T型導管架下水駁船設計建造過程中的控制要點

王飛躍李 治李雪松黨　 博丁永海（.深圳海油工程水下技術有限公司 深圳58067； .海洋石油工程股份有限公司安裝公司 天津00480；.海洋石油工程股份有限公司設計公司深圳分部 深圳 58067）

T型導管架下水駁船設計建造過程中的控制要點

王飛躍1李 治1李雪松2黨 博3丁永海1
（1.深圳海油工程水下技術有限公司 深圳518067； 2.海洋石油工程股份有限公司安裝公司 天津300480；3.海洋石油工程股份有限公司設計公司深圳分部 深圳 518067）

在海洋油氣的開發中，下水駁船承擔著大型結構物（如導管架、組塊等）的裝載、運輸、下水和安裝等角色，尤其是超大型導管架（例如荔灣3-1項目32 000 t導管架）的滑移下水，更是下水駁船所獨有的功能。該文重點從導管架下水設計的角度出發，以18 000 t T型導管架下水駁船為例，介紹了在設計和建造此類下水駁船中，需要控制的一些技術要點，從而為今后同類船舶的設計建造提供借鑒。

T型導管架下水駁船；監造；主要性能；控制要點

引　言

在海洋油氣資源開發過程中，常使用甲板駁船進行大型或超大型結構物的運輸和安裝。該類駁船主要依靠調整壓載水，使駁船前后產生傾角或上下產生高度差，從而實現滑移下水或浮托安裝。由此，融合了滑移下水和浮托安裝這兩大功能，且能適當縮小不必要的甲板面積，提高甲板承載效率的T型（凸字型）導管架下水駁船應運而生。它不但具備大型導管架的滑移下水功能，還具備海上組塊的浮托安裝能力，并能運輸其他大型海洋結構物［1］。

本文以2013年海洋石油工程股份有限公司建造的一艘18 000噸級T型下水駁船為例，重點選取導管架下水過程的工況要求進行分析，對T型導管架下水駁船設計和建造中的控制要點進行闡述。

1　設計中的控制要點

通常使用T型下水駁船進行導管架滑移下水的導管架的質量為4 000 ～30 000 t，超過30 000 t的超大型導管架經濟性較差，所以在實際海洋油氣開發中較少應用。使用下水駁船進行導管架下水和組塊浮托安裝，可以節省使用大型浮吊資源的費用，提高海上安裝效率。

圖1為導管架滑移下水過程示意圖。駁船被拖輪牽引到設計位置后，駁船通過壓排載使船體逐漸傾斜，達到一定角度時，導管架克服靜摩擦力沿著滑道滑動，導管架最終與駁船完全分離，實現導管架滑移下水。

以18 000噸級T型下水駁船為例，根據導管架裝船和下水各工況，在船舶設計階段，駁船的搖臂等結構件不僅要滿足18 000 t導管架滑移下水的要求，還包括整體船舶穩性和強度、船體過渡區域結構強度、船舶調載能力等進行計算和配置選型。

圖1　導管架滑移下水過程示意圖

1.1 駁船主尺度及參數

18 000 t下水駁船的主尺度及主要參數見表1。

1.2 T型結構的選取

表1　18000t下水駁船主尺度　m

18 000 t下水駁船是世界上第一艘全新設計建造的T型駁船，之前現存的T型駁船主要是由方形駁船改造而成。T型結構的駁船相當于是在方形駁船的尾部區域左右舷各增加一個浮箱，以提高尾部區域船體的浮力，緩解牽引裝船時調載的壓力（見下頁圖2）。放寬的尾部區域共計增加8個壓載艙，既有利于裝船或下水過程中的調載穩性控制，也提高了裝載量，而窄部區域則便于實施浮托安裝。

圖2　18000t下水駁船艙室劃分圖

采用T型結構的缺點是增加了拖航過程的阻力以及橫向裝船的難度，航向穩定性也受到影響。為改善拖航中的航向穩定性，在駁船尾部中心和左右對稱處共設3道呆木。在設計階段進行的船模試驗也驗證了拖航阻力及航向穩性的改善。

1.3 船寬過渡區域強度控制

船寬過渡區域是結構的薄弱區域。設計中采用有限元分析法，就各工況對該區域的強度進行校核，本文僅以水下工況為例進行論述。過渡區域計算模型沿船縱向從FR20橫艙壁到FR50橫艙壁，橫向從左舷舷側到右舷舷側，垂向從船底板上至主甲板。

導管架下水是一個連續的動態過程，最危險的工況之一是導管架即將傾斜而此時船正處于中拱狀態。計算所選工況為：駁船尾傾9°，船尾部下水23.1 m。根據下水分析計算結果可知FR20的端面彎矩為3 543 363 kN·m，FR50的端面彎矩為3 152 212 kN·m。

圖3　船寬過渡區域強度校核模型

參照CCS《油船結構強度直接計算分析指南》第8章《強度標準》要求［2］，艙段分析中主要構件的許用應力如下頁表2所示，其中H32高強鋼的材料系數取為0.78。

表2　船寬過渡區域主要構件的許用應力值

導管架下水工況下計算船寬過渡區域結構構件板單元最大平均應力值見表3。

從計算結果看，考察的船寬過渡區域結構的最大應力值小于許用應力值，結構強度滿足規范要求。

表3　船寬過渡區域主要構件的最大核算應力值

1.4 搖臂系統強度控制

在導管架下水的過程中，當導管架重心移至鉸接件正上方（即搖臂將轉動）的時候，搖臂將承受導管架的大部分質量。對于搖臂結構來說，此種情況最危險，需采用有限元計算方法， 對搖臂結構的強度進行校核。圖4為搖臂強度校核模型。

圖4　搖臂強度校核模型

在導管架下水過程中，浮力對導管架的支持作用將逐漸增大。根據導管架下水駁的下水分析，導管架的浮力不小于導管質量的20%。取導管架排除浮力后的質量為原質量的80%，并假設導管架施加到每根搖臂上的載荷是一樣的，當導管架滑靴與搖臂之間發生相對移動時，滑靴與搖臂之間將產生摩擦，導管架木質滑靴與搖臂頂部聚四氟乙烯墊片之間的摩擦系數取為0.06。由于此摩擦力相對于導管架壓力較小，故忽略不計。所以，對于18 000 t的導管架，取每根搖臂承受的載荷為7 200 t。將7 200 t分為兩部分施加到搖臂上，將其40%換算成均布載荷施加在搖臂的全長上，將其60%均分為兩部分，分別施加到搖臂的兩端（參見下頁圖5）。

圖5　載荷分布示意圖

由此可得：

q = 0.4×7 200 t/（27.7 m×1 m）= 104.0 t / m2

q′= 0.5×0.6×7 200 t /（4 m×1 m）= 540.0 t / m2

式中： “27.7 m”為40%載荷在搖臂上分布長度；

“4 m”為60%載荷在搖臂上分布長度的一半；

“4 m”為搖臂與鉸支座接觸寬度。

參照CCS《海上移動平臺入級規范》（2012版）第2篇第3章第4節第2條的相關規定［3］，在靜載工況下，對于軸向拉壓或彎曲應力，結構構件的安全系數應為1.67；對于剪切應力，結構構件的安全系數應為2.50；對于等效應力，結構構件的安全系數應為1.43。搖臂的材質為H36高強度鋼，其屈服極限為355 N/mm2。構件內各種應力的許用值為：

［σ］= 1 / 1.67×σ屈服

= 1 / 1.67×355 N/mm2= 212 N/mm2

［τ］ = 1 / 2.50×σ屈服

= 1 / 2.50×355 N/mm2= 142 N/mm2

［σe］= 1 / 1.43×σ屈服

= 1 / 1.43×355 N/mm2= 248 N/mm2

表4為搖臂各部件屈服計算結果。計算結果表明，在下水工況，搖臂結構上的應力未超過許用值，結構屈服能夠滿足規范要求。

表4　搖臂各部件屈服計算結果　N/mm2

1.5 船舶壓載能力的控制

根據本船設計規格書要求，船舶可在青島、湛江、赤灣三地裝船。由于不同碼頭滑道的最小高度及駁船本身滑道距主甲板2 000 mm高，所以裝載作業受到以下限制：

（1）碼頭滑道距水面的最大高度為9.60 m；

（2）首部最大結構吃水為11.5 m；

（3）允許潮汐變化為4.50 m；

（4）最大潮汐變化速度為1.0 m/h。

表5　船舶主作業碼頭相關參數　m

裝船時，需要根據碼頭的潮汐變化，通過壓排載使船上滑道和碼頭滑道保持在同一個水平面上。由此可知，當壓載泵的排量越大、壓排載能力越強時，就越容易滿足不同碼頭的裝船需求。但是，隨著壓載泵排量的增加，進出口管徑也會隨之增大，從而影響壓載系統透氣管的直徑。從圖6可以看出，隨著壓載泵排量增加，透氣管直徑增加，船舶成本也相應增加，而船舶的經濟性卻降低了。由此可見，最優的選擇是兩條曲線交點處對應排量的壓載泵。據此，本船設6臺排量2 300 m3/h的壓載泵，分別布置在首尾泵艙，其中2臺作為備用泵。壓載管系原理見圖7。

圖6　透氣管直徑、船舶經濟性與壓載泵排量關系示意圖

圖7　壓載管系原理

下頁表6為各管系的管徑參數，透氣管的管徑滿足《CCS 鋼質海船入級規范》要求［4］，系統的壓載能力可滿足上述三地碼頭、潮汐情況的導管架裝船要求。

1.6 發電機組的選擇

本船設4臺柴油發電機組（3臺500 kVA主發電機和1臺188 kVA輔發電機），為船舶提供動力電源。正常作業工況時，2臺主柴油發電機和1臺輔柴油發電機并聯運行，1臺主柴油發電機備用；停泊工況時，一般開1臺輔柴油發電機，冬季工況時，考慮開1臺主柴油發電機，以滿足用電要求。

本船設自動電站1套。自動電站具有遙控、手動起動發電機、自動進行負載分配、自動并車、手動并車等功能，以保證電網供電的連續性和經濟性。本船所選用的3臺主柴油發電機和1臺輔柴油發電機調速特性曲線相似，可以通過調速來完成并車運行。為滿足船舶作業時用電要求，能夠實現主輔發電機并車運行。

表6　各管系管徑核算對照表

對于本船，裝船作業時，需要壓載泵及掃艙泵來糾正船舶負載，通風機限制機艙及泵艙溫度；下水作業時，需要壓載泵進行壓載，通風機限制機艙及泵艙溫度。

考慮船舶所有電氣設備額定功率及相應需用系數，計算得到各區域或系統需求功率，以導管架裝船為例進行計算（見表7）。

表7　裝船及下水作業各系統需求功率表

間歇負載考慮同時使用系數0.4：

P2= P1×0.4 = 517.40 kW×0.4 = 206.96 kW。

連續負載考慮同時使用系數0.8：

P3= P1×0.8 = 1 003.43 kW×0.8 = 802.74 kW。

實際總需求功率P4：

P4= P2+ P3= 206.96 kW + 802.74 kW = 1 009.70 kW。

考慮電網損失5%時的功率P5：

P5= P4×105% = 1 009.70 kW×105% = 1 060.19 kW。

通過表7內容可以看出，對于導管架裝船工況，需要3臺主發電機和1臺輔發電機并聯運行，此時用電負荷為79%；對于導管架下水工況，需要2臺主發電機和1臺輔發電機并聯運行，此時用電負荷為85%。綜合以上分析，本船配備的供電設備在容量上能滿足本駁船各種作業工況下的電力需求。

1.7 PE管的使用

在建造中，考慮到本船壓載系統排量巨大的特點，為盡量減小管道流阻和提高泵的效率，不僅對壓載系統中口徑大于或者等于DN700的管系涂裝形式由鍍鋅改為內壁納塑鋼涂敷（外壁正常涂敷），還同時對壓載泵、掃艙泵、艙底泵等進行內部和葉輪的納塑鋼涂敷。這樣既減少了工作量，也使管子的使用年限增加一倍。此外，通過與設計院共同論證，對本船壓載管系、壓載透氣管系、壓載掃艙管系等的壓載艙室內的部分管線采用PE塑料管。改用PE管后，船體質量比使用鋼管時輕了約150 t，且省卻了鋼管施工中的大量管材焊接、除銹、鍍鋅及油漆噴涂等工序，從而實現整個建造工程的節能減排。

2　建造中的控制要點

船舶建造涉及多項專業，既要按分工各自完成，又要互相協作和配合。如果建造工作量巨大，監造組更需要同設計單位、船廠、船檢部門以及現場施工人員加強溝通，確保現場建造的關鍵點得到控制。

2.1 設計成果的落實

所有的建造都是在設計成果的基礎上進行的，但是，好的設計成果還需要通過建造來落實。在設計階段，監造組進駐設計院，對設計成果再進行認真的思考和校核，確保設計的合理性和可執行性［5］。建造階段，監造人員輪班現場巡查，確?，F場施工有圖可依，按圖施工；對于船廠方面生產設計中的變更，相應專業的工程師負責跟蹤落實，杜絕出現設計變更和現場施工脫節的現象。

2.2 施工工藝的貫徹

建造開工前，結合本船的結構形式對船廠現有焊接工藝評定（WPS），并且審查了該工藝的可行性和有效性，對于缺少的焊接工藝評定要求逐一補上，合格后才可準予施工。此外，施工前與設計、施工、質檢人員、現場驗船師召開技術研討會，針對本船建造過程中有關問題進行深入交流和探討，提出建造中的難點和重點，編制詳盡合理的施工工藝也是必不可少的。

本船搖臂結構和船寬過渡區域，存在大量的高強鋼和厚板的焊接工作，焊接前進行焊接工藝評定，編制相應焊接工藝文件，焊接工藝文件中對焊前預熱、層間清理、反面清根、焊后保溫緩冷以及焊后熱處理等都有明確的要求和規定。如對本船搖臂軸的焊接工藝明確提出：焊前須預熱到150 ～300℃，焊后須加熱到500℃，恒溫1小時后保溫緩冷。因此，監造人員應不定時進入現場進行查驗，確保工藝貫徹到現場施工中。此外，這些部件的焊接人員除必須具備相關的資質及相應位置的焊接能力，還需實行先考試后上崗制度。

2.3 建造質量的控制

對建造質量的監控是船舶監造最為根本的目的，也是貫穿整個建造過程的一項工作。本船采用監造項目組和接船項目組統一管理的模式，為充分調動船員工作的積極性及與監造組工程師的無縫銜接，船員在監造組成立初期便逐步分批加入，參與現場質量驗收工作。為保障船舶建造質量，監造人員應根據專業進行不同的職責劃分，通過專業知識來強化質量管理［6］。要求船廠質控人員時時深入現場，對建造過程進行嚴格把關，在遇到質量問題時不能因局部而影響整個造船進度和建造質量，做到早發現、早解決。在整個建造過程中要積極聯系船廠各職能部門，與他們溝通合作，對存在的問題采取不回避、不妥協、不放過的原則，堅決整改，使整個造船質量合格達標。

2.4 良好人際關系的構建與把控

在船舶監造工作中，處理好各種人際關系也是監造人員的重點工作內容之一［7］。尤其在現代船舶監造中，監造人員需要處理的關系包括：設計單位設計員、船級社驗船師、船廠設計人員、船廠質檢人員以及船廠施工人員等，所以，良好的溝通和健康和諧的人際關系尤為重要。良好的溝通可以為船舶建造工作提供和諧的關系與協商環境，促進船舶制造過程的有序開展、促進建造的順利進行。健康的關系可以保障溝通的高效與便捷，增加監造人員同設計人員、船廠建造人員之間的互信，有利于提高建造效率，提升建造質量。在監造工作中，監造人員應以保證船舶的建造質量為基本原則，以嚴謹認真的工作態度促進船舶建造工作的順利開展；以尊重互信的友誼促進高效溝通；以良好的溝通協調促進船舶建造平穩運行，進而實現對工作進度和質量的監控目的。

3　結　論

18 000 t下水駁船作為世界第一艘新建的T型下水駁船，在設計和建造中雖然有類似的船舶可以參考和借鑒，但也遇到許多全新的問題。在項目建造過程中，根據本船在施工作業中的特點，通過對關鍵區域或部件各階段的重點控制，從而確保該船的建造質量，該船在2013年9月投入運行至今已安全完成近十個海上安裝的施工作業，取得了良好的經濟效益。

［1］ 徐田甜，張美榮.導管架下水駁船的“浮托法”安裝改造研究［J］.船舶，2009（3）：45-49，64.

［2］ 中國船級社.油船結構強度直接計算分析指南［R］. 2003.

［3］ 中國船級社.海上移動平臺入級與建造規范［R］. 2005.

［4］ 中國船級社 . CCS 鋼質海船入級規范及其修改通報［R］. 2009.

［5］ 張瑩.淺談船舶管理的方法［J］. 中國水運，2010（8）：10-11.

［6］ 林錫麟.船舶監造工作初探［J］.中國遠洋航務，2011（2）：76-78.

［7］ 李宏微.論船舶監造工作的有效開展［J］.科技創新導報，2012（14）：247.

Control points of T-shape jacket launching barge in process of design and construction supervision

WANG Fei-yue1LI Zhi1LI Xue-song2DANG Bo3DING Yong-hai1
(1. COOEC Shenzhen Subsea Technology Co., Ltd., Shenzhen 518067, China; 2. COOEC Installation Company, Tianjin 300480, China; 3. COOEC Engineering Company, Shenzhen 518067, China)

The jacket launching barge is in charge of the loading, transportation, launching and installation of large structures, as the jacket and blocks, during the development of offshore oil and gas. It has a unique function of huge jacket launching (e.g. the 32 000 t jacket of Liwan 3-1 project). From the design of jacket launching, the present study mainly introduces some technical control points in the process of the design and the construction for a 18 000 t T-shape jacket launching barge. It can provide reference for the ship design in future.

T-shape jacket launching barge; construction supervision; main functions; control points

U615.35+2

A

1001-9855（2016）04-0005-09

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2016.04.005

2016-03-07；

2016-04-08

王飛躍（1966-），男，項目經理，研究方向：海洋工程現場施工及海工船舶監造等方面。

李 治（1987-），男，助理工程師，研究方向：海洋工程現場施工及海工船舶監造等方面。

李雪松（1989-），男，助理工程師，研究方向：海洋大型結構物現場安裝及海工船舶監造等方面。

黨 博（1988-），男，助理工程師，研究方向：海洋工程項目設計等方面。

丁永海（1988-），男，助理工程師，研究方向：海洋工程項目設計等方面。