深水半潛式平臺建造實施策略分析與控制

韓少寧

(海洋石油工程(青島)有限公司，青島 266500)

0 引 言

由于陸地油氣資源有限，海洋油氣資源開發(fā)逐漸由淺水向深水領域縱向挺進。在這一動態(tài)發(fā)展趨勢下，半潛式鉆井平臺作為深海油氣勘探開發(fā)的主流平臺，已經得到非常廣泛的應用[1-2]。半潛式平臺通常是由下浮體、立柱、上模塊組成，應用比較廣泛的有雙下浮體加四立柱形式，環(huán)形浮箱下浮體加四立柱形式，相比環(huán)形下浮體，由于內部空間增加，能夠給平臺提供更多的強度和浮力選型使用。以位于南海海域某半潛式平臺建造為例，該平臺主體為一座半潛式平臺，由環(huán)形下浮體、四立柱、上模塊構成，總重約為5.3萬噸。本文對該平臺的建造實施策略進行深入分析，并對安全、質量、技術關鍵節(jié)點提出了有效的控制措施。

國內外半潛式平臺建造對比，深水半潛式平臺主要建造方法有多種： 整體吊裝法，如國內來福士船廠為挪威建造的D90半潛平臺采用泰山吊合攏；水上整體提升法，如挪威建造的Aker H6e半潛式平臺，即水上提升合攏；塢內整體提升法，如中遠集團建造GM4000，即以提升塔架的方式完成合攏；節(jié)拍式連續(xù)搭載法，如外高橋為中國海油建造的“海洋石油981”半潛式平臺；頂升滑移合攏法，如新加坡MMHE公司建造的TLP平臺采用的陸地滑道液壓滑移模式[3-5]。上述各種建造合攏方法各有優(yōu)缺點，水上施工風險較大、成本高，塢內提升塔架造價高，不經濟，節(jié)拍連續(xù)搭載不適用本項目，雖然成本低但周期過長，液壓滑移頂升世界最高是頂升到41 m，陵水平臺船體頂甲板高度為59 m，頂升高度大帶來較大風載荷，施工風險性高且液壓設備租賃費用也不低。綜合考慮到各項建造資源，公司經研究決定陵水17-2項目建造合攏方案與來福士船廠合作，采用船體和組塊同時開工建造，各自完工后海運到煙臺場地，以泰山吊合攏的方法完成平臺建造任務。

該平臺不同于其他平臺建造的特殊之處在于以下幾點：

首先，該半潛式平臺要求30年不回塢，為此該平臺的關鍵結構，如圓轉方、上下立柱插入段、浮筒角隅多位于特殊區(qū)域，即耐疲勞要求更高。對于該區(qū)域的結構件，如外板、肋骨、球扁鋼等均不能二次焊接，對平臺建造過程管理提出了更高要求。

然后，該平臺建造工期尤為緊張，疊加項目建設高峰期的疫情突如其來，對平臺建造國內外人員和資源投入都產生較大影響，在工期短而又必須按期高質量交付的壓力下，對于安全管理提出了更高的要求。

最后，該平臺的建造精度要求非常高，由于平臺尺寸和重量較大，綜合考慮來福士吊的吊裝資源現狀，對于平臺立柱結構外張變形控制要求較為嚴格，進而要求平臺上下結構精度只有±6 mm，對于建造精度控制提出了更高的要求。

對比國內外半潛平臺建造方法，本文采用了船體組塊同時建造，即泰山吊合攏的平臺建造方法。面對高質量、高精度、保工期、保安全的項目管理要求，安全管理在傳統(tǒng)點對點預防為主的安全管理思路下借鑒使用人員定位技術手段，減少安全損工影響。在生產設計思路上，杜絕了“三邊工程”，以先進AM軟件作為設計出圖工具，避免以往結構現行，舾裝后上的思路，要求必須多專業(yè)一體化出圖，下圖即能提升殼舾涂分段水平。在平臺建造關鍵資源投入上，創(chuàng)新啟用SPMT拖車和精度重載車完成滑道回形段合攏，立柱總段吊裝上創(chuàng)新使用1 600 t履帶吊和3 600 t浮吊大型吊機，大大提升了總段重量尺寸，減少高空作業(yè)提升總裝速度。在高精度控制上，使用全站儀、激光掃描儀等先進測量設備，配合一流模擬搭載軟件，再加強過程合攏測量和導向設置，保證平臺總裝高效率，同時也要合理規(guī)劃浮吊，充分利用空檔期給其他項目和其他公司提供服務，以降低本項目成本。通過上述一系列建造技術創(chuàng)新手段，提高了項目建造管理時效，降低了項目管理的成本。

1 平臺建造實施的項目組織機構的建立

建造實施策略首先應明確項目管理目標為建造交付一座5萬噸級深水半潛式平臺。進而，從建造合同角度出發(fā)，明確將平臺建造工作內容細分為下浮體建造、上模塊建造、平臺整體的合攏集成三大部分。平臺建造項目組織是基于合同界面和工作范圍分析的基礎上，建立起組織架構并開展人員配置。半潛式平臺建造是海油工程重點建設工程項目，平臺建造順利完工將大大提升海油工程青島場地浮體類工程建造能力，增加青島公司浮體工程建造業(yè)績，也為浮體工程建造培養(yǎng)一大批項目管理和技術人才。

項目組織機構職責與角色定位，青島公司以高標準成立建造項目組，項目采用項目經理負責制，項目組織結構如圖1所示。建造項目總經理全面負責建造項目安全、質量、成本、進度四大目標控制，對項目組成員進行考核評價，向公司領導匯報項目工作。建造項目副總經理對項目日常執(zhí)行管理工作負責，向項目總經理匯報項目工作。建造項目總工程師負責建造相關技術工作，向項目總經理匯報項目工作。建造項目專家顧問，由聘請的國內外有豐富深水半潛船舶設計及建造管理經驗的專家擔當，向項目總經理提供建造全過程項目管理建議。在核心項目管理層以下，根據青島建造場地主要業(yè)務工作情況，設置三大項目管理部，選聘建造項目管理經驗豐富的項目工程師擔當建造項目經理，并由各分項項目經理在公司組織框架內成立各自項目管理部。項目管理部的管理成員構成主要從公司通用管理部門聘任，項目骨干人員多分屬于項目管理、合同分包、費用控制、加工設計、質量管理、精度檢測、安全管理、各作業(yè)部以及綜合管理等各專業(yè)的綜合人才。

圖1 建造項目組織機構示意圖Fig.1 Schematic diagram of organization of construction project

2 平臺建造實施的安全分析與控制

半潛式平臺安全管理應以預防為主，遵照公司安全管理方針，細化安全管理方案和落實事前控制。在建造項目實施中應經常性地開展安全教育與安全培訓，全面提高施工人員安全意識，基層施工人員堅定落實中國海油“五想五不干”安全原則[6]。半潛式平臺施工安全管理的特點如下： 日均進出平臺人員多而復雜，平臺涉及有限空間交叉作業(yè)多，平臺建造結構和設備的高空吊裝多，高空腳手架搭設拆除作業(yè)多，平臺多層上下立面施工熱工作業(yè)多，下浮體和上模塊液壓滑移裝船屬于非常規(guī)作業(yè)風險大，平臺建造重大風險源分類與安全控制措施如表1所示。

表1 平臺建造重大風險源分類與安全控制措施Tab.1 Classification and control of major risk sources in platform construction

3 平臺建造實施的質量分析與控制管理

該平臺質量要求非常高，30年不可拖航回塢維修。項目質量管理的目標是全過程質量控制和監(jiān)控，提前預防質量問題，及時發(fā)現建造過程中質量瑕疵并糾偏改正，與業(yè)主方質量團隊積極協(xié)作共同達成高質量平臺建造。對于半潛式平臺的整體精度控制，多專業(yè)質量控制，涂裝質量控制是質量管理的重點。在質量管理中，可借鑒質量分級管理思路，將質量問題分門別類劃分重要程度，并以因果圖等方式展示便于質量問題跟蹤和處理反饋[7]。

整體精度控制應結合平臺總體建造方案，下浮體分解成為82個分段，在青島和煙臺兩地分開預制，在青島場地總裝，上模塊分為23個甲板片在青島場地預制及總裝。精度控制既要考慮平臺分段多、結構復雜，無余量建造工期短，又要克服2個建造場地的精度管理、焊接工藝、工人施工操作習慣不同導致的差異，項目建造精度管理面臨非常大的考驗。為此，項目成立了專門的精度控制小組，建立包括兩地建造施工隊伍的精度控制責任矩陣，將零件焊接收縮值和補償值在加工設計圖紙巧妙地予以體現，在施工過程中嚴密監(jiān)控各個施工工序精度變化并記錄。同時，項目組聘請了韓國精度專家坐鎮(zhèn)，對于建造關鍵節(jié)點的精度控制措施以及精度偏差給與有針對性的意見或放行指令。在平臺船體總裝搭載關鍵的精度控制環(huán)節(jié)，精控小組通過分段精準測量和軟件分析，及時糾偏切除余量，并預警合攏口變形走勢，圓滿完成了船體總裝任務。依托2萬噸超大吊機上模塊大合攏方案配合實施合攏精度控制[8]。

多專業(yè)質量控制，應建立關鍵節(jié)點釋放流程，由專人組織確保上道工序得到完全的釋放再開展下一道工序，建造過程及完工釋放檢查包括管線預制釋放、分段釋放檢查、管線吊裝前釋放、艙室完工釋放、平臺下水前釋放等。對于管線的查線與試壓，做好各試壓包狀態(tài)統(tǒng)計梳理制訂試壓計劃并執(zhí)行。同時，對于平臺設備防爆檢查尤為重視，重點檢查危險區(qū)域電氣人員資質和監(jiān)督施工。

涂裝質量控制，對于平臺的PSPC標準要求，嚴格落實鋼材預處理，避免帶銹施工，同時項目有嚴格的R2角打磨要求，應在零件下料或小組立階段即采用先進打磨裝備完成打磨，降低后續(xù)涂裝防腐難度，保證平臺涂裝質量。應確保分段沖砂前，多專業(yè)施工完整性避免二次燒焊破壞油漆。有密性試驗要求的化學品艙室焊縫也要做好保護，預制階段不要涂漆處理，避免艙室階段二次打磨。對平臺涂裝質量實施嚴格過程控制，避免平臺交付后因涂裝質量引起的二次施工是項目質量管理控制的重點工作。

4 平臺建造實施的生產設計與關鍵技術方案的控制管理

生產設計是平臺建造的先行階段，生產設計的水平高低和專業(yè)完善度對場地建造的生產成本、人機投入、工效工期均會有一定影響。在生產設計階段應確定平臺建造工藝流程及重大專項施工方案，通過使用價值工程聯(lián)系成本分析計算模型進行成本歸集，考核多專業(yè)舾裝模塊化設計水平，前端優(yōu)化設計是降本提效的一條便捷路徑[9]。

4.1 良好的技術創(chuàng)新實踐

船舶建造生產設計采用AM建模，項目要求多專業(yè)一體化出圖，在平臺建造中得到了較好的應用，分段殼舾涂程度較高，對船舶模塊化建造起到了較大幫助。船舶分段吊裝方案分級管控既滿足了海洋工程對吊裝的高水平安全要求，也對青島場地吊裝的順暢實施起到推波助瀾的作用。全過程精度控制方案對各個工序精度要求分解，通過精控小組嚴格執(zhí)行測量管理，為船舶建造合攏精度控制做好了前期鋪墊。1 600 t履帶吊和3 600 t浮吊的大型資源利用，通過一份份嚴謹的吊裝計算分析報告和吊裝控制措施，為每一次大型吊裝保駕護航。總裝運輸及支撐墊墩設計，船體和模塊滑移裝船工裝設計，浮吊吊排高效倒運安裝裝置設計，新式建造錨點的設計，錨機底座調平工藝方案，船體底部總段合攏工藝方案，頂部立柱安裝焊接順序工藝、SCR滑輪安裝工藝、大合攏POST點調節(jié)控制工藝等一系列建造技術創(chuàng)新和工藝改進為半潛式平臺多快好省的建造做好了充分的技術保障。

4.2 有待提高的技術典型案例分享

拼縫R角拉直修改案例，在建造前期由于生產設計單位依據該公司以往平臺生產設計經驗，在AM建模中將原詳細設計的自然拼縫R角進行了調直處理，但由于該事件中雙方設計單位溝通信息不暢，導致部分已經下發(fā)圖紙施工后，詳設方要求生產設計修改回R角，禁止拉直處理。這也一度引發(fā)了兩地施工方零件重新下料修改，已經建好的模型重新修改出圖，對施工和設計進度都有一定影響，因此設計單位間的溝通與澄清非常重要，是平臺設計建造管理的重點。

外板對接縫間隙大案例，由于船舶分段在青島和煙臺兩地同時開展建造工作，在焊接工藝方面2個場地均使用各自常規(guī)工藝，項目建造初期，由于外板拼板按照海油工程傳統(tǒng)的2～6 mm間隙出的焊接工藝方案，在生產設計建模中拼板縫每端留有-2 mm，這樣就造成了外板拼板時在未開動時已經產生了4 mm理論間隙，而實際生產確實導致了部分拼板縫大過焊接變形量，增加焊接作業(yè)并熱調直處理的結果。后期通過升版拼板焊接工藝0～6 mm間隙，并要求生產設計方修改AM模型，將所有外板拼板位置改為0間隙，這樣就避免了后續(xù)類似事件發(fā)生。因此，焊接工藝和生產設計的相互結合對施工建造的影響也是較為突出的，是前期出圖審核中的重要關注點。

交艙階段補開孔洞多案例，在船舶艙室查艙交艙的階段，出現了較多的已施工完艙室增加流水孔透氣孔情況，既增加施工工作量，也影響開孔質量和交艙時間。詳細設計圖紙對于流水孔和透氣孔僅體現在典型開孔圖里，該典型圖漏掉了許多位置的必要孔洞，部分角隅孔和過焊孔同樣存在遺漏情況，而生產設計圖紙并沒有完全予以圖紙體現。建議生產設計方與詳細設計方加強溝通，將各類必要孔洞嚴格落實到每一份結構圖紙中，并在鋼板下料階段就完成開孔，這樣孔洞的成型質量好且無須后期二次加工。

5 結 語

本文描述了一種半潛式平臺建造實施策略，首先分析確定建造板塊的交付目標，結合項目建造合同工作范圍，依此建立起由公司各通用部門選聘精干工程師進入船體、模塊、大合攏三大項目組織機構并進行統(tǒng)一管理。依托海油工程青島公司高端深水國際化的一流建造場地，本文就該平臺建造實施的安全管理策略，重點突出了平臺總裝人員定位方法，解決了有限空間高風險安全管理難題，并就質量管理策略以及技術管理策略深入地討論分析，對平臺建造項分解并就關鍵節(jié)點建立起有效防控管理措施，為公司承攬高附加值海洋工程產品提供建造項目實施策略性指導。