海上平臺托架材料計算問題分析及方法研究

劉金龍，王毅，王彥輝，杜海鵬，丁冬

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300450）

引言

在工程項目中為了保證現(xiàn)場施工的連續(xù)性，設(shè)計人員在計算托架材料時，在滿足設(shè)計原則的前提下，習(xí)慣將材料估算數(shù)量算得盡量充足，以滿足現(xiàn)場施工的用料需求[1][4]?？梢詮能浖S[2]、現(xiàn)場安裝[3]等層面進行數(shù)量估算，這樣一方面難以降低項目成本；另一方面，各項目延續(xù)下來形成的多余的電纜托架庫存余材料，增加了存儲成本的負擔。

通過對2019-2020年5個噸位在1500噸左右的常規(guī)井口平臺的托架材料計算結(jié)果（見表1）研究發(fā)現(xiàn)，計算數(shù)量與實際使用量存在的差異主要集中在托架直通和附件（連接附件、安裝附件、接地材料）上，彎頭、三通的余量則是0。初步分析造成此原因是因為彎頭、三通材料在圖紙中有明確顯示，可以直接統(tǒng)計出來，其他幾項均需要進行一定估算。

表 1 電纜及人工節(jié)約明細表

1 主要原因分析

對上述統(tǒng)計中的托架主構(gòu)件及附件余量進行分析，電纜托架直通、連接片、安裝螺栓、接地材料都有不同程度的余量，而安裝螺栓的余量在所有材料余量中占比最大，為67.6%（見圖1）。

圖1 每種材料余量在總余量中的占比餅圖

分析余量材料在估算時的依據(jù)，發(fā)現(xiàn)托架拼接位置在4項材料估算中占了兩項，占比50%，影響的余量占比為27.1%（見表2）。但是進一步研究會發(fā)現(xiàn)，支撐位置的設(shè)計遵循規(guī)范NEMA VE2，而規(guī)范中明確規(guī)定支撐位置與托架拼接位置是存在對應(yīng)關(guān)系的[5]，所以通過支撐位置計算的材料，實際上也是間接依據(jù)托架拼接位置計算而來的，這樣托架拼接位置在計算中占比實際上達到75%，影響的余量占比實際上達到94.7%。托架拼接位置對于托架材料的計算占了主要地位，其對應(yīng)的材料余量也占據(jù)了最大比重，是造成托架材料余量較大，材料計算不準確的絕對主因。

表2 余量影響因素統(tǒng)計表

在不考慮其他托架構(gòu)件如三通、彎頭、變徑、爬坡等的情況下，如果在一段長度為8米的距離上敷設(shè)托架直通，根據(jù)托架直通的供貨定尺長度為3米一段，若盡量用整段托架材料進行敷設(shè)，則最多使用3段有2個拼接點，如使用2米一段的材料則有四段3個拼接點，如都使用2米以內(nèi)的材料，則最少需要8段有7個拼接點。這些情況對應(yīng)的托架直通數(shù)量、支撐數(shù)量和附件數(shù)量如下表3所示。從表中可以看出，在同一段距離上鋪設(shè)托架直通，雖然托架直通的總長度都是8米，但由于拼接位置數(shù)量不同，附件數(shù)量存在較大差異，最大和最小值相差可以在2倍以上。

表3 托架材料及支撐數(shù)量統(tǒng)計表

2 主要技術(shù)內(nèi)容

通過以上分析可以看出，在托架附件材料計算過程中，預(yù)先確定托架拼接位置即對托架進行分段，并且在滿足托架布置的基礎(chǔ)上盡量優(yōu)化托架分段數(shù)量，能夠準確計算出托架附件的數(shù)量并且控制數(shù)量在相對較低水平。

通過對計算方法的研究，托架預(yù)先分段對托架直通數(shù)量計算準確程度同樣有效。例如在定尺3米長的托架直通上，分別切割長度為500mm，800mm，1100mm，1500mm，1800mm的一組托架直通，不同托架分段產(chǎn)生的余量數(shù)量不同（見圖2），最優(yōu)化的分段方式一，不僅材料利用率相較分段方式二提高了30%，而且減少了材料用量（見表4）。

表4 不同分段方式托架直通材料利用率統(tǒng)計表

圖2 分段方式示意圖

3 應(yīng)用情況及推廣前景

通過上述分析，托架分段對托架材料計算準確性有直接影響，相比傳統(tǒng)以托架布置圖估算托架材料的方式，預(yù)分段并對分段進行優(yōu)化可以大幅提高材料計算的準確性，對于控制余量的計算和降低材料成本有重要作用。因此，在計算托架材料前，以托架布置圖為基礎(chǔ)對整體托架進行預(yù)分段，考慮其他相關(guān)設(shè)計因素對托架分段進行優(yōu)化形成托架分段圖（如圖3）。在此基礎(chǔ)上進行各種托架材料的計算，從而實現(xiàn)更加準確地計算出托架材料的數(shù)量。

圖3 托架分段圖

托架預(yù)分段技術(shù)通過秦皇島32-6、曹妃甸11-1油田群岸電應(yīng)用工程，墾利6-1油田10-1N區(qū)塊開發(fā)項目、曹妃甸11-6油田擴建項目的應(yīng)用實踐，可以精確電纜托架及其附件采辦數(shù)量，避免材料浪費，節(jié)約托架材料成本約11.8萬元?？梢怨?jié)約設(shè)計人力成本和現(xiàn)場管理及作業(yè)人力成本100人工日，具體數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 托架及人工節(jié)約明細表

托架預(yù)分段技術(shù)還在渤中29-6項目、墾利6-1油田4-1/5-1區(qū)塊開發(fā)項目、渤中19-6 BOP項目等在建海洋石油工程中得到應(yīng)用，隨著該技術(shù)不斷完善，經(jīng)過估算，每1000t組塊預(yù)計節(jié)約材料和人力成本共約2萬元。

4 結(jié)語

工程項目上材料的使用數(shù)量往往非常大，不論材料本身的價格是否高昂，如缺少科學(xué)、嚴禁的計算，長此以往會造成很大損失。材料計算需要打破以往固有的方式、方法，通過認真分析、研究找出存在問題的根源并加以改進，實現(xiàn)更加科學(xué)和優(yōu)化的計算方法，才能滿足工程項目不斷最求降本增效的需求和目標。