不同裝船模式下海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)物 裝船工期研究

宋青武

海洋石油工程股份有限公司, 天津 300451

0 前言

廣闊的海洋蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源,隨著海洋油氣勘探技術(shù)的不斷提高,石油天然氣產(chǎn)業(yè)已逐步將重心由陸地轉(zhuǎn)移至海上,海洋石油天然氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。各類海洋工程重大裝備的研發(fā)和建造速度不斷加快,人類開發(fā)海洋能源的進(jìn)程不斷加快,高技術(shù)、高風(fēng)險(xiǎn)、高投入成為海洋能源開發(fā)的主要特點(diǎn)[1]。海洋工程與陸地工程相比,由于海洋環(huán)境的復(fù)雜多變性,風(fēng)險(xiǎn)更大,工藝更復(fù)雜。海洋平臺(tái)往往是在陸地專門的預(yù)制場(chǎng)地完成建造后,由駁船運(yùn)輸至海上施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝工作。大型結(jié)構(gòu)物移位及裝船運(yùn)輸是海洋工程裝備制造業(yè)的核心問題之一[2]。作為整體海洋工程重要一環(huán)的結(jié)構(gòu)物裝船固定是連接平臺(tái)陸地施工與海上安裝的重要步驟,同樣也是海洋工程項(xiàng)目進(jìn)度控制的關(guān)鍵,直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)物海上安裝工作能否按計(jì)劃時(shí)間開展。

1 裝船模式及其適用性

海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)物的碼頭裝船過程,是海洋工程建造過程中一個(gè)非常重要的組成部分,一旦出現(xiàn)事故則會(huì)造成嚴(yán)重的損失[3-4]。對(duì)于海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)物來說,采用的裝船方式應(yīng)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階根據(jù)結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)形式、重量重心、建造方案、場(chǎng)地承載力、碼頭水深潮汐、擬使用駁船、工期費(fèi)用等因素綜合確定。在海洋工程中常用的裝船方式包括吊裝裝船、滾裝裝船、滑移裝船以及SPMT(自行式液壓平板車)小車裝船四種,不同裝船模式的適用范圍、裝船步驟、裝船工期、現(xiàn)場(chǎng)施工條件要求等均不相同。

1.1 吊裝裝船

吊裝裝船是指結(jié)構(gòu)物在陸地場(chǎng)地建造完成后,用起重船或場(chǎng)地碼頭吊機(jī)從場(chǎng)地碼頭吊起結(jié)構(gòu)物,放在運(yùn)輸駁船設(shè)計(jì)位置的過程。受制于起重船或碼頭吊機(jī)的起重能力,吊裝裝船方式主要用于重量較輕的結(jié)構(gòu)物裝船,如豎立建造的導(dǎo)管架、小型組塊、生活樓、分段裝船的鋼樁和隔水套管、火炬臂、棧橋等。考慮到裝船成本的要求,使用起重船進(jìn)行結(jié)構(gòu)物吊裝裝船工作,要求場(chǎng)地碼頭內(nèi)有長(zhǎng)期供裝船使用的小型浮吊船,盡量避免浮吊船發(fā)生動(dòng)復(fù)員。在進(jìn)行裝船設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)物尺寸、重量重心、結(jié)構(gòu)物距碼頭前沿的距離等數(shù)據(jù),結(jié)合碼頭標(biāo)高、水深、駁船、駁船吃水要求、現(xiàn)場(chǎng)天氣條件等,選擇合適的起重船或碼頭吊機(jī)。

1.2 滾裝裝船

滾裝裝船主要用于導(dǎo)管架鋼樁的裝船。對(duì)于淺水導(dǎo)管架,通常是分段裝船,海上一節(jié)一節(jié)打入海底,一般每節(jié)鋼樁重量不超過100 t。以塘沽建造場(chǎng)地為例,鋼樁分段接長(zhǎng)完成后采用平板車或吊車運(yùn)至靠近碼頭區(qū)域,然后采用浮吊吊裝上船,浮吊一般為濱海102(起重能力500 t)或?yàn)I海108(起重能力800 t)[5]。而對(duì)于深水導(dǎo)管架,鋼樁通常在陸地完成接長(zhǎng)工作,采用整根打入海底的方法進(jìn)行打樁工作,接長(zhǎng)后的鋼樁重量超過500 t,如已建成某8腿12群樁導(dǎo)管架,鋼樁直徑96″(1″=25.4 mm),總重6 048 t,其中4根帶卡樁器,長(zhǎng)度121.3 m,單根重量508 t;8根不帶卡樁器,長(zhǎng)度119.8 m,單根重量502 t，直接使用碼頭吊機(jī)吊裝裝船難以實(shí)現(xiàn),采用浮吊裝船也將大大增加裝船成本,在這種情況下,可以采用滾裝裝船。

滾裝裝船主要使用棧橋和卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行鋼樁上船,由送樁機(jī)將鋼樁從擺放區(qū)域的墊墩上傳遞到棧橋大梁上作為滾裝的初始位置,通過控制卷揚(yáng)機(jī)使鋼樁由初始位置經(jīng)過棧橋緩慢平穩(wěn)滾動(dòng)至駁船甲板就位位置,依據(jù)裝船固定圖紙將鋼樁固定完成后進(jìn)行下一根鋼樁裝船。

相比大型浮吊吊裝作業(yè),滾裝裝船無需租賃浮吊資源,可以減少對(duì)浮吊資源的依賴,且裝船棧橋可重復(fù)利用,大大降低了鋼樁裝船的成本,適用于大噸位鋼樁裝船。

1.3 滑移裝船

滑移裝船是海洋工程最常用的裝船方式。將平臺(tái)放到專門修建的滑道船臺(tái)上,用滾輪滑車作為托載體,以液壓拉力器牽引、卷揚(yáng)機(jī)溜尾進(jìn)行滑移裝船[6]。要求結(jié)構(gòu)物在建造時(shí)放在滑道上的滑靴上,結(jié)構(gòu)物支撐點(diǎn)落在滑靴上,運(yùn)輸駁船上放有與場(chǎng)地上滑道相匹配的滑道,且具有足夠的調(diào)載能力,使結(jié)構(gòu)物上船過程中陸地滑道與船上滑道隨時(shí)保持一樣的高度,用絞車?yán)瓌?dòng)滑靴上的拖拉點(diǎn),滑靴在滑道上滑移,平穩(wěn)緩慢地將結(jié)構(gòu)物拖拉到駁船上設(shè)計(jì)位置?；腊懙囟魏婉g船段[7]。隨著結(jié)構(gòu)物重心的移動(dòng)和外界環(huán)境的變化,需要?jiǎng)討B(tài)地測(cè)量、計(jì)算和調(diào)速控制駁船的壓載艙液位[8]。

滑移裝船利用絞車系統(tǒng)將大型結(jié)構(gòu)物平穩(wěn)地牽引到駁船上,大幅度地降低了生產(chǎn)成本[9]?；蒲b船適應(yīng)于導(dǎo)管架、組塊、生活樓等各類平臺(tái)結(jié)構(gòu)物裝船。目前國(guó)內(nèi)已完成30 000 t級(jí)結(jié)構(gòu)物滑移裝船,包括荔灣3-1 CEP導(dǎo)管架和組塊,荔灣CEP導(dǎo)管架裝船重量達(dá)31 375 t,為目前亞太地區(qū)拖拉滑移裝船重量最大的結(jié)構(gòu)物[10]。根據(jù)結(jié)構(gòu)物重量重心、碼頭潮汐情況、水深等數(shù)據(jù)選擇適合的運(yùn)輸駁船,確保駁船甲板強(qiáng)度、壓載能力、拖拉牽引裝置等滿足滑移裝船要求。

滑移裝船作業(yè)駁船一般是尾靠碼頭,以確?；七^程中有足夠的牽引距離。但對(duì)于部分結(jié)構(gòu)物,受制于駁船能力,也可能采用側(cè)靠碼頭橫向裝船的方式,對(duì)于這種裝船方式,需重點(diǎn)核算牽引距離是否滿足要求。

1.4 SPMT小車裝船

SPMT小車即自行式模塊化平板車,是一種模塊化生產(chǎn)及組裝的自行式平板拖車,可根據(jù)被裝載物的不同需求被配置為各種結(jié)構(gòu)、尺寸和重量。通過液壓升降系統(tǒng)將結(jié)構(gòu)物重量從場(chǎng)地墊墩轉(zhuǎn)移到自身結(jié)構(gòu),將結(jié)構(gòu)物經(jīng)過碼頭前沿、碼頭與駁船間的跳板運(yùn)輸至駁船甲板設(shè)計(jì)位置,并將結(jié)構(gòu)物重量轉(zhuǎn)移至駁船墊墩上。

常規(guī)組塊建造往往采用滑道建造,但近年來,由于小車裝船的靈活性,越來越多的組塊采用非滑道建造方式,提高了場(chǎng)地利用率[11]。SPMT裝船具備效率高、操作簡(jiǎn)單、速度快、環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn),經(jīng)常用于完成在非滑道區(qū)建造的海洋工程結(jié)構(gòu)物上[12]。小車裝船由于結(jié)構(gòu)物不用在滑道上建造,無滑道使用要求,結(jié)構(gòu)物運(yùn)輸機(jī)動(dòng)性更強(qiáng),采用這種裝船方式,解決了結(jié)構(gòu)物建造和裝船對(duì)于滑道的依賴,減少場(chǎng)地滑道使用數(shù)量,對(duì)于新建場(chǎng)地一定程度上可以節(jié)約滑道建設(shè)費(fèi)用。

目前小車裝船越來越多地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)物裝船中,國(guó)內(nèi)小車裝船技術(shù)已成功應(yīng)用于6 000 t級(jí)模塊裝船,應(yīng)用前景十分廣泛。

2 裝船流程

進(jìn)度控制是海洋工程項(xiàng)目四大控制的重要組成部分。在海洋工程施工過程中,存在著影響施工進(jìn)度與建造質(zhì)量的許多不確定因素[13-14]。作為海洋工程重要階段之一的結(jié)構(gòu)物裝船固定和海上運(yùn)輸工作,是平臺(tái)海上安裝前序關(guān)鍵作業(yè)之一,在海洋平臺(tái)陸地建造與海上安裝之間起著承上啟下的作用，其施工工期的長(zhǎng)短直接影響海上安裝工作的開始時(shí)間。

不同的裝船模式的裝船步驟區(qū)別很大,直接決定了裝船工期的長(zhǎng)短,下面是不同裝船模式下從駁船清駁開始到固定完成具備出航條件的一般裝船施工步驟,見圖1～4。

圖1 吊裝裝船一般步驟

圖2 滑移裝船一般步驟

圖3 滾裝裝船一般步驟

圖4 SPMT小車裝船一般步驟

3 裝船工期分析

結(jié)構(gòu)物裝船工期取決于裝船計(jì)劃中關(guān)鍵路徑的長(zhǎng)短,考慮到吊裝裝船和滾裝裝船適用范圍較小,下面以 3 000 t 級(jí)組塊裝船為例,采用關(guān)鍵路徑法,重點(diǎn)對(duì)滑移裝船和SPMT小車裝船工期進(jìn)行分析研究。關(guān)鍵路徑法是一種基于數(shù)學(xué)計(jì)算的項(xiàng)目計(jì)劃管理方法[15],在不考慮任何資源限制的情況下,沿著項(xiàng)目進(jìn)度網(wǎng)絡(luò)路徑進(jìn)行順推與逆推分析,計(jì)算出全部活動(dòng)理論上的最早開始與完成日期、最晚開始與完成日期,在給定的活動(dòng)持續(xù)時(shí)間、邏輯關(guān)系、時(shí)間提前量、時(shí)間滯后量和其他制約因素下,可開展各項(xiàng)活動(dòng)的時(shí)間段[16]。關(guān)鍵路徑是項(xiàng)目計(jì)劃中最長(zhǎng)的路線,決定了項(xiàng)目的總實(shí)耗時(shí)間[17]。

3.1 滑移裝船工期

根據(jù)組塊滑移裝船一般步驟,相關(guān)工作分解結(jié)構(gòu)及作業(yè)劃分、作業(yè)工期,見表1。

根據(jù)施工工序,建立網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃并計(jì)算時(shí)間參數(shù)見圖5。在確定作業(yè)間的邏輯關(guān)系時(shí),要按系統(tǒng)工作過程安排、專業(yè)活動(dòng)之間搭接關(guān)系、自然規(guī)律、技術(shù)規(guī)范要求、辦事程序要求、施工計(jì)劃安排等合理進(jìn)行[18]。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù),形象地把整個(gè)工程形象進(jìn)度用網(wǎng)絡(luò)圖標(biāo)注出來,形成完整的數(shù)學(xué)模型,有單代號(hào)法和雙代號(hào)法兩種[19-20]。

表1組塊滑移裝船作業(yè)劃分

工作內(nèi)容代號(hào)緊前作業(yè)工期/h駁船艉靠碼頭并安裝系駁纜繩A-4駁船清駁BA36駁船滑道擺放焊接固定、定滑輪組連接CB24穿鋼絲繩DC12連接牽引系統(tǒng)及調(diào)試ED8組塊拖拉上船至指定位置FE6設(shè)備回收下船HF8組塊進(jìn)行焊接固定并完成焊接檢驗(yàn)GF36

圖5 滑移裝船網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知,滑移裝船計(jì)劃關(guān)鍵路徑為A→B→C→D→E→F→G,項(xiàng)目期望工期為126 h,按裝船 12 h/d 計(jì)算,期望工期約10.5 d。

3.2 小車裝船工期

根據(jù)SPMT小車裝船一般步驟,相關(guān)工作分解結(jié)構(gòu)及作業(yè)劃分、作業(yè)工期，見表2。

根據(jù)施工工序,建立網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃并計(jì)算時(shí)間參數(shù)見圖6。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知,SPMT小車裝船計(jì)劃關(guān)鍵路徑為A→C→E→G→H→I→J,項(xiàng)目期望工期為85 h,按裝船12 h/d計(jì)算,期望工期約7 d。

3.3 裝船工期分析

從上述小車裝船和滑移裝船的工期計(jì)算結(jié)果可知,滑移裝船由于船上滑道擺放、牽引準(zhǔn)備工作等用時(shí)較長(zhǎng),其裝船工期較小車裝船長(zhǎng),駁船使用天數(shù)較多,從工期角度上看小車裝船能有效節(jié)約駁船使用天數(shù),對(duì)于自有SPMT小車或具備小車租賃條件的建造場(chǎng)地來說,小車裝船在工期上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

3.4 裝船工期影響因素

影響結(jié)構(gòu)物裝船工期的因素很多,主要包括結(jié)構(gòu)物裝船模式、結(jié)構(gòu)物重量、駁船調(diào)載能力、天氣狀況、施工準(zhǔn)備情況、駁船與陸地配合程度等,其中施工準(zhǔn)備充分與否對(duì)裝船工期影響很大。

表2組塊SPMT小車裝船作業(yè)劃分

工作內(nèi)容代號(hào)緊前作業(yè)工期/h駁船艉靠碼頭并安裝系駁纜繩A-4駁船清駁CA36駁船墊墩擺放及船上棧橋安裝EC4SPMT小車組裝、調(diào)試B-4組塊裝車DB4駁船與碼頭連接棧橋安裝GE2組塊運(yùn)輸至碼頭前沿FD2組塊運(yùn)輸至駁船指定位置HF、G1SPMT小車下船、棧橋拆除IH2切割運(yùn)輸抬梁并運(yùn)輸下駁船KI8組塊進(jìn)行焊接固定并完成焊接檢驗(yàn)JI36

圖6 SPMT小車裝船網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃

由于結(jié)構(gòu)物裝船實(shí)施環(huán)境和施工準(zhǔn)備情況的差異,不同裝船模式的步驟用時(shí)不同,需要根據(jù)實(shí)際工作量建立網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃明確關(guān)鍵路徑,如部分結(jié)構(gòu)物裝船時(shí)駁船進(jìn)港時(shí)已完成清駁作業(yè),可以直接進(jìn)行裝船準(zhǔn)備工作,這種情況下網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中可以不考慮清駁計(jì)劃,對(duì)應(yīng)的裝船關(guān)鍵路徑也將發(fā)生變化,以SPMT小車裝船計(jì)劃為例,若不考慮清駁作業(yè),則關(guān)鍵路徑由原來的A→C→E→G→H→I→J變成A→E→G→H→I→J和B→D→F→H→I→J,裝船工期為49 h,約4 d。

4 工程案例分析

某已完工海洋工程項(xiàng)目組塊重約2 680 t,采用滑道建造方式進(jìn)行建造工作,受制于駁船限制,推進(jìn)艙布置在船尾,船體結(jié)構(gòu)少,可用調(diào)載艙室能力差,導(dǎo)致船尾結(jié)構(gòu)強(qiáng)度弱,調(diào)載能力差,決定采用側(cè)向裝船的方式進(jìn)行組塊滑移裝船。設(shè)計(jì)制作了專用滑道和專屬拖拉點(diǎn),用以解決駁船甲板強(qiáng)度不足和側(cè)向裝船牽引距離過短的問題,其中,專用滑道與船體結(jié)構(gòu)相匹配,可以有效地將組塊重量分?jǐn)傇谧钣辛Φ拇w主結(jié)構(gòu)上;專用拖拉點(diǎn)是對(duì)原有拖拉點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)并探出船舷,與滑輪組連接僅需1個(gè)卡環(huán)銷軸,側(cè)面設(shè)計(jì)有牽引繩固定孔,最大限度節(jié)約牽引距離。

該項(xiàng)目前期根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際工作量,制定組塊滑移裝船詳細(xì)計(jì)劃見表3。

表3組塊滑移裝船詳細(xì)計(jì)劃

工作內(nèi)容計(jì)劃工期/h計(jì)劃開始時(shí)間計(jì)劃完成時(shí)間駁船艉靠碼頭并安裝系駁纜繩42015-03-20 8:002015-03-20 12:00駁船清駁362015-03-20 12:002015-03-23 12:00滑道擺放焊接固定滑輪組連接242015-03-23 12:002015-03-25 12:00穿鋼絲繩122015-03-25 12:002015-03-26 12:00連接牽引系統(tǒng)及調(diào)試82015-03-26 12:002015-03-26 20:00組塊拖拉上船至指定位置62015-03-27 8:002015-03-27 14:00焊接固定及檢驗(yàn)362015-03-27 14:002015-03-30 14:00

實(shí)際執(zhí)行情況:受前期碼頭不具備駁船進(jìn)港條件影響,組塊駁船推遲進(jìn)港,于2015年3月25日13:30進(jìn)港側(cè)靠碼頭,4月4日10:20完成裝船固定,出港赴施工現(xiàn)場(chǎng),整個(gè)裝船工期約10 d,與上述裝船工期計(jì)算方法基本吻合。某組塊橫向裝船示意圖見圖7。

結(jié)構(gòu)物裝船作業(yè)重在裝船準(zhǔn)備工作,無論采取何種裝船模式,只有將準(zhǔn)備工作做細(xì),對(duì)各種制約因素和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)提前識(shí)別并采取有效措施,裝船工作才能按期實(shí)施。在裝船準(zhǔn)備工作之前應(yīng)根據(jù)裝船程序及施工經(jīng)驗(yàn)制定一系列的裝船檢查清單,根據(jù)清單逐項(xiàng)落實(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行裝船計(jì)劃。在該項(xiàng)目案例實(shí)際執(zhí)行過程中,準(zhǔn)備工作比較充分,裝船工作基本按照計(jì)劃執(zhí)行,但仍出現(xiàn)一些影響裝船進(jìn)度的問題,如由于駁船調(diào)載能力較弱,導(dǎo)致組塊拖拉上船用時(shí)較長(zhǎng),尚需進(jìn)一步優(yōu)化以提高裝船效率。后期通過焊接固定趕工,裝船進(jìn)度基本與計(jì)劃持平。因此,在項(xiàng)目前期方案確定和計(jì)劃編制過程中應(yīng)及時(shí)對(duì)裝船風(fēng)險(xiǎn)予以識(shí)別,并采取應(yīng)對(duì)措施。

圖7 某組塊橫向裝船示意圖

5 結(jié)論

工程項(xiàng)目要想獲得成功,需要對(duì)其實(shí)施的各個(gè)階段做好管理控制工作,裝船固定涉及陸地與駁船的相互配合,受天氣、潮汐、駁船能力、場(chǎng)地準(zhǔn)備情況等各種因素的影響,屬于重大風(fēng)險(xiǎn)作業(yè),也是進(jìn)度控制的重點(diǎn)。海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)物裝船工期直接影響海上作業(yè)開始時(shí)間,不同的裝船模式其裝船工期差異較大。

本文通過對(duì)四種裝船模式的適用范圍和施工步驟進(jìn)行詳細(xì)分析,針對(duì)最常用的兩種裝船模式,采用關(guān)鍵路徑法建立網(wǎng)絡(luò)圖,定量對(duì)比分析研究裝船工期,得到一種裝船工期的定量評(píng)估方法,并與具體工程案例相比較,表明該方法具有一定的實(shí)用性,為海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)物裝船工期的準(zhǔn)確評(píng)估提供了參考和依據(jù)。本文僅對(duì)不同裝船模式下裝船工期進(jìn)行定量分析,在后續(xù)的研究中,應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)各種制約因素,包括風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)等,對(duì)裝船工期的影響進(jìn)行系統(tǒng)研究,以便更準(zhǔn)確地評(píng)估結(jié)構(gòu)物裝船工期。