海洋油气平台模块化设计及一体化建造

海洋油气平台模块化设计及一体化建造

霍风国

博迈科海洋工程股份有限公司 天津 300450

摘要：“模块化”设计，属于一种新的设计理念，其打破了传统顺序建造的局面，有效解决了常规建设项目中建造需求与设计图纸无法同步的难题，不仅有利于降低工程成本，还能大幅度提升建造效率。鉴于此，本文将对海洋油气平台模块化设计及一体化建造展开分析和探究，以供相关人士交流和借鉴。

关键词：海洋油气平台；模块化设计；一体化建造

1. 海洋油气平台建造内容

海洋油气平台，多为固定式生产平台，其主要由采油导管、上部组块以及导管架等部分组成。导管架，是支撑固定式平台的钢结构，其主体结构为一个高达上百米的塔型支架，下端插入海床之中。上端与上部生产生活设施所在的甲板连接，为整个平台提供牢固的基础。除钢架结构外，导管架还包括一些其他的功能性附件，如滑靴、防腐金属块、系泊点等，上部组块是平台的主要功能区，通常分为多层甲板。下层甲板安装各类生产设备，如井口盘、井口采油树、计量器等，上层甲板主要是人员居住和办公区，中控室、宿舍、仓库等一般配置在这一层。顶层甲板则主要用于安装吊机和直升机降落平台，也兼作吊装货物和人员上下平台的场所。由于海上作业费用比较高，平台大多构件基本上会在陆地组块分别建造，之后再运输到海上组装。

2、海洋油气平台建设现状

从现阶段来看，海洋油气平台还沿用着传统的建造模式，即顺序建造。具体来说，就是先进行模块结构的分片分段建造，再进入舾装车间预舾装，然后将结构片运输吊装到总装垫墩或滑道上，最后多个专业同时进行总装工作。但在总装阶段，由于各个专业同时开展工作，期间难免会产生各种冲突，从而会有多次返工的情况出现。因此，为了避免这种情况的发生，通常会采用单线程作业，但在时间上花费较多。安装工作，大多数都是在车间外完成，效率比较低下。另外，在建造过程中，还会有很多高空作业，这无疑会增加施工风险以及投入成本。

3、一体化建造的优势

为克服传统建造模式中存在的缺点，一体化建造应运而生。一体化建造，也就是将将平台划分成多个相对独立的模块。多个模块同时在车间进行结构预制、组装，并对模块内部机、电、管、仪等设施进行安装和涂装作业。在各个模块完成安装之后，会在滑道上一起进行总装。

相比于传统建造模式，一体化建造有诸多优势。如油漆修补工作量小、返工少、安全风险低、高空交叉作业少、多线程并行、建造效率高、资源占有少等。在油价不断下降的今天，一体化建造已成为海洋油气平台建设过程中增效降本的重要手段。

4、一体化建造在设计上的要求

模块化设计，相比于传统设计模式来说，更注重建造方案与设计的融合。之所以这么说，是因为模块化设计在设计初期，就要求建设方介入进来，以便将自身的实际需求有效的融入到设计方案之中。其中，主要是对场地资源、建造方案进行重点研究，如大型吊装设备等。施工能力以及建造工艺会受到平台装置和关键设备布置的影响。如平台吊机、火炬臂的位置等。

同时，设计要在建造方案的基础上，对总图、管线、结构、电气、仪表设计等各个方面进行优化。在设计过程中，应对建造工艺要求予以充分考虑，并尽可能的将其融入到设计方案之中。并且，应按照建造的相关需求，来对设计文件的提交顺序进行确定，以便两者之间的同步与吻合。

5、建造模块划分及总图、结构设计

5.1 建造模块划分

在设计开展初期，如何根据建造资源和设计文件，对建造模块以及设计进行合理划分，是最为重要的环节。在划分模块时，需要对以下因素进行充分考虑：

1. 本项目能够动用的吊装资源量：

2. 运输通道尺寸、运输工具能力，如SPMT小车的高度以及承载力大小；

3. 组装及预制车间尺寸；

4. 模块结构的稳定性以及总图布置。

5.2 总图布置及结构设计

建筑模块的结构设计及总图布置，应满足以下条件：

1. 每个模块重量应尽量保持均衡，模块自身结构稳定且独立，这样便于模块吊装作业及运输；

2. 每个模块的吊点应合理设计，避免设施、设备、吊点、吊绳等干涉情况的发生。只有这样，才能是每个模块的设施能够整体吊装。

6、模块化3D设计

6.1 3D模型分区及拆分

在确定好模块分区方案后，3D设计初期在PDMS中根据模块方案来分模块、分专业的创建相应的Site。在完善3D模型后，在分块界面处将跨越分区的托架、管线、风管等拆分，并在相应的Site中存放。需要海上安装的设施放在单独的Hook-Up Site中，以实现后期根据建造模块所对应的Site，进行设计图纸、重量信息及料单单独抽取的目的。

6.2 编码问题

平台分模块拆分后，为防止在多个模块中混用材料、图纸的情况出现，必须要对三维模型各杆件进行有序编码。做好编码工作，能够方便工作人员对每个元件所在区域以及属性进行有效辨识，便于出图和现场管理。3D设计前期，需要对机、管、仪、电等专业设施进行分类，并制定相应的编码规则。通过这种编码规则，来实现杆件的可追溯性及命名的唯一性。

Site、Zone（Zone为所在Site内某一类杆件的组合）。设置原则：其一，按照区块代码、专业代码、单体代码设置Site；其二，按专业设施分类，设置Zone；其三，Site信息会被Zone的命名继承。

7、一体化清单及重控管理

在设计中后期阶段，建造方应按照3D模型对每个模块的一体化建造清单及安装作业指导书进行编制，以便明确此模块中哪些设施需要在车间内进行一体化预安装，并对各专业的安装顺序予以明确，避免各专业间衔接不合理或冲突而造成多次返工的情况发生。

传统设计模式，只注重对平台重心及整体重量的控制，而模块化设计相对来说就比较全面。其不仅会对平台的重心及整体重要进行控制，还会对每个模块的重心及重量予以控制，使每个模块的重心、重量都能在吊装资源能力允许的范围内进行。但若是模块超出了现场吊重的范围，则从一体化清单中将集成安装工作量小、重量大的设施移除，直到完成总装之后，再予以安装。

8、出图管理

一体化建造相比于常规项目，其在系统出图上有所不同。之所以这么说，是因为其在设计时需要根据现场建造需求顺序按模块出图。同时，模块信息编码需要在各专业图纸中标明，以便设计图纸在不同的工程施工队中分发，提升现场管理效率。

对于要出图的模块，各个专业应介入进来，以便对3D模型进行完善，防止专业间设计深度不一致造成返工情况的发生。按照“一个模块调整，一个模块完善，一个模块出图”的滚动出图原则，对人力分配进行动态调整，对前期建造模块的3D模型进行优先细化，根据既有的建造顺序分模块抽取各专业图纸。

9、一体化设计、建造实施效果

9.1 设计阶段

（1）分块出图、出料，并进行重控信息的提取。一体化建造与设计图、料高度匹配。

（2）整体系统出图受设备资料不完善的制约减少。

（3）拆分模型，实质上就是将一个项目分成了多个独立的小项目。这样一来，可使3D建模期间修改权限的冲突大幅度降低，同时施工方可以投入更多的人力在每个模块之中，出图效率也因此得以提高。

9.2 建造、安装阶段

（1）分模块出图出料，并托架、管线等杆件名称上都会有模块编码。这样的话，现场图、料管理更具有追溯性，有利于施工人员后续工作的开展。

（2）材料、设计图纸与实际建造需求良好匹配，不仅避免了多次返工，降低了施工成本，也有效的提升了建造效率，

结束语：

总的来说，模块化设计及一体化建造在海洋油气平台建造中的应用，对于建造效率的提高，工程质量的提升，建造周期的缩短，建设目标的实现来说，具有重大意义。因此，作为海洋油气平台建造人员，应予以充分重视，并在实际工作中积极应用一体化建造方法，以此来进一步提升海洋油气平台的建设效益。