趙志堅(jiān)/中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司技術(shù)研發(fā)中心

自升式工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀與未來展望

趙志堅(jiān)/中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司技術(shù)研發(fā)中心

自升式工作平臺(tái)誕生于20世紀(jì)50年代的美國，近幾年更是得到了前所未有的應(yīng)用和推廣。本文從介紹自升式工作平臺(tái)的發(fā)展歷史和功能特點(diǎn)入手，著重梳理了自升式工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，給出了相關(guān)建議。

自升式工作平臺(tái)是一種自升式的多功能海上服務(wù)平臺(tái)，由船體、樁腿和樁靴、升降系統(tǒng)、推進(jìn)器等部分組成。自升式工作平臺(tái)可通過樁腿將船體抬離水面，實(shí)現(xiàn)漂浮狀態(tài)到站立狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，為海上作業(yè)提供一個(gè)穩(wěn)定的工作場(chǎng)所，同時(shí)，該船型還克服了傳統(tǒng)自升式鉆井平臺(tái)不能自航的劣勢(shì)，具備航行船舶的機(jī)動(dòng)性和靈活性。因此，自升式工作平臺(tái)是將傳統(tǒng)自升式鉆井平臺(tái)和航行船舶進(jìn)行功能組合后產(chǎn)生的一種創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

自升式工作平臺(tái)的發(fā)展歷史

自升式工作平臺(tái)誕生于20世紀(jì)50年代的美國，從誕生之日起就由于其功能實(shí)現(xiàn)多、靈活便利、效率高、性價(jià)比出色等優(yōu)點(diǎn)贏得了客戶的青睞。此后，幾乎每年都有新建船型投入使用，直至上世紀(jì)八九十年代，該船型在墨西哥灣的油田輔助作業(yè)中得到大力推廣。

自升式工作平臺(tái)在美國的誕生和興盛，推動(dòng)了美國船級(jí)社(ABS)針對(duì)該船型入級(jí)參考規(guī)范的設(shè)立。美國船級(jí)社針對(duì)該船型編制了獨(dú)立的參考規(guī)范（Liftboat standards），從技術(shù)上確保了該船型的安全性和可靠性，是自升式工作平臺(tái)船型走向獨(dú)立和成熟的一個(gè)重要標(biāo)志。

進(jìn)入21世紀(jì)，自升式工作平臺(tái)逐漸在墨西哥灣之外的全球多個(gè)海域得到應(yīng)用，包括歐洲北海、波斯灣、東南亞沿海、西非近海以及中國沿海，功能上也從早期的油田鉆采輔助服務(wù)延伸到風(fēng)機(jī)和模塊的運(yùn)輸與安裝、海上拆卸，以及各式各樣的近海服務(wù)。隨著功能的不斷增多，該船型已從早期的定義和功能形象逐漸發(fā)展、延伸到了更為廣闊的應(yīng)用類型，自升式工作平臺(tái)這一名稱也得以沿用，成為這一大類船型的統(tǒng)稱和廣義代名詞。

自升式工作平臺(tái)的功能特點(diǎn)

自升式工作平臺(tái)獲得廣泛應(yīng)用離不開該船型具有的一些基本功能和典型特點(diǎn)，該船型具有如下一些基本功能。首先，該船型可在一定水深的淺海作業(yè)，最大水深甚至可到300英尺，站立于海底的作業(yè)模式為海上施工提供了一個(gè)幾乎不存在任何運(yùn)動(dòng)的工作場(chǎng)所。其次，大多數(shù)自升式工作平臺(tái)在首尾布置有若干推進(jìn)器，具備自航和動(dòng)力定位能力。最后，主船體上存在多處重要功能區(qū)域，自升式工作平臺(tái)具有寬敞、開闊的甲板空間，可提供多種功能模塊與原材料的布置、運(yùn)輸和補(bǔ)給等，靠近首部設(shè)有上層建筑和駕駛室，可滿足一定的人員住宿需求，主起重機(jī)通常裝在尾部，可進(jìn)行裝載、卸貨、海上安裝、拆卸等吊裝作業(yè)。

上述基本功能為其帶來了諸多優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)構(gòu)成該船型的典型特點(diǎn)。一是穩(wěn)定。漂浮式工程船舶由于受波浪影響而存在較大運(yùn)動(dòng)，自升式工作平臺(tái)的突出特點(diǎn)是作業(yè)時(shí)穩(wěn)定性強(qiáng)，近似陸地在海上的延伸，不但延長(zhǎng)了作業(yè)窗口期，而且大大降低了海上施工的難度和風(fēng)險(xiǎn)。二是機(jī)動(dòng)和靈活。自航功能為其帶來了機(jī)動(dòng)性和靈活性，動(dòng)力定位能力則輔助實(shí)現(xiàn)從漂浮到站立的轉(zhuǎn)變，徹底擺脫了航行、站立實(shí)現(xiàn)過程中對(duì)拖輪的依賴。三是高性價(jià)比。該船型一般都比較小巧，造價(jià)低，初始投資少，作業(yè)效率高，因而性價(jià)比也較高，經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性被客戶所發(fā)掘和認(rèn)可。四是通用性強(qiáng)，能夠配合實(shí)現(xiàn)多種近海工程服務(wù)。此外，該船型適合各地的沿岸近淺海海域，全球作業(yè)區(qū)域非常廣泛。

自升式工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

現(xiàn)狀1：船型單項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)發(fā)展?fàn)顩r

為降低航行阻力，船體通常為船形形式，低航速時(shí)船首采用“簡(jiǎn)易船首+簡(jiǎn)易方形鼻艏”的設(shè)計(jì)，對(duì)于航速較高的要求，逐漸轉(zhuǎn)為帶有整體型線優(yōu)化的船首設(shè)計(jì)。主船體的長(zhǎng)、寬、高等主尺度取決于作業(yè)要求和對(duì)甲板面積的需求，并參考不同目標(biāo)進(jìn)行靈活調(diào)整。樁腿有圓筒形、方形和桁架式三種，可依據(jù)作業(yè)水深、風(fēng)浪流環(huán)境條件、單腿最大承載能力等因素綜合選擇。為配合船形形式，樁腿一般為4條，新設(shè)計(jì)已較少選用3條樁腿，對(duì)于船長(zhǎng)較長(zhǎng)的大型風(fēng)電安裝船，出于船體在站立時(shí)中垂變形量考慮，也有6條樁腿的設(shè)計(jì)案例。

常用的提升系統(tǒng)主要有插銷式和齒輪齒條式兩種。為了輔助實(shí)現(xiàn)從漂浮到站立的轉(zhuǎn)變，大多數(shù)自升式工作平臺(tái)選用DP2動(dòng)力定位能力。對(duì)于主吊起重能力，從100噸—1500噸都有應(yīng)用，偏小的主吊常采用非繞樁式，隨主吊能力的增大，則逐漸轉(zhuǎn)為繞樁式更為優(yōu)化。

現(xiàn)狀2：船型整體功能的發(fā)展與延伸

中遠(yuǎn)船務(wù)交付的一艘自升式工作平臺(tái)

中遠(yuǎn)船務(wù)交付的兩型風(fēng)電安裝船

在整體功能實(shí)現(xiàn)上，自升式工作平臺(tái)正朝著多種應(yīng)用和設(shè)計(jì)理念的方向發(fā)展。自升式近海風(fēng)電安裝船伴隨海上風(fēng)電的發(fā)展而興起，專用于海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸與安裝，本質(zhì)上也屬于該船型，是一種大型化、復(fù)雜化的自升式工作平臺(tái)，如中遠(yuǎn)船務(wù)已交付的兩型四艘用于歐洲北海的大型風(fēng)電安裝船。國外近幾年提出的walk to work（走著去上班）理念也催生了眾多新型自升式工作平臺(tái)，如為淺海油氣田提供大批量員工住宿服務(wù)的自升式生活平臺(tái)，為近海大型風(fēng)場(chǎng)提供維修、保障和住宿服務(wù)的自升式風(fēng)場(chǎng)運(yùn)維保障基地平臺(tái)等。還有一些船廠為客戶定制化開發(fā)了海上碎石平臺(tái)、水下炸礁平臺(tái)、氣體壓縮平臺(tái)、海洋牧場(chǎng)平臺(tái)等，都是一些較為成功和創(chuàng)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、應(yīng)用推廣案例。

自升式工作平臺(tái)便于各類海上作業(yè)設(shè)備與其結(jié)合、疊加，實(shí)現(xiàn)重復(fù)、多功能使用的目的，在近淺海各類工程領(lǐng)域具有“互聯(lián)網(wǎng)+”的特性，是近淺海海域的“自升式工作平臺(tái)+”工具，一定程度上說，該船型是近淺海工程作業(yè)的首選輔助工具。

現(xiàn)狀3：歐美繼續(xù)引領(lǐng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

在大型、復(fù)雜的自升式工作平臺(tái)設(shè)計(jì)方面，歐美繼續(xù)作為創(chuàng)新設(shè)計(jì)的領(lǐng)跑者。據(jù)統(tǒng)計(jì)，第三代及更先進(jìn)的風(fēng)電安裝船幾乎全部由歐美公司設(shè)計(jì)，這其中存在多方面原因。一是自升式工作平臺(tái)船型誕生于歐美國家，歐美國家設(shè)計(jì)公司的技術(shù)實(shí)力最為雄厚，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)也最豐富。二是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的母型眾多，多類產(chǎn)品都有清晰的“代”的指標(biāo)劃分，形成了設(shè)計(jì)迭代升級(jí)的良性循環(huán)。三是市場(chǎng)引領(lǐng)和倒逼技術(shù)發(fā)展，歐美在海上油氣、近海風(fēng)電領(lǐng)域起步早，發(fā)展領(lǐng)先，對(duì)新技術(shù)、新設(shè)計(jì)的需求一直處于世界最前沿。最后，歐美設(shè)計(jì)公司與市場(chǎng)需求的結(jié)合更為緊密，也有能力快速設(shè)計(jì)和開發(fā)出適合當(dāng)前市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。

現(xiàn)狀4：國內(nèi)設(shè)計(jì)與開發(fā)現(xiàn)狀

隨著一些國內(nèi)設(shè)計(jì)公司、船廠在該船型基礎(chǔ)共性技術(shù)能力上的逐步具備，符合中國市場(chǎng)需求的各類型自升式工作平臺(tái)也被設(shè)計(jì)和開發(fā)出來。中遠(yuǎn)船務(wù)主導(dǎo)完成了工信部的近海風(fēng)電安裝船研發(fā)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)指標(biāo)達(dá)到國際第三代風(fēng)電安裝船標(biāo)準(zhǔn)?；轄柡９ら_發(fā)了多種類型的自升式工作平臺(tái)，初步形成具備不同指標(biāo)特征的多類型產(chǎn)品設(shè)計(jì)系列。中集來福士設(shè)計(jì)了氣體壓縮平臺(tái)和海洋牧場(chǎng)平臺(tái)，并完成建造和交付。上海佳豪根據(jù)客戶需求完成了海上碎石平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

國內(nèi)自主設(shè)計(jì)案例雖然眾多，但以小型自升式工作平臺(tái)為主，還不具備面向多個(gè)高指標(biāo)、大型化、復(fù)雜化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和優(yōu)化能力，更遠(yuǎn)未達(dá)到歐美國家的設(shè)計(jì)引領(lǐng)水平。在計(jì)算、分析、評(píng)估等基礎(chǔ)共性技術(shù)方面，國內(nèi)多個(gè)公司都做到了初步掌握，但靈活應(yīng)用共性技術(shù)開發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的能力還有欠缺，經(jīng)驗(yàn)也不夠豐富。國內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成熟母型設(shè)計(jì)偏少，還處于靠解讀、復(fù)制、改進(jìn)國外設(shè)計(jì)為主的“微創(chuàng)新”階段，原創(chuàng)和具有一定顛覆性的概念設(shè)計(jì)更是少之又少。在“設(shè)計(jì)-建造-實(shí)船應(yīng)用-問題反饋-改進(jìn)設(shè)計(jì)-升級(jí)換代”的產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)流程上，“實(shí)船應(yīng)用-問題反饋-改進(jìn)設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)的缺失最多，還未形成良性的設(shè)計(jì)迭代循環(huán)，這也是導(dǎo)致設(shè)計(jì)水平不高、設(shè)計(jì)與市場(chǎng)需求不夠匹配的一個(gè)重要原因。此外，國內(nèi)近海工程市場(chǎng)的發(fā)展時(shí)間較短，大部分需求都能從歐美設(shè)計(jì)中得到借鑒或引用，市場(chǎng)對(duì)技術(shù)和設(shè)計(jì)的需求還未進(jìn)入依托創(chuàng)新為主的發(fā)展階段。

自升式工作平臺(tái)的未來發(fā)展

一是在傳統(tǒng)油氣資源領(lǐng)域仍存在一定市場(chǎng)需求。近幾年，國際石油價(jià)格一直處于低位徘徊狀態(tài)，石油公司不得不通過各種降本增效方式減少海上石油開采的成本支出，自升式工作平臺(tái)恰好符合當(dāng)前的低成本策略，而且全球其他海域遠(yuǎn)未達(dá)到北美海上油田的使用密度，屬市場(chǎng)未飽和海工裝備，再加上該船型在墨西哥灣擁有多年的成功應(yīng)用歷史，可以預(yù)見，船東將會(huì)加大投資和開發(fā)力度，該船型在海上油氣服務(wù)領(lǐng)域還存有一定的拓展空間，全球作業(yè)海域也將變得更為廣泛。

二是應(yīng)用于近海風(fēng)電安裝與其他各類近海作業(yè)領(lǐng)域。風(fēng)電作為綠色、清潔、可持續(xù)能源的典型代表，擁有巨大發(fā)展?jié)摿ΓＩ巷L(fēng)電更是具有陸地風(fēng)電無可比擬的優(yōu)勢(shì)，中國、歐洲沿海國家、美國等能源消耗大國紛紛制定了各自的海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃。隨著海上風(fēng)電的優(yōu)勢(shì)被大家熟知，全球沿海國家必將加快近海風(fēng)場(chǎng)開發(fā)的速度，風(fēng)電安裝船、風(fēng)場(chǎng)維護(hù)基地平臺(tái)將具有良好的市場(chǎng)前景。此外，油氣和風(fēng)電之外的近海作業(yè)細(xì)分市場(chǎng)也有待開發(fā)，同時(shí)也是一個(gè)基于新市場(chǎng)需求的創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程。

三是看到發(fā)展的同時(shí)，也要關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)。海工市場(chǎng)的持續(xù)低迷將大家的目光引向了自升式工作平臺(tái)，近幾年國內(nèi)船廠在該船型上的訂單迅速增多，甚至出現(xiàn)了接近零首付、基本設(shè)計(jì)未完成、沒有潛在租約的生效項(xiàng)目，這從一個(gè)側(cè)面說明了該船型投資過熱和走向泛濫的趨勢(shì)。雖然該船型還未達(dá)飽和，但畢竟單一船型的市場(chǎng)容量有限，不能填補(bǔ)整個(gè)海工市場(chǎng)低迷帶來的缺失，預(yù)計(jì)該船型的競(jìng)爭(zhēng)將更趨激烈。當(dāng)前態(tài)勢(shì)下，產(chǎn)業(yè)鏈各方更要用理性的眼光看待該船型投資市場(chǎng)，認(rèn)真評(píng)估項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)（租約風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、交船風(fēng)險(xiǎn)等），采取更加謹(jǐn)慎的態(tài)度。此外，大多數(shù)自升式工作平臺(tái)在作業(yè)范圍內(nèi)的相互替代性較強(qiáng)，功能的重疊也會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌?chǎng)需求壓力，需要各方的特別關(guān)注。

四是要面向設(shè)計(jì)公司和船廠。自升式工作平臺(tái)的一個(gè)劣勢(shì)是對(duì)惡劣海況的適應(yīng)性不足，在新應(yīng)用海域的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面可以加強(qiáng)對(duì)海況的適應(yīng)性、安全性、作業(yè)窗口期方面的評(píng)估。對(duì)于船廠來說，在基礎(chǔ)共性技術(shù)能力具備的條件下，可開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以便更好地貼近客戶需求，并集全周期設(shè)計(jì)與采購、建造于一體，形成更全鏈條的EPC交鑰匙模式，打造更強(qiáng)的綜合經(jīng)營接單實(shí)力。

五是創(chuàng)新引領(lǐng)。繼續(xù)夯實(shí)和積累面向該船型的基礎(chǔ)共性技術(shù)能力，將其與緊貼市場(chǎng)需求的創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)相結(jié)合，開發(fā)出真正符合客戶需求的創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并在不斷發(fā)展的市場(chǎng)需求中形成自己的良性設(shè)計(jì)循環(huán)。對(duì)于這一通用性較強(qiáng)的船型，也建議各方進(jìn)一步拓展海洋開發(fā)的思路，將自升式工作平臺(tái)看作陸地在近海的可移動(dòng)延伸點(diǎn)，充分發(fā)揮“自升式工作平臺(tái)+”的海上作業(yè)工具特性，將更為寬廣的陸地作業(yè)與其結(jié)合，開發(fā)出更多的應(yīng)用和創(chuàng)新。 ★

中遠(yuǎn)船務(wù)主導(dǎo)的工信部高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目—采用液壓升降裝置的近海風(fēng)電設(shè)備安裝船模型