海上固定平臺生活樓模塊舾裝減重影響因素分析與建議

宋 杰,許 蓮,李春萌

(上海利策科技股份有限公司,上海 200233)

海上固定平臺生活樓模塊舾裝減重影響因素分析與建議

宋 杰,許 蓮,李春萌

(上海利策科技股份有限公司,上海 200233)

國內海洋工程正逐漸向深水領域發展，海洋平臺重量成為影響其經濟性的關鍵因素之一。平臺組塊重量會極大地影響下部結構重量，而生活樓是平臺上部組塊中的重要組成部分。通過分析90人生活樓各類艙室家具及舾裝材料的重量，提出合理使用重量輕、性能好的新型材料，使舾裝重量減輕，從而實現平臺組塊結構重量的減輕，提高海洋平臺下部結構的經濟性。

海洋平臺；生活樓；舾裝新材料；重量減輕

0 引 言

中國是一個能源生產和消費大國，但是中國的能源又比較缺乏，能源消費結構不合理。目前我國陸上石油產量增長停滯不前，而海洋油氣儲量豐富，增長潛力巨大。在我國的海域中，南海海域更是石油寶庫：中國對南海勘探的海域面積目前僅有16萬平方千米，發現的石油儲量已達52.2億噸。

現在我國準備加快南中國海油氣資源的勘探開發，但這一海域水深在500～2 000 m，迫切需要發展深海油氣勘探和開發技術。深水開采中，鋼制導管架平臺的結構重量及造價會隨著水深的增加而急劇增長，影響平臺的工作性能和經濟性。在兼顧平臺性能和經濟性的前提下，有效控制平臺上部組塊重量，減輕結構荷載，是油氣資源勘探開發向深水發展的一個關鍵因素。生活樓是平臺上部組塊中一個比較重要的組成部分，因此，控制生活樓舾裝重量是上部組塊設計中一個比較重要的命題。本文對90人生活樓各類艙室家具及舾裝材料重量進行了分析，提出通過合理使用新型材料來減輕舾裝重量，從而提高海洋平臺下部結構的經濟性。

1 生活樓的布置及重量分布

生活樓的主要用途是給海上平臺工作人員提供一個安全、舒適的休息、娛樂場所。生活樓的主要房間包括居住用房、公共用房、衛生用房、辦公用房、炊事用房、醫療用房、無線通信用房等[1]。根據平臺類型、組塊總體布置、生活樓在平臺所處位置、生活樓擬定居住人數等，按照防火、安全、保溫絕緣、脫險救生[2]等規范要求對生活樓各層進行布置，同時在滿足規范要求的條件下也要考慮平臺生活樓人員的舒適性[1]。現以某固定式平臺上定員為90人的生活樓為例進行相關討論。

圖1所示為生活樓各專業重量分布情況。從圖1中可見舾裝專業重量約占整個生活樓總重量的29%，因此控制舾裝重量可以減輕結構荷載，優化結構重量，對于整個生活樓的減重是比較有效的。

圖1 90人生活樓各專業重量分布Fig.1 Weight ratio of every section of a 90-person living quarters

2 生活樓舾裝重量組成

生活樓舾裝材料主要包括各類區域家具設備、衛生盥洗設備、洗衣設備、醫療設備、門窗、保溫防火材料、救生設備以及地板敷料等[3]。圖2所示為90人生活樓舾裝重量組成。從圖2中可以看出，居住及辦公區家具、盥洗設備、防火保溫材料、圍壁天花板、地板敷料和救生設備是生活樓舾裝重量比較集中的幾類，合計約占舾裝總重量的86%。從舾裝優化設計角度出發，兼顧生活樓的功能和經濟性，其中可以進行選材減重的有艙室家具、盥洗設備、防火保溫材料、圍壁天花板和地板敷料。具體分析如下。

2.1 居住及辦公區家具、衛生盥洗設備

在滿足使用方功能性要求的條件下，生活樓艙室布置需要滿足《國際海事勞工公約》[4]對艙室面積、高度以及家具布置、大小的基礎要求，另外，有關公約對于餐廳廚房設備和衛生盥洗設備的配置均有與定員相聯系的規定。因此，在滿足規范的條件下，優化艙室家具布置，從實用性考慮多使用功能性兼具的家具也是舾裝減重的一個有效辦法[1]。

圖2 90人生活樓舾裝重量組成Fig.2 Weight components of outfitting of 90-person living quarters

另外家具材料目前以木材、鋼材為主，但根據《國際海上人命安全公約》(《SOLAS公約》)對可燃材料使用限制的要求[2]，平臺上木質家具的使用比例往往較低，主要采用鋼制設備家具，雖然提高了安全性，但比較笨重。近年來，以鋁合金材料為主的家具和設備的出現使得設備和家具的選擇更多。鋁合金家具美觀、堅固、耐用，同時又具有不易銹蝕、密度低、不燃等特性，除滿足規范對家具設備的要求之外，還兼具許多優點，獲得了市場較好的評價。根據市場成熟鋁合金家具使用案例可知，采用鋁合金設備和家具，可減重約40%。

衛生盥洗設備材料主要有陶瓷和不銹鋼。根據實際項目數據可知，使用不銹鋼衛生盥洗設備，可減重約70%。

表1統計了使用新材料替換90人生活樓艙室家具中的鋼制框架和衛生盥洗設備中的陶瓷設備后的重量數據。從表1中可以看出，使用新材料后重量減少約8.1 t，減少的重量約為原設備重量的21%。

表1 90人生活樓艙室家具、盥洗設備更換材料前后重量比較Table 1 Comparison of weight of cabin furniture and washing equipment for the 90-person living quarters when using different materials

2.2 防火保溫材料

生活樓外壁及生活樓頂部和底部需敷設保溫絕緣材料，以達到“冬暖夏涼”的效果。傳統的絕緣材料是(30+50) mm厚的巖棉，容重140 kg/m3；另根據《SOLAS公約》要求對生活樓進行防火分區后[2]，對防火等級有要求的區域需要敷設防火材料，傳統A-60防火等級需敷設(20+20) mm厚陶瓷棉來滿足要求，其容重為170 kg/m3；對于天然氣田，如果防爆參數要求達到一定數值，即需要設置防爆墻，傳統H-60防爆材料容重是170 kg/m3。

在滿足規范要求的條件下，目前市場上的絕緣防火新型材料容重可以降低到48 kg/m3，防爆新材料容重可以降低到80 kg/m3。

從表2可以看出，使用防火纖維材料后，90人生活樓防火絕緣材料可以減重約39.3 t，減少的重量約為原防火絕緣材料重量的53.9%。

表2 90人生活樓防火絕緣材料更換前后重量比較Table 2 Comparison of weight of fire-proof and insulating materials for the 90-person living quarters when using different materials

2.3 圍壁天花材料

常規生活樓居住艙室、公用處所(餐廳、辦公室、會議室)和內走道的襯板、獨立圍壁及天花板均采用聚氯乙烯(PVC)貼面的復合巖棉板；廚房、盥洗室、洗衣房等潮濕環境處所采用不銹鋼表面的復合巖棉板；其中，襯板厚度為30 mm，獨立圍壁板厚度為50 mm，天花板采用30 mm厚的復合巖棉板[3]。

目前可替代復合巖棉板的材料中，蜂窩板是比較好的選擇。蜂窩板是使用鋁箔制成的仿蜂窩的板材，面板一般用PVC或者玻璃鋼；其材料特點是：(1)密度低，強度高，這也是我們選擇該類材料的主要原因；(2)防火性好，鋁箔制成的板可以有效防止火焰擴散，并減少煙塵的產生，對于提高生活樓的安全性也有幫助；(3)兼具耐久性和裝飾性，鋁箔板的材質特性決定了它經久耐用，抗沖擊性、抗疲勞性和耐候性均比較好，而且磨光或紋理處理不影響其特性，提高了其裝飾性。

表3所示統計結果表明，蜂窩鋁箔板在生活樓中除了吸音天花之外的地方均適宜替換，減重36.1 t，減少的重量約為原圍壁天花重量的65.6%。

表3 90人生活樓襯板、圍壁天花材料更換前后重量比較Table 3 Comparison of weight of bulkhead and ceiling for the 90-person living quarters when using different materials

2.4 地板敷料

甲板敷料約占整個生活樓舾裝重量的15%，屬占比較大的部分，同時甲板敷料也可以采取一些材質替代，并可以在保持功能的情況下有效地減輕重量。常規船甲板敷料的敷設一般為居住艙室、公用處所(餐廳、辦公室、會議室)和內走道等處所地板，敷設不燃輕質甲板敷料，其上敷設3 mm厚防火橡膠地板；廚房、盥洗室、洗衣房等潮濕處所采用40 mm厚水泥，其上鋪設10 mm厚防滑瓷磚[3]。

甲板敷料所用材料中水泥和地磚的密度較大，如果能有效替代，將能可觀地減少舾裝重量。乳膠甲板敷料是在水泥砂漿中加入一定比例乳膠制成的，同時也可以選擇性摻入阻燃劑，提高阻燃效果。乳膠甲板敷料的特點是相比水泥其耐壓、抗折、耐磨、抗沖擊性能都有極大的提高，特別是增強了敷料和甲板的黏結力，省去了原來水泥敷料所需要的金屬馬腳，而且降低了敷設厚度，可直接敷設約10 mm，不僅簡化了施工工序，而且減輕了重量，同時乳膠甲板敷料的耐水性也有所改善，能適應其所處的潮濕環境。另外甲板敷料中的3 mm厚防火橡膠地板也可用2 mm厚PVC替代，在滿足規范要求的同時，防火性和舒適性均達到要求，同時密度減小，而且PVC地板的裝飾性很強，可制作多重紋理。

從表4數據可以看出，減少水泥、瓷磚的使用，可以大幅度地減少甲板敷料重量，對于90人生活樓減重約15 t。

表4 90人生活樓甲板敷料材料重量比較Table 4 Comparison of weight of deck covering for the 90-person living quarters when using different materials

2.5 舾裝減重總結

通過上述數據分析可知，采用新材料后，90人生活樓舾裝原重量292.6 t，減輕重量98.6 t，減重約占原舾裝重量的1/3。對于整個生活樓而言，原生活樓總重量為994 t，減重后895 t，生活樓減輕約10%，舾裝重量所占比例從減重前的29%減為21%。圖3是舾裝減重后的重量分布。為清晰起見，圖3中僅明確標出了占比較大的結構和舾裝部分。

圖3 舾裝減重后90人生活樓各專業重量分布Fig.3 Weight ratio of every section of the 90-person living quarters after weight reduction of outfitting

2.6 新材料使用經濟性分析

新材料的使用勢必會對平臺建造成本造成影響。新增材料費用與節省結構建造等費用之間的平衡點也是平臺建造需要考慮的。對于本文討論的90人生活樓，如上所述，舾裝減重合計約98.6 t。舾裝材料總費用約450萬元，較原先增加104.5萬元。具體的減重數據和各項增加費用如表5所示。

表5 使用新材料后90人生活樓舾裝重量減輕及費用增加數據Table 5 Weight reduction and increase in cost when using new materials for the outfitting of the 90-person living quarters

以上數據可能因為采購廠家的不同會有一定偏差，但我們的目的是看出費用增加與減重之間的比較關系。

從表5可以看出艙室設計盥洗設備使用新材質對于減重是“高費用、低收益”，所以目前使用較少，但鋁合金艙室家具和不銹鋼盥洗設備具有美觀、堅固、耐腐蝕的特點，可以增加艙室環境的美觀度和舒適度。防火保溫、圍壁天花以及甲板敷料等使用新材料對于費用增加的影響較小，目前一些在建或者已建成項目已經成功使用了文中所述的防火纖維毯以及蜂窩鋁等材料。

另外，幾種新材料從施工工藝上與傳統材料相比，區別并不大，例如輕質防火纖維與傳統的陶瓷棉、巖棉在安裝方式上基本是一致的；蜂窩鋁箔板與傳統的復合巖棉板的安裝方式也相似，一般采用頂槽吊架，板與板之間采用歐米伽連接或其他相似的方式；甲板敷料中的乳膠水泥相比傳統水泥可以省去金屬馬腳，直接敷設，簡化施工工序。因此，新材料的使用不僅不會使施工工藝變得復雜，反而能在一定程度上簡化施工、提高效率[5]。

3 結 語

控制生活樓的重量是優化海洋平臺結構的一個重要部分。本文以90人生活樓為例，對各類艙室家具及舾裝材料重量進行了分析，提出通過合理使用新型材料來減輕舾裝重量，從而提高海洋平臺下部結構的經濟性。對于業主而言，也可依據具體項目需要，對舾裝材料進行合理選擇。部分項目對重量比較敏感，接近某個極限值時，可以選擇適當增加費用、減輕舾裝重量以滿足工程需要。

[1] 呂津波.海洋平臺生活樓人體工程學設計研究[D].天津：天津大學，2009.

[2] 國家經濟貿易委員會.海上固定平臺安全規則[S].2002.

[3] 中國船舶工業總公司.船舶設計使用手冊-舾裝分冊[M].北京：國防工業出版社，2002.

[4] 國際勞工組織(ILO).2006年海事勞工公約[S].2006.

[5] 中國船級社.淺海固定平臺建造和檢驗規范[S].2004.

AnalysisandAdviceonImpactFactorsofOutfittingWeightReductionforOffshoreFixedPlatformLivingQuartersModule

SONG Jie,XU Lian,LI Chun-meng

(ShanghaiRichtechEngineeringCo.,Ltd.,Shanghai200233,China)

With the continuous development of Chinese offshore engineering towards deeper water,more attention is paid to the economy of offshore platforms.The weight of an offshore platform is an important factor that influences its economy.The weight of platform topside greatly influences the weight of the sub-structure,while living quarters is one of the most important parts of the topside.After analyzing all kinds of cabin furniture and outfitting materials of a 90-person living quarters,it is pointed out that the rational utilization of light-weight and good-performance new materials can reduce the overall outfitting weight,which in turn leads to the weight reduction of the platform topside and consequently improves the economy performance of the sub-structure.

offshore platform; living quarters; outfitting new materials; weight reduction

文獻標志碼A

2095-7297(2014)03-0207-06

2014-08-25

宋杰(1982-)，男，工程師，主要從事海洋平臺設計研究。