王接班，王宏民，蔡志勇

(招商局重工(江蘇)有限公司，江蘇 南通 226116)

0 引言

自1960年以來(lái)，全球建設(shè)的7 270多座海上石油生產(chǎn)設(shè)施主要分布在墨西哥灣、亞洲、中東、北海和大西洋東北部等區(qū)域。根據(jù)相關(guān)專業(yè)報(bào)告分析，海上油氣設(shè)施退役項(xiàng)目正在大幅度增加，預(yù)計(jì)僅在未來(lái)5 a將有600多個(gè)海上油氣設(shè)施拆除項(xiàng)目，海上平臺(tái)市場(chǎng)正迎來(lái)新的報(bào)廢高峰期。

國(guó)外海上平臺(tái)的拆解工程早在20世紀(jì)70年代就已經(jīng)開始。英國(guó)北海和墨西哥灣等海域石油開采較早，其平臺(tái)拆除市場(chǎng)較為成熟，從拆解作業(yè)船型、拆解技術(shù)到工程管理均處于領(lǐng)先地位。

國(guó)內(nèi)海洋平臺(tái)拆解裝備數(shù)量稀少，目前開發(fā)和建造深水拆解平臺(tái)已經(jīng)引起了我國(guó)各級(jí)政府的高度重視。隨著半潛式平臺(tái)工作水深的增加，其結(jié)構(gòu)形式也越來(lái)越復(fù)雜，建造工藝難點(diǎn)不斷增多，建造精度要求不斷提高，部分舾裝技術(shù)難度較大，這些因素都會(huì)影響海洋平臺(tái)的建造周期和成本[1]。

本文根據(jù)半潛式起重拆解平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合船廠的實(shí)際情況，重點(diǎn)對(duì)各種先進(jìn)平臺(tái)建造合龍技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，探索出適合半潛式起重拆解平臺(tái)的建造方案。

1 影響選擇船體建造方案的主要因素

船體建造合龍技術(shù)方案是船廠進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)、工藝準(zhǔn)備、制訂生產(chǎn)計(jì)劃和指導(dǎo)生產(chǎn)過(guò)程的主要依據(jù)。影響選擇船體建造方案的主要因素是船舶產(chǎn)品的特點(diǎn)和船廠的生產(chǎn)條件。

(1)船舶產(chǎn)品的特點(diǎn)

在船臺(tái)(船塢)起重能力已定的情況下，船舶主尺度和船型特點(diǎn)是影響船體總裝方法的重要因素。小型船舶一般可選用總段建造法或整體建造法；中型船舶宜采用塔式建造法；當(dāng)船長(zhǎng)超過(guò)120 m時(shí)，采用島式建造法能充分利用船臺(tái)面積，擴(kuò)大施工面，縮短船臺(tái)周期。

(2)船廠起重能力

船廠的起重運(yùn)輸能力直接影響船體的建造方案。能否采用上層建筑整體吊裝及主機(jī)整體吊裝的建造法完全取決于船臺(tái)的起重能力。

(3)生產(chǎn)場(chǎng)地

船臺(tái)的類型、大小等直接影響到對(duì)船臺(tái)主船體建造法的選擇。例如：用水平船臺(tái)造船時(shí)，可以利用船臺(tái)小車作為總段的移運(yùn)工具而選用總段建造法；對(duì)于艉機(jī)型船舶，可以采用首先形成艉部船體的總段縱移式建造法；對(duì)于傾斜船臺(tái)，若船臺(tái)長(zhǎng)度與建造的船舶長(zhǎng)度差不多時(shí)，即使是批量建造艉機(jī)型船舶，也無(wú)法采用串聯(lián)建造法。

2 常見的建造合龍技術(shù)

2.1 上船體整體吊裝合龍技術(shù)

超大型龍門吊是上船體整體吊裝合龍技術(shù)的核心[2]。目前，國(guó)內(nèi)僅煙臺(tái)中集來(lái)福士海洋工程有限公司擁有固定式“泰山吊”。此項(xiàng)合龍技術(shù)的具體流程如下：

①上、下船體平地同時(shí)建造；

②下船體滑移下水；

③上船體滑移下水并進(jìn)塢；

④上船體整體吊裝；

⑤下船體托運(yùn)進(jìn)塢；

⑥上、下船體對(duì)接合龍。

此項(xiàng)合龍技術(shù)可將高空作業(yè)變?yōu)槠降卦欤瑴p少了高空作業(yè)工作量，大大降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)；且上船體與下船體同時(shí)建造，在保證工期方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。但此項(xiàng)技術(shù)存在如下弊端：

一次性投入成本較高、大塢資源的浪費(fèi)多、對(duì)前期設(shè)計(jì)的要求較高。

2.2 上船體整體提升合龍技術(shù)

(1)上船體提升、下船體滑移對(duì)接技術(shù)

此對(duì)接技術(shù)具體流程如下：

①上船體和下船體同時(shí)在塢內(nèi)或船臺(tái)上建造；

②待兩部分建造完畢后，將上船體兩側(cè)或四周及月池(根據(jù)情況定)設(shè)置提升塔架并安裝提示器；

③下船體下方布置液壓滑靴及軌道；

④通過(guò)提示器將上船體提升至指定高度；

⑤通過(guò)液壓滑靴的作用將下船體滑移至上船體下方指定位置；

⑥將上船體下放與下船體對(duì)接合龍。

該技術(shù)相對(duì)比較成熟，已在國(guó)內(nèi)外有大量的成功案例。此技術(shù)施工風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小、外協(xié)成本相對(duì)較低；且將高空作業(yè)變?yōu)槠降卦?，上船體工作提前，對(duì)于保證項(xiàng)目工期方面同樣具有較大優(yōu)勢(shì)。此技術(shù)不足之處在于：

①提升點(diǎn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較高，與船體之間的焊接工作量較大，后期增加大量的修補(bǔ)打磨工作；

②上船體整體提升的重量較大，對(duì)地基要求較高，需要設(shè)置大型地錨方能起到有效的固定作用；

③對(duì)于超大型薄片類上船體，四周提升時(shí)中部下?lián)线^(guò)大，如果中間無(wú)月池則需要增開提升工藝孔。

(2)上船體整體提升、下船體漂浮入位對(duì)接技術(shù)

該技術(shù)具體流程如下：

①上船體在塢內(nèi)建造，下船體在塢內(nèi)或船臺(tái)單獨(dú)建造；

②建造完畢后，在上船體兩側(cè)設(shè)置提升塔架并安裝提升器；

③通過(guò)提升器將上船體整體提升至指定高度；

④塢內(nèi)放水，下船體漂浮并托運(yùn)至上船體下方坐墩；如果下船體在船臺(tái)建造，需采用滑移接載下水后漂浮并托運(yùn)至上船體下方坐墩；

⑤提升器下放，上下船體對(duì)接合龍。

此項(xiàng)技術(shù)與泰山吊方案原理類似，只不過(guò)采用提升塔架取代大型龍門吊，具有較強(qiáng)的柔性。此項(xiàng)技術(shù)不需要借助滑移設(shè)備，直接通過(guò)浮力將船扶起，并托運(yùn)入位，施工成本低，對(duì)塢底板承載力要求不高，同時(shí)有利于工期的保證。此技術(shù)缺點(diǎn)如下：

①水上對(duì)位作業(yè)多，有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)；

②由于坐墩精度很難保證，所以對(duì)位精度要求較高，施工難度大；

③提升點(diǎn)的加強(qiáng)較多，后期修補(bǔ)工作量大。

2.3 常規(guī)搭積木的合龍技術(shù)

搭積木合龍技術(shù)是一種從底部至頂部按順序依次合龍的建造模式，廣泛用于常規(guī)船舶的建造。該技術(shù)通過(guò)對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的分段劃分，在生產(chǎn)預(yù)制完成后利用大型龍門吊在船塢內(nèi)進(jìn)行有效的總組和搭載吊裝，最后完成焊接合龍。

此項(xiàng)技術(shù)相對(duì)成熟，施工風(fēng)險(xiǎn)易于控制，所有合龍裝配工作在塢內(nèi)進(jìn)行，不需要上船體或下船體單獨(dú)下水。同時(shí)，搭積木的方式適用范圍較廣，只要有船塢、龍門吊設(shè)備即可。此技術(shù)缺點(diǎn)如下：

①船塢周期較長(zhǎng)，限制了船廠的產(chǎn)能；

②涉及大量的高空作業(yè)，腳手架及臨時(shí)支撐成本較大；

③合龍作業(yè)需要的人力資源較多且周期較長(zhǎng)。

2.4 大型總段浮吊吊裝技術(shù)

大型總段浮吊吊裝技術(shù)在搭積木技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新，主要目的在于減少平臺(tái)建造對(duì)塢期的影響，最大程度上縮短塢期，提高塢期的利用率。平臺(tái)在完成下船體連續(xù)搭載合龍的建造后，即可出塢下水，利用水上浮式起重機(jī)吊裝上船體大型總段進(jìn)行合龍。該技術(shù)缺點(diǎn)如下：

①對(duì)浮式起重機(jī)的依賴性高；

②水上作業(yè)量大，有一定安全風(fēng)險(xiǎn)；

③因波浪的影響，水上總段定位精度要求高，施工難度大。

2.5 其他技術(shù)

除上述幾種技術(shù)外，行業(yè)內(nèi)還采用下述幾種常見的合龍方式：

(1)托法合龍技術(shù)：通過(guò)調(diào)節(jié)駁船的吃水差，利用浮力把上船體舉起并安裝到下船體上的合龍方法。該技術(shù)主要用于固定式平臺(tái)的安裝。

(2)頂升滑移合龍技術(shù)：通過(guò)頂升塔架底座的液壓機(jī)構(gòu)將上船體整體頂升舉起、下船體滑移入位對(duì)接的合龍技術(shù)。此技術(shù)對(duì)于上船體重量相對(duì)較大的平臺(tái)建造具有優(yōu)勢(shì)。

3 半潛式起重拆解平臺(tái)建造合龍技術(shù)

3.1 半潛式起重拆解平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式

半潛式起重拆解平臺(tái)作為海上導(dǎo)管架平臺(tái)拆解的主要作業(yè)平臺(tái)，集起重吊裝、DP定位、生活支持等功能于一體，具有常規(guī)半潛式平臺(tái)的一般特點(diǎn)，但又區(qū)別于常規(guī)半潛式平臺(tái)。吊裝作業(yè)時(shí)，下船體潛入水中，甲板處于水深安全高度，具有水線面積小、波浪影響小、穩(wěn)定性好、自持力強(qiáng)等特點(diǎn)，且采用動(dòng)力定位系統(tǒng)，工作水深大、移動(dòng)靈活[3-4]。

半潛式起重平臺(tái)整體采用非對(duì)稱式結(jié)構(gòu)。平臺(tái)上部為甲板包，主要包括雙層底結(jié)構(gòu)、生活區(qū)、甲板。生活區(qū)以薄板結(jié)構(gòu)為主，完全布置在上船體結(jié)構(gòu)內(nèi)，可為750人提供生活支持。甲板主要用于大型模塊的承載，可變載荷為60 000 kN。甲板上設(shè)置駕駛樓、直升機(jī)起降平臺(tái)及2臺(tái)2 200 kN全回轉(zhuǎn)重吊。平臺(tái)下部為非對(duì)稱雙浮體，用支撐立柱連接，無(wú)水平橫撐結(jié)構(gòu)，立柱與浮體和上部船體之間均為雙曲圓弧連接，曲面板光順度要求高。浮體為平臺(tái)提供浮力和可變載荷，包括推進(jìn)器艙室和泵艙。立柱用于連接甲板包和浮體，內(nèi)側(cè)包含吊機(jī)相關(guān)設(shè)備艙室。

3.2 合龍技術(shù)方案的選擇

根據(jù)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、船廠場(chǎng)地資源、項(xiàng)目建造整體周期，對(duì)行業(yè)內(nèi)常見的幾種合龍方式進(jìn)行適應(yīng)性分析，初步考慮以下3種合龍技術(shù)方案。

(1)方案1：提升、滑移技術(shù)方案

方案示意圖見圖1。方案具體思路為：

①上船體與下船體(包括大浮體和小浮體)按圖示布置分別單獨(dú)建造；

②待建造完畢后，上船體前后及大浮體一側(cè)布置提升塔架并安裝提升器；

③利用提升裝置將上船體提升至指定高度；

④大小浮體分別按照?qǐng)D示方案滑移入位；

⑤提升器下放后，上船體與下船體對(duì)接合龍。

圖1 方案1

此方案的優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用船塢資源，將高空作業(yè)平地造，減少了高空作業(yè)量，提高了塢期利用率。其缺點(diǎn)具體如下：

①提升吊點(diǎn)加強(qiáng)較多，后期修補(bǔ)處理工作量大；

②提升作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大，成本高；

③上船體尺寸為81 m×81 m×12 m，整體呈薄片型結(jié)構(gòu)，中間下?lián)狭枯^大，需中間增加提升點(diǎn)。

(2)方案2：平行建造技術(shù)方案

平行建造技術(shù)方案主要設(shè)計(jì)思路如下：

①充分利用船塢資源，按圖2布置上船體和下船體，3部分同時(shí)開工建造，上船體采用高支撐按照理論高度進(jìn)行高空合龍；

②待3部分分別合龍結(jié)束后，拆除兩側(cè)支撐；

③將大小浮體按圖示方向滑移入位；

④浮體下側(cè)布置液壓油頂將其頂起與上船體對(duì)接合龍。

此方案的主要目的在于通過(guò)3部分平行合龍建造，最大程度地縮短塢內(nèi)合龍周期，從而保證項(xiàng)目整體的工期。但弊端較多，具體如下：

①合龍工況復(fù)雜，支撐較多且拆除困難；

②對(duì)合龍精度要求較高，施工難度較大；

③滑移作業(yè)因資源有限，需要委外作業(yè)，施工成本相對(duì)較高。

圖2 方案2

(3)方案3：常規(guī)搭積木技術(shù)方案

采用海洋石油981從底部至頂部按順序依次合龍的建造模式，先合大、小浮體，再合立柱，最后合龍上船體。此方案相對(duì)較為成熟，風(fēng)險(xiǎn)可控，但是塢期長(zhǎng)，對(duì)技術(shù)設(shè)計(jì)的完整性要求較高。

3.3 技術(shù)方案的比對(duì)

3個(gè)方案對(duì)比見表1。從表中對(duì)比可知，方案1和方案2在縮短合龍塢期、保證項(xiàng)目工期方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，但是存在成本大量的增加、完整性較差、精度難以控制、整體風(fēng)險(xiǎn)性較大等缺點(diǎn)。綜合對(duì)比，最終選擇方案3常規(guī)搭積木技術(shù)方案作為半潛式起重拆解平臺(tái)的建造合龍方式。

4 結(jié)論

本文介紹了選擇半潛式海洋平臺(tái)建造合龍技術(shù)需考慮的幾個(gè)因素，同時(shí)概述了行業(yè)內(nèi)常用的建造合龍技術(shù)，制定了3種適應(yīng)于半潛式起重拆解平臺(tái)建造合龍的技術(shù)方案，并通過(guò)技術(shù)方案的對(duì)比，得出的結(jié)論如下：

表1 3個(gè)技術(shù)方案對(duì)比

(1)上船體整體吊裝合龍技術(shù)效率高，但本身具有一定的局限性，對(duì)船廠設(shè)備吊裝能力的要求很高，目前還得不到廣泛應(yīng)用。

(2)提升滑移或提升漂浮的合龍技術(shù)周期較短，對(duì)合龍周期的控制較有效，但是成本很高，且風(fēng)險(xiǎn)較大。

(3)針對(duì)半潛式起重拆解平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合船廠的條件以及合龍周期的情況，半潛式起重拆解平臺(tái)采用常規(guī)搭積木的合龍技術(shù)建造更安全、更節(jié)約、更高效。