張國(guó)中，高指林，孫 瑜，韓小康，鄭曉娟

(中國(guó)海洋石油工程股份有限公司 天津 300452)

0 引 言

自20世紀(jì)60年代以來(lái)，模塊化技術(shù)在造船工業(yè)發(fā)達(dá)的美國(guó)、俄羅斯、日本等國(guó)都得到了迅速發(fā)展。起初用于造船行業(yè)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展現(xiàn)在越來(lái)越多地應(yīng)用于海洋工程等行業(yè)，并成為不斷發(fā)展的重要技術(shù)。模塊化技術(shù)的不斷發(fā)展導(dǎo)致設(shè)計(jì)思想、建造工藝及管理上的重大變革。

1 模塊化建造概述

針對(duì)施工中工期、場(chǎng)地等資源限制，目前在海洋石油平臺(tái)建造過(guò)程中，越來(lái)越重視模塊化建造技術(shù)的應(yīng)用。模塊化施工是一種先進(jìn)的施工理念，它的先進(jìn)性在于它大量引入了平行作業(yè)，在傳統(tǒng)建造中需要同一地點(diǎn)依次完成的工作，現(xiàn)在可以多地點(diǎn)同時(shí)開(kāi)展，從而大大縮短了工期。其理念在于對(duì)傳統(tǒng)施工方法進(jìn)行優(yōu)化，依靠先進(jìn)的建造技術(shù)，將鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制、安裝、線路、管路設(shè)備的安裝，包括后期調(diào)試等工序進(jìn)行了深度交叉，縮短建造周期，提高建造質(zhì)量，降低建造成本，提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。具體施工流程如圖 1所示：

圖1 平臺(tái)模塊化施工流程Fig.1 Modular construction process of a platform

2 模塊化技術(shù)應(yīng)用

2.1 模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)

模塊化設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)階段就要按照要求進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，這是實(shí)施模塊化技術(shù)的主導(dǎo)和關(guān)鍵。項(xiàng)目進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)建造模式，設(shè)計(jì)的角度和思路既要著眼項(xiàng)目的整體功能，又要考慮各個(gè)模塊的相對(duì)獨(dú)立性，把握好整體和單模塊的關(guān)系。項(xiàng)目的模塊劃分是實(shí)施模塊化建造的關(guān)鍵技術(shù)之一，項(xiàng)目對(duì)象是包含多個(gè)工藝流程和系統(tǒng)的設(shè)備管道系列，要成功達(dá)到模塊化的預(yù)期，即要以功能的實(shí)現(xiàn)和工藝流程為基礎(chǔ)，合理的頂層規(guī)劃也至關(guān)重要。模塊劃分受到眾多因素和原則的影響和制約，這些因素和原則包括：

①項(xiàng)目要實(shí)現(xiàn)的功能，模塊劃分必須要保證這個(gè)功能，不能以犧牲項(xiàng)目的功能進(jìn)行模塊劃分。

②要保證項(xiàng)目的安全，不能因?yàn)檫M(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，而產(chǎn)生一些不安全因素。

③要考慮模塊建造、裝船、海運(yùn)、安裝過(guò)程的可行性，例如場(chǎng)地的建造能力、吊裝能力、港口的承受能力、海運(yùn)船舶的運(yùn)輸能力、裝船方案等因素。

④模塊的劃分最好與裝置各相應(yīng)功能相對(duì)應(yīng)。

⑤要保證各模塊安裝連接的安全性，有助于建造過(guò)程的質(zhì)量控制、尺寸精度控制、重量和重心控制。

2.2 模塊化建造技術(shù)

模塊化建造一般在建造場(chǎng)地上直接進(jìn)行，大大節(jié)省了滑道資源。在需要對(duì)預(yù)制場(chǎng)地進(jìn)行承載力評(píng)估的地方，合理布置各模塊位置，以滿足建造需要。模塊一般采用一體化進(jìn)行建造，由于一個(gè)項(xiàng)目模塊很多，對(duì)大型吊裝機(jī)械的需求量很大，整個(gè)裝置進(jìn)行模塊化后，劃分成多個(gè)模塊進(jìn)行并行建造，這是模塊化建造的重要優(yōu)勢(shì)之一。并行建造是對(duì)各個(gè)模塊建造過(guò)程進(jìn)行并行、集成化處理的系統(tǒng)方法和綜合技術(shù)。在建造過(guò)程中要注意以下事項(xiàng)：

①在基本設(shè)計(jì)前就要明確建造方法，根據(jù)建造方法編制總體計(jì)劃，做出總體建造方案。在基本設(shè)計(jì)過(guò)程中，不斷細(xì)化和調(diào)整總體建造方案。除傳統(tǒng)的施工圖之外，要重視模擬施工技術(shù)的應(yīng)用，如圖2、圖3為某平臺(tái)三維模型。在充分利用三維制圖軟件后，對(duì)于施工情況提前進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)施工中可能存在的諸如干涉等問(wèn)題，采取解決措施。

圖2 機(jī)、電和管專業(yè)與鋼結(jié)構(gòu)同時(shí)施工Fig.2 Synchronized construction of mechanical, electrical and tube operations and steel structures

圖3 模塊化建成平臺(tái)圖Fig.3 A modularization platform

② 模塊支撐選取，對(duì)于支撐性結(jié)構(gòu)，考慮施工的便利性及潮水影響，一般結(jié)構(gòu)支撐的高度在 600～800,mm 左右。過(guò)高不利于施工，而且會(huì)增加腳手架的搭設(shè)工作。對(duì)于功能模塊，建造所要求的鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)墊墩高度宜為1,500～1,800,mm之間，利于甲板下部輔助性結(jié)構(gòu)如支架、電纜馬腳等附件的安裝。

③ 模塊化結(jié)構(gòu)預(yù)制，在海洋石油平臺(tái)預(yù)制中存在大量的功能性結(jié)構(gòu)，如設(shè)備底座、風(fēng)機(jī)支架、穿倉(cāng)件等，在建造過(guò)程中要注意此類結(jié)構(gòu)的模塊標(biāo)準(zhǔn)化，此部分工作在預(yù)制安裝過(guò)程中可以提高施工效率。

④ 部分成品件提前安裝于模塊之上，在進(jìn)行后續(xù)工作及最后平臺(tái)噴砂時(shí)有可能會(huì)對(duì)這些成品件造成影響，需要提前采取保護(hù)措施。如為了適應(yīng)海洋腐蝕性環(huán)境，有部分支架需要通過(guò)鍍鋅和涂裝進(jìn)行防腐，鍍鋅支架必須在焊接前完成熱侵鋅。而甲板噴砂除銹時(shí)，會(huì)有大量的沙粒噴到結(jié)構(gòu)表面，將破壞鍍鋅層。為防止這種破壞，需要甲板噴涂前，對(duì)鍍鋅支架進(jìn)行保護(hù)，在施工中可以使用棉布、塑料包裹到鍍鋅支架表面等。

⑤ 由于模塊化建造中存在著大量的資源約束和不確定性，施工時(shí)面臨復(fù)雜的多項(xiàng)目并行條件下的資源沖突問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的動(dòng)態(tài)管理和分配非常困難，對(duì)此項(xiàng)工作在施工中需要重點(diǎn)關(guān)注。此外，并行建造要充分考慮設(shè)計(jì)的可行性，人員、施工資源配備情況，原材料的到貨進(jìn)度，施工流程邏輯性，季節(jié)、其他項(xiàng)目對(duì)施工進(jìn)度的影響，合理編制施工計(jì)劃和方案。

3 模塊化建造優(yōu)勢(shì)

3.1 節(jié)省場(chǎng)地資源

由于大型鋼結(jié)構(gòu)建成后，需要裝船運(yùn)到海上進(jìn)行安裝，盡管目前裝船存在吊裝裝船、滾裝裝船等方法，但從技術(shù)成熟性和費(fèi)用方面考慮，仍多采用滑道牽引裝船的方法。

為了便于裝船，對(duì)于滑道牽引裝船，需要組塊在滑道上預(yù)制。在項(xiàng)目建造高峰期，滑道便成為稀缺資源，需要各項(xiàng)目盡量縮短在滑道上的停留時(shí)間。模塊化施工大大增加了預(yù)舾裝和預(yù)安裝的場(chǎng)地要求，縮短了滑道總裝的時(shí)間，充分利用滑道外的工期，節(jié)省了場(chǎng)地資源。

3.2 并行施工，縮短工期

模塊化設(shè)計(jì)、建造技術(shù)的建造思路是把整個(gè)LNG站場(chǎng)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)成不同的區(qū)域模塊，這些區(qū)域模塊在不同的地點(diǎn)進(jìn)行并行建造，建造完成后進(jìn)行總裝和調(diào)試，進(jìn)而完成整個(gè)平臺(tái)的建造，縮短項(xiàng)目工期。

3.3 減少高空作業(yè)工作量

甲板片預(yù)制完成后需要吊裝至滑道上進(jìn)行空間安裝，涉及舷外作業(yè)、高空作業(yè)情況。采用模塊化建造，大部分舷外支架、馬腳等附件可在甲板片安裝期間同時(shí)完成，極大減少了各專業(yè)間施工矛盾和重復(fù)性工作，節(jié)省人力，縮短工期；減少設(shè)備側(cè)進(jìn)等復(fù)雜工況，減少吊機(jī)作業(yè)；減少高空作業(yè)。

3.4 降低項(xiàng)目成本

模塊化技術(shù)便于對(duì)施工流程進(jìn)行優(yōu)化，降低項(xiàng)目成本。例如，由于鋼結(jié)構(gòu)涉及大量焊接工作，采用模塊化建造后，大量的附件在未涂裝前進(jìn)行焊接，完成后整體噴涂，減少了二次涂裝的工作量及油漆的破壞，同時(shí)節(jié)省工作及人工投入。經(jīng)實(shí)際項(xiàng)目初步計(jì)算，采用模塊化建造對(duì)于一個(gè)1,500,t組塊，節(jié)省費(fèi)用達(dá)百萬(wàn)左右。

4 結(jié) 論

模塊化技術(shù)對(duì)于是海洋平臺(tái)建造是發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于平臺(tái)建造業(yè)來(lái)說(shuō)既是一種挑戰(zhàn)，也是一種機(jī)遇。設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮建造的便利性大大提高了設(shè)計(jì)能力；在建造過(guò)程中充分考慮海洋平臺(tái)的施工程序，統(tǒng)籌安排平臺(tái)施工順序及建造場(chǎng)地安排，大大提高了施工管理能力；同時(shí)，施工成果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行反饋，提升了設(shè)計(jì)、建造的綜合水平。不斷總結(jié)海洋平臺(tái)模塊化設(shè)計(jì)、建造方法和經(jīng)驗(yàn)，將會(huì)很大程度地提高海洋平臺(tái)模塊化設(shè)計(jì)和建造水平，縮短項(xiàng)目工期，降低項(xiàng)目成本，對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益具有重要的意義，能夠促進(jìn)海洋工程行業(yè)的快速、高質(zhì)量的發(fā)展。

［1］ 馬永康. 淺論海上石油平臺(tái)模塊的設(shè)計(jì)[J]. 船舶，1991(4)：8-16.

［2］ 謝文瀾. 國(guó)外船舶裝備運(yùn)用模塊化方法研究[J]. 艦舶標(biāo)準(zhǔn)化與環(huán)境條件，1993(1)：11.

［3］ 宋連琪，倪鶴明，李陵，等. 論證研究、設(shè)計(jì)建造思想的更新模塊化新概念[J]. 船舶工程，1996(2)：5-9.

［4］ 王修來(lái)，莊陽(yáng)，姜維，等. LNG站場(chǎng)模塊化建造研究[J]. 中國(guó)造船，2010(12)：340-344.