，先焊接腹板與翼板的焊縫，再焊接腹板與腹板，最后焊接翼緣與翼緣。

(2) 甲板板焊接：甲板板在劃線下料時(shí)，應(yīng)留出足夠的焊接收縮量，焊接時(shí)由中間向四周焊接，先焊小梁與甲板，再焊接主梁與甲板，以控制焊接變形，保證建造精度。

具體的精度要求及控制措施如表1所示。

表1 精度控制Table 1 Precision control

2.3 分段一體化建造階段

2.3.1半潛式起重鋪管船生活樓一體化建造流程

在確定甲板片分片方式后，根據(jù)圖紙及材料預(yù)制情況，進(jìn)行一體化建造。以LQ1塔樓某一分段為例，具體流程如下。

(1) 主甲板與A甲板之間拉筋、立柱及部分墻皮散裝。

(2) 預(yù)制完成LQ1A-1甲板片后，安裝LQ1A-1甲板片上的護(hù)管、設(shè)備底座、管支架，并安裝LQ1A-1與LQ1B-1甲板片之間的拉筋、立柱、設(shè)備底座、墻皮等，參考圖6(a)。

(3) 預(yù)制LQ1B-1甲板片，同時(shí)安裝LQ1B-1甲板片上B甲板與C甲板之間立柱、拉筋。

(4) 將LQ1A-1及LQ1B-1預(yù)制成空間結(jié)構(gòu)片LQ1AB-1分段，參考圖6(b)。

(5) 根據(jù)甲板片預(yù)制方案，安裝剩余各專業(yè)一體化清單，參考圖6(c)(d)，安裝LQ1AB分段吊點(diǎn)及臨時(shí)加強(qiáng)。

(6) 對(duì)于無(wú)法進(jìn)行預(yù)舾裝的焊接位置進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)對(duì)于特殊材料進(jìn)行保護(hù)后，整體對(duì)LQ1AB-1分段進(jìn)行噴涂，完成后運(yùn)輸至總裝區(qū)域。

(7) 在總裝區(qū)域安裝剩余一體化結(jié)構(gòu)、門窗、小型設(shè)備、風(fēng)管、管線、衛(wèi)生單元、電儀支架、電纜等。

(8) 進(jìn)行分段集成總裝。

其他分段按上述流程同樣完成一體化建造，其中CD甲板、EF甲板、駕駛甲板與羅經(jīng)甲板分別預(yù)制成結(jié)構(gòu)分段，直升機(jī)甲板單獨(dú)預(yù)制。

(a) 安裝拉筋、立柱、墻皮

(b) 空間結(jié)構(gòu)片合攏

(c) 電纜護(hù)管預(yù)安裝

(d) 保溫釘預(yù)安裝

2.3.2分段一體化建造階段精度控制

在各個(gè)分段預(yù)制完成后，應(yīng)對(duì)分段整體進(jìn)行尺寸測(cè)量，產(chǎn)生誤差及時(shí)調(diào)整，并且對(duì)于合攏口位置桿件應(yīng)預(yù)留30～50mm余量，以保證總裝精度。同時(shí)在該階段，應(yīng)在結(jié)構(gòu)片尺寸檢驗(yàn)合格后，再進(jìn)行其他專業(yè)施工，尤其是劃線開孔等作業(yè)。對(duì)于機(jī)械模塊等相關(guān)設(shè)備其設(shè)備底座支撐的結(jié)構(gòu)桿件，應(yīng)按照設(shè)備安裝精度要求加以控制。

2.4 分段總裝階段

2.4.1總裝流程

在分段總裝之前，在滿足吊裝能力的前提下，各專業(yè)構(gòu)件及相關(guān)設(shè)備都應(yīng)安裝完成。該半潛式起重鋪管船生活樓含直升機(jī)甲板共分為20個(gè)分段。在各個(gè)分段總裝完成后，安裝兩個(gè)生活塔樓之間的棧橋及斜梯等散裝構(gòu)件。

2.4.2總裝階段精度控制

總裝階段精度控制主要考慮吊裝作業(yè)的影響。吊裝作業(yè)應(yīng)符合以下原則：(1)吊點(diǎn)布置合理。由于生活樓結(jié)構(gòu)強(qiáng)度弱，在吊裝時(shí)應(yīng)合理布置吊點(diǎn)，盡可能保證分段受力均勻，減少結(jié)構(gòu)吊裝變形，在技術(shù)條件允許的情況下多布置吊點(diǎn)，使用多個(gè)鉤頭，使其負(fù)載均布。(2)整體吊裝時(shí)，除需校核吊點(diǎn)局部強(qiáng)度及分段整體強(qiáng)度外，還應(yīng)對(duì)一些強(qiáng)度比較弱的部位提前進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。

2.5 生活樓一體化建造工藝的優(yōu)勢(shì)分析

該半潛式起重鋪管船生活樓尺寸遠(yuǎn)大于普通生活樓，采用一體化建造具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可達(dá)到降本增效的目的。工期方面，該生活樓分段多，同時(shí)開始預(yù)制工作，采用一體化建造，工序前移，提高生活樓建造效率，減少總裝階段工作量，保證了項(xiàng)目的建造進(jìn)度，極大地縮短了船塢總裝時(shí)間。成本方面，采用一體化建造可有效減少高空吊裝作業(yè)，節(jié)約吊機(jī)資源，減少油漆破壞，降低了補(bǔ)漆量，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約建造成本。

3 生活樓一體化建造注意事項(xiàng)

3.1 設(shè)計(jì)階段

(1)詳細(xì)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮生活樓建造方法，由于生活樓整體強(qiáng)度較弱，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分考慮生活樓分段吊裝及總裝需要，合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；(2)詳細(xì)設(shè)計(jì)各個(gè)專業(yè)出圖及材料采辦工作應(yīng)同時(shí)開展，避免因圖紙或材料問題影響一體化施工；(3)各專業(yè)支架類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，從而可以提高采辦、預(yù)制、安裝效率。

3.2 施工階段

施工階段應(yīng)充分考慮一體化建造需要，合理布置墊墩，滿足運(yùn)輸需要。在整體噴涂作業(yè)前，對(duì)部分結(jié)構(gòu)應(yīng)做好保護(hù)，防止二次污染。吊裝作業(yè)前，應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和現(xiàn)場(chǎng)吊機(jī)資源情況，以免對(duì)結(jié)構(gòu)物及工期造成影響。

4 結(jié) 語(yǔ)

一體化建造工藝是當(dāng)前海上平臺(tái)建造的發(fā)展方向。本文以半潛式起重鋪管船生活樓為例，針對(duì)其特點(diǎn)，確定雙塔樓同時(shí)開工建造的方式，采用一體化建造工藝，并依據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及艙室劃分合理考慮分片尺寸，對(duì)甲板片預(yù)制階段、一體化建造階段及總裝階段的建造流程和精度控制進(jìn)行了研究，為項(xiàng)目開展奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，為使后續(xù)項(xiàng)目有效開展一體化建造，提出如下建議。

(1) 項(xiàng)目前期：應(yīng)樹立一體化項(xiàng)目理念，從項(xiàng)目總體出發(fā)，明確一體化建造實(shí)施的目標(biāo)，編制詳細(xì)的一體化建造計(jì)劃，以建造計(jì)劃來(lái)有效推動(dòng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、采辦、到貨等計(jì)劃以滿足施工需求。

(2) 詳細(xì)設(shè)計(jì)階段：艙室劃分、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等應(yīng)考慮施工階段工藝及吊裝需要，合理安排各專業(yè)出圖時(shí)間，為后續(xù)采辦、建造創(chuàng)造有利條件。同時(shí)設(shè)計(jì)的安裝件應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，提高預(yù)制效率，方便現(xiàn)場(chǎng)施工。

(3) 建造階段：根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，合理考慮施工順序，保證精度要求。分片劃分時(shí)應(yīng)充分考慮艙室布局，分片強(qiáng)度計(jì)算時(shí)可適當(dāng)考慮將已安裝的墻皮等構(gòu)件參與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，以提高預(yù)舾裝率。分段總裝時(shí)，應(yīng)合理布置吊點(diǎn)，保證各分段受力均勻。

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