6月9号

海洋平台的设计及建造施工方案

第一节平台结构设计的一般步骤

海洋平台的结构设计首先是根据平台作业海域的环境条件、海底土壤特性、

平台的使用要求、安全性、营运性能、建造工艺和维护费用以及业主的期望等选

择平台的结构型式方案。由于平台长期固定或系泊于特定的海域中作业,它不像

一般船舶那样，遇到大风浪可以避航，因此，在结构设计中正确的确定海洋环境

条件显得非常重要。海洋环境条件一般包括海域的水深、风暴、波浪、海流、潮

汐、海底冲刷和滑移、冰情和地震等。这些海洋环境因素对平台的安全和作业效

率有极大的影响。

为了设计出满足各项设计条件，同时经济性能优良的平台结构，往往需要选

择多种方案进行分析比较，最后选定最佳的方案。因此平台结构设计实际上是一

个逐步逼近或试探的过程，例如挪威阿柯(AKER)集团设计的“阿柯—H3”号半

潜式平台就选择了A至H的8中方案进行分析、筛选，最后选定了H方案中的

第3种修改方案，平台也因而取名为“阿柯-H3”.

一般初步选定一种结构型式，确定平台主要尺寸，具体进行总体布置后，如

果是移动式平台则需要进行运动性能和稳性的分析，倘若不满足设计任务要求和

有关范围的规定,那么这种结构型式就要被淘汰。

为了进行结构安全性校核，需要进行外载荷计算、强力构件尺寸的初步确定

和构件材料的选取等工作，最后进行结构的总体强度分析。外载荷计算包括确定

平台的浮力、结构重量、平台的甲板载荷，由风、浪、流、冰、地震引起的环境

载荷等，这些载荷直接影响着构件的布置、连接和尺寸的大小，是决定结构设计

优劣的重要因素。对于固定式平台,还需进行桩基计算以及桩-土-结构相互作用的

分析。平台的所有强力构件都必须符合规范的强度标准，否则应修改构件的尺寸

和材料品种,直到满足要求为止。

在结构强度尺寸确定后应对在总体布置时估算的结构重量进行校核，看其与

实际的是否一致,若相差较大还需要进行调整.

结构设计的最后一个阶段是局部节点结构设计,平台节点是重要的结构部位，

它的强度和施工工艺往往直接影响平台总体结构的寿命。图4-1为平台结构设计

的一般流程。

图4-1平台结构设计的一般程序

第二节海洋平台建造施工

(一)海洋平台建造的一般原则

移动式平台和固定式平台都是钢质海上建筑物.对于前者，无论从设计原理、

建造工艺及工厂生产设备来看，还是从制造厂的地址设置、生产场地要求出发，

都与造船有很多相似之处.因此由造船工业部门来承担各类钢质平台的设计与建

造任务是合适、合理的.从我国实际上看，世界上许多海洋平台建造业发展得快,

居于先进地位的国家，如英国、挪威等，他们的平台建造厂多数是由造船厂发展

而成。

从70年代以来，我国已经制造了若干种类的钢质平台。如大连造船厂在70

年代初建造的工作水深30m的“渤海一号”自升式平台，1983年黄埔造船厂制

造的“华海一号”自升式平台，1984年上海船厂制造的“勘探3号”半潜式平台。

此外,渤海石油公司还建造了一批40m一下水深的导管架平台，用以开发埕北油

田。

平台的甲板结构支撑着主要的钻井设备（如井架、各种机械装置等），提供

了平台的各种工作和生活模块。所谓模块，是指已进行充分预舾装的立体分段.

它们通常是分别进行设计的，所采用的规范和标准可能各不相同,设计思想也不

完全一致。模块通常不是由同一厂商或在同一地点建造的。一般,模块在陆上建

造，然后将其拖运至现场进行吊装。由于海上气候变化无常，因此必须减少吊装

时间，在有限的可作业环境条件下完成平台上部模块结构的安装。随着模块尺度

和重量的不断加大，海上起重能力也在迅速提高。现有模块的重量大致范围在

250～350t,有时可达2000t.

甲板设备组块建造成尺寸约为3~4.6m×15～18m×4。9～6.1m（10～15ft×

60ft×16~20ft）的模块。有时尺寸达11m×23m×6.5m（35ft×75ft×21ft）.下图4

—2为一甲板结构的剖视图.现有起重船的起重能力决定了模块的尺寸或重量。图

4—3摘录了模块尺寸。模块在称之为滑架的纵桁和衡梁的垫材上建造。这些模

块被设计成能自己支撑的并跨于甲板基础结构的主要桁架之间。其他各种尺寸的

滑架适合于准备放在平台甲板上较小较轻的设备。

图4—2甲板结构剖视图

模块设计成能支撑其最大的固定和可变重量的组合。最大的模块起吊重量不

应超过317t，然而454t的模块起吊重量也不罕见。

图4-4平台模块示意图

对于最小的自升式钻井平台，模块尺寸必须与钻井装置组块的尺寸和布置想

配合。某些方案对组装钻井装置部件是适用的，见图4—4。

图4—3甲板设备组块的模块尺寸(图中’表示英尺）

图4—5诺布尔钻井公司27号钻井装置的正面图（’表示英尺，”表示英

寸）

甲板模块可以在任一邻近水域的远距离建造场地的地方建造,并由驳船运送

到近海处.设计中主要包括确定为上驳用的滑梁和合适的宽度、吊环位置的设计

和驳船海上运输期间适当的连接撑杆。

（二）下水与海上安装

自升式平台与半潜式平台都有类似船体的下部浮体，对下水进行必须的安

全计算,可以采用类似船舶下水的方法，用滑道或船坞下水。本节着重介绍导管

架平台的下水和海上安装。导管架在岸上制造完毕后,一般采用运输驳船将其运

至海上施工现场，然后下水,扶正定位,打桩，并最后安装上部甲板结构,此时整个

导管架才算建造完毕。

1、上驳与系紧

将完工的导管架用滑道从总装场地移到码头的下水驳上成为上驳。为防止

导管架在上驳过程中产生不容许的应力集中和变形,要考虑陆上和船上的滑道保

持同一高度。驳船的纵倾要保持在最小限度，其载荷分布与驳船压载情况要用计

算机事先计算.

导管架上驳后，在导管架与驳船之间要焊接拉筋。焊接点要位于舱壁上方

或其它有足够刚性构件的部位。从上驳地点到还上安装工地往往要经过长途拖

航。拖航过程中由于驳船重心升高,使其稳性恶化，过大的风浪还会使驳船产生

剧烈的摇摆,在导管架和拉筋上产生很大的应力，因此在拖航过程中要严格监测

驳船的运动情况和应变情况。

导管架在下水上驳的情况如图4-6所示。

图4-6下水驳的工作过程

2、下水和海上安装

导管架的下水方式有以下几种：

(1)浮吊下水。将导管架从下水驳上用浮吊吊起下水。

(2）下水驳整体下水.当下水驳到达海上安装地点后，拆除拉筋，向驳船舱内

注水，使驳船产生一定的纵倾，使导管架沿着滑道下滑，当导管架重心通过摇臂

轴后迅速旋转入水,如图5所示。

对于中小型导管架平台可以一次在陆上总装成功。对于大型导管架平台，

如水深在150m以下的平台，可以分散下水，在海上合拢.

导管架安装、定位、经过打桩固定于海底以后，接着进行甲板结构吊装。甲

板结构安装完毕即可进行模块吊装.

第三节BH108施工实例

（一)施工装备及机具

1、动用船舶:

浮吊:BH108

驳船：BH307（平台，隔水套管)，重任503（桩）

拖轮:BH283

其他：辅助工作小船,BH207(辅助抛锚及运输货物）

2、准备工作：

切割导管架与驳船支座的连接，从中间切断六根斜撑（截至最后离开，斜

撑也没有完全切除)。

把定位GPS装置吊到导管架顶层甲板上。

起吊：由三根拖拉绳协助控制导管架在空中的位置

定位：在防沉板放到海底之前,工作人员登上平台进行最后的精确定位

图4-7BH108吊装方案2of4

（二）打桩施工及安全

1、概况:一共三根桩,不分段.每根长52.85米，直径1066mm.打入泥面以下45

米。采用IHCS—500打桩锤，外接桩替打

2、准备工作：

切割桩的固定装置,在桩替打和打桩锤外面画上刻度。

吊桩：采用IHC的起桩器

插桩：由潜水员进行辅助定位插桩。每根桩从起吊到插入套筒需要1小时左

右。

第一次打桩完毕,潜水员下水观察确定是否打到了预定位置.基本上打一根桩

需要45分钟左右。

使用加速度传感器实时测量打桩在平台上产生的最大加速度值。分别为：第

一次打桩时水平0。1g，垂直0。2g，第二次打桩时水平0。15g,垂直0.3g。

从目测看，打桩过程平台上部结构振动较大，有滑轮等振落海里。

（三)调平

二次打桩结束后，导管架倾斜度为2。5％，按照预先的方案,需要进行调平.

测平原理:利用连通器原理

调平方式：提拉低点

（需要潜水员进行水下辅助作业）

（四）灌浆

原计划在甲板顶部进行灌浆，现在为了施工方便，在登平台梯子附近把原灌

浆管线切断,从外部进行灌浆。

图4-8平台调平作业3of3

(五）打隔水套管

概述:分三段,分别长42.3m,21m,21。5m。打入泥面以下55m。采用IHCS-90

打桩锤，无替打。打隔水套管在灌浆结束后12小时进行.

准备工作：切割固定装置

起吊：采用吊耳形式。第一段隔水套管吊耳在顶部,第二、第三段吊耳均在

底部。

振动情况：从加速度传感器上看比打桩的时候振动要小

施工时间：每段从起吊到焊接完毕并且磁粉探伤检验完毕需要1小时左右.

由于开始的土层比较松软，打第二段隔水套管需要时间较短，打第三段时候每根

需要1小时左右.

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