30萬t級深水FPSO生活模塊單元室外通道設計

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(廣州船舶及海洋工程設計研究院,廣州 510250)

30萬t級深水FPSO生活模塊單元室外通道設計

喬歡歡，蘇羅青，李應波

(廣州船舶及海洋工程設計研究院,廣州 510250)

針對30萬t級深水FPSO生活模塊單元功能需求，綜合考慮主管機關、船級社、船東的具體要求，尋求符合三方要求和HAB(MODU)符號的通道設計思路和方法，分析生產環節中的具體問題，提出可行的解決辦法。

生活模塊；通道；HAB

FPSO生活模塊室外通道是連接室內和室外作業區域的主通道，除了滿足船上人員的日常通行外，也是緊急情況時的脫險通道[1]。該通道若設計不符合法規、規范要求，會造成人員通行風險高、通行效率低、維護成本高，甚至會直接影響船舶消防安全，造成嚴重的安全隱患。而避免上述問題的關鍵在于合理進行通道路線布置、通道寬度和材料及結構型式選擇等。為此，通過分析法規、規范和公約等對通道設計的具體要求，總結通道的設計思路，提出可提高通道安全、經濟和舒適性的具體方法。

1 設計要點

在設計初期，須明確FPSO須遵循的法規、規范和公約規則，并熟悉其中與通道相關的設計要求，了解它們之間的異同點、制約和關聯因素。應重點考慮通道數量、樓梯的斜度和寬度設計、強度設計、欄桿的高度和材料選擇、通道凈高的保證等。同時，選用利于建造、安裝、使用和維修的方案，提高設計實用性。

1.1 通道數量及布置

本項目救生艇、筏及集合站布置在艉部A甲板2舷區域，則脫險通道應引導船上人員最終向艉部A甲板方向登乘脫險。按照SOLAS要求，FPSO依照貨船相應要求，其生活樓每層甲板應至少設計2條互相遠離的、并由梯道或通往開敞甲板的門或兩者的組合構成的脫險通道。

結合A deck，B deck室內走廊總體呈“I”型布置，C deck，D deck和E deck室內走廊總體呈“O”型布置的特點(見圖1、2)，為促使人員能第一時間撤到室外，將每層甲板主出口布置在室內走廊的兩端端部，即分別位于兩舷外端壁處。

圖1 I型內部走廊

圖2 O型內部走廊

為縮短緊急情況下船上人員從主出口到集合站的撤離時間，增加逃生幾率，在設計撤離通道路徑時，應考慮適當縮短逃生路徑。救生艇、筏及集合站位于生活樓艉部端橫壁之后的poop deck兩舷，則通道應盡量布置成直接導向艉部區域的方案，避免迂回繞行。由于生活樓位于貨油艙及主甲板上的油氣處理模塊之后，而貨油艙屬于0區危險區域、油氣處理模塊屬于2區危險區域，生活樓艉部為非危險區域，出于安全脫險考慮，將每舷的逃生梯道布置在后端橫壁處，避開前端橫壁前方的危險區域。

甲板與甲板間用樓梯實現上下立體銜接，每層甲板的主出口與樓梯道之間用結構平臺實現平面上的2點連接，進而形成兩舷各一條通向艉部登乘區域的立體脫險通道。

1.2 樓梯設計

1.2.1 樓梯角度

根據巴西港口和海岸管理局法規，通道樓梯的角度在38°～45°之間，而ABS HAB指南[2]及IMO FSS規則[3]規定，脫險通道梯道的水平傾斜角一般為45°，但不大于50°。生活樓每層甲板的設計層高均為3 500 mm，為保證人員上下舒適，簡化設計內容，也便于批量生產，將布置于后端橫壁的樓梯角度統一選用45°設計。

1.2.2 樓梯布置及形式

綜合考慮主甲板及生活樓各層甲板設備布置情況來布設樓梯位置，避免與甲板設備、開口、室外門窗蓋等發生干涉，達到外觀整體協調美觀，將2舷樓梯盡量對稱于中縱剖面布置。

ABS HAB要求當樓梯踏步垂直間高每大于3 600 mm、梯架長度大于6 100 mm時需設置中間平臺，且平臺寬度至少與樓梯寬度相同，長度不小于915 mm；而巴西法規的規定僅適用于樓梯寬度在0.6～0.8 m的情況，所以選擇按照ABS的規定：生活樓A deck以上每層甲板的層高均為3 500 mm，無需設置中間平臺；從主甲板至A deck的船舯間高是6 m，將主甲板上到A deck的樓梯設置中間平臺，同時考慮將位于34924 A.B.處夾層甲板的外部出口與通道連接，將此中間平臺設置在34924 A.B.高度處。

1.2.3 樓梯寬度

樓梯凈寬與脫險通道設計凈寬相同(根據1.3.3的分析應為1 200 mm)。

1.2.4 樓梯行走空間

ABS ERGO指南[4]要求樓梯上方障礙物距離行走面的高度不小于2 130 mm；船東規格書要求頭頂凈高不小于2 300 mm，但特殊情況下也可降至2 100 mm。按照規格書要求設計凈高，并結合踏板及角度選擇適當的甲板梯口開孔，在結構設計時選用合適的開孔周圍下加強結構尺寸，避免行走過程中凈空不足，出現磕碰頭等危險情況而影響舒適性。生活樓艉部橫端壁通道布置見圖3。

圖3 生活樓艉部橫端壁通道布置

1.2.5 踏板設計

巴西法規：

1)上下踏板重疊深度最小為0.15 m。

2)各踏板的垂直間高和斜度需相同，表面水平無凸起部分。

3)最大踏板間高為0.25 m。

ABS HAB：

1)高度不大于230 mm，包含前緣25 mm防滑部分在內的踏板深度大約是230 mm。

2)踏板深度和高度需始終一致。

3)踏板前緣為防滑表面。

ABS ERGO：

1)室外樓梯踏板須有防滑功能以防止水、冰等造成船員滑倒，踏板前部需另外設置摩擦系數不低于0.6的防滑面。

2)要求通道設計載荷為2.0 kN/m2，且此時地面的變形擾度不大于1/200的跨距距離。

船東規格書：

1)踏板需用鋸齒形表面，且前端裝有花紋板或者沖以凸孔。

2)承重區域在跨距不大于1.75 m的情況下至少能承受13 kN/m2均布載荷。

3)踏板應等垂直間高布設。船東要求踏板節點見圖4。

圖4 船東要求踏板節點

為滿足上述要求，采取如下措施。

1)選用型號為G405/30/100的壓焊鋼格板做為踏板。此踏板在跨距(即樓梯凈寬值)為1 200 mm時可承受36 kN的均布載荷，且此時擾度為5.35 mm，小于規范規定的最大值6 mm。

2)采用齒形表面踏步，以增加防滑力。國內廠家通常依照國內行業鋼格柵板標準YB/T4001.1-200X，按每100 mm內不少于5個齒、齒深H為1.5 mm≤H<2 mm沖齒，不滿足船東要求。經廠家改進模具，齒深可達3.5～3.8 mm，基本滿足船東要求。

3)踏板前端用角鐵剖面30×25×3的菱形花紋鋼板作為前護板。

4)2側分別選用2個轉矩不小于43 N·M的M12雙螺母6角螺栓固定在梯架上，螺牙定期潤滑，便于日后檢修拆換。

1.3 通道平臺設計

1.3.1 平臺布置

平臺是銜接室外出口與樓梯的橋梁，布置時要明確連接甲板層間的樓梯位置外，還需參考每層甲板室外門布置情況，以確保平臺延伸至每一個室外門出口處。各層甲板艙室布置不同，則室外門的布置不同，進而使各層平臺的布置相應也有差異，但總體上外觀需協調一致、簡潔大方，并按照1.2.3和1.3.4的要求，保證通道凈寬和凈高。

其中，C deck艉部區域布置的醫療室、機組人員休息室和直升機平臺應急設備間須能直接通向直升機平臺通道，所以平臺除了連接甲板室外門和梯道外，還需能通往艉部直升機平臺。將平臺與2舷縱向布置的直升機平臺通道連接，從而縱向連通至艉部直升機平臺。NAV. Bridge deck設有駕駛室及其2舷側翼平臺，通道平臺在延伸至各艙室室外出口的同時，也需能使人員抵達側翼平臺，以操作、檢修布置在此處的電氣設備。所以平臺從駕駛室舷側出口開始，中途連接側翼平臺及各艙室室外出口，最終抵達樓梯口處。

生活樓前壁是封閉的鋼質防火壁，根據SOLAS和ABS MODU[5]的規定，不允許出現長度超過7 m的端部封閉走廊，結合各層甲板艙室及室外門的布置情況，B,C,D,E deck的主出口距離防火壁均已大于7 m，所以通道平臺延伸至主出口處即可，不可繼續延伸至前端橫壁處。

1.3.2 平臺結構形式

SOLAS規定起居處所、服務處所和控制站內的所有梯道應為鋼質框架結構或等效的認可材料。考慮到甲板的結構型式，平臺采用鋼質板架結構形式。

1)鋼質結構的使用壽命長。

2)平臺結構可與室內甲板結構配合，將平臺強度與甲板板架視為整體進行有限元應力分析，方便設計，保證通道強度，簡化結構。

3)可選用與甲板結構型式相同的用料，從而使整體用料簡單、統一，便于采購。

4)通道平臺可與主體結構一起進行分段預制，避免交叉專業施工，減少生產、吊裝環節，縮短建造周期，降低生產成本。

1.3.3 平臺寬度

根據ABS MODU及FSS要求，脫險通道的梯道和走廊的凈寬度應不小于700 mm。本項目同時參考ABS HAB適居性要求，并遵守ABS ERGO標志指南：HAB(MODU)要求應急進出口走道凈寬不小于915 mm，ABS ERGO標志指南規定應急出口通道寬度不小于1 120 mm。凈寬度是指通道2側除過欄桿及其他障礙物后的寬度。

結合巴西法規及船東規格書所述逃生通道凈寬不小于1 200 mm的要求，將本生活樓脫險通道設計為凈寬1 200 mm。但在梯道拐角處沿脫險路線方向的平臺長度應不小于1 525 mm，以容許運輸傷員時調轉傷員擔架的方向，為此將這種情況的平臺長度設計為1 550 mm。

1.3.4 平臺通道凈高

凈高的要求與樓梯行走凈高相同，設計凈高選取為2 300 mm。生活樓每層甲板的層高均為3 500 mm，為保證通道凈高值2 300 mm，除了在設計平臺下加強型式時選擇合適的結構尺寸外，還需注意與其他布置的干涉情況，加以避免，如在照明燈具支架高度設計、房間出風口高度設計、消防管高度設計等均需注意保證通道凈高。

1.4 欄桿設計要求

1)《1966年國際載重線公約》的1988年議定書修正案[6]。

①所有露天甲板4周應裝設欄桿或舷墻。舷墻或欄桿的高度應至少離甲板1 m，如果此高度妨礙船舶正常工作，可準許采用較小的高度，但所提供的適當防護措施應經主管機關認可。

②裝設在上層建筑和干舷甲板上的欄桿應至少有3檔。欄桿最低一檔以下的開口應不超過230 mm，其他各檔的間隙應不超過380 mm。

③應按約1.5 m間距裝設固定式、移動式或鉸鏈式撐柱。移動式或鉸鏈式撐柱應能鎖定在直立位置。

④至少每第3根撐柱用肘板或撐條支持。

2)ABS SVR。

①應按約1.5 m間距裝設固定式、移動式或鉸鏈式撐柱。移動式或鉸鏈式撐柱應能鎖定在直立位置；

②至少每第3根撐柱應用肘板或撐條支持；若斜撐條的布置會妨礙人員安全通行，可按圖5所示增大寬度的撐柱來替代，其中kbs=2.9bs[7]。

圖5 支撐柱節點

③鋼質撐柱需與甲板下結構對齊，除非甲板板厚>20 mm。

④撐柱的支持件用100×12 mm扁鋼，扁鋼需與甲板雙面連續焊且焊角不小于7 mm，或者用認可的其他設計標準。

⑤欄桿最低一檔以下的開口高度應不超過230 mm，其他各檔間隙應不超過380 mm。

3)ABS HAB及ABS ERGO。

①欄桿需平行于梯梁及平臺面，欄桿頂部距離平臺上表面的高度不小于1 070 mm。

②樓梯欄桿從踏板前端量起到欄桿頂部的垂直高度B為915 mm≤B≤1 000 mm。

③欄桿間距或欄桿與任何其他障礙物的間隙不小于75 mm。

④欄桿應選用直徑40～50 mm的圓形橫截面型材，頂部欄桿可承受不小于900 N的力。

⑤踢腳板高度至少為100 mm，其下沿與通道行走面的凈距離不大于6 mm。

4)ABS MODU和FSS。

用作脫險通道的梯道的凈寬和走廊的凈寬在1 800 mm及以上時應在2側都有扶手。

綜合以上要求，作如下設計判斷和方案。

1)欄桿需設計為3層。

2)間高的選擇。為避免可能存在的裝配誤差而導致欄桿間隙過大、降低裝配難度及美觀協調，假定每層欄桿間距均為1 080/3=360 mm，欄桿設計高度1 080 mm。

3)材料的選擇。頂部欄桿選用的管材直徑為48.3 mm,壁厚5.08 mm，并與欄桿柱連續角焊；中間欄桿選用管材直徑×壁厚=33.4 mm×4.55 mm，并與頂部欄桿及欄桿柱連續角焊；樓梯欄桿柱選用管材直徑48.3 mm，壁厚5.08 mm，平臺欄桿支撐柱選用ABS A級鋼并與平臺雙面連續角焊。

4)欄桿柱支持件形式。若平臺上設置斜支撐，不但會妨礙人員行走安全及便利，而且為保證通道凈寬也勢必會增加平臺的設計寬度，進而致使平臺結構用量增加，從成本到使用均無優勢；若能把斜支撐放在平臺行走面之外，則可避免上述問題。為此結合平臺結構，將欄桿固定在平臺行走通道外側，且每第3根撐柱裝焊一肘板來增大撐柱寬度，剖面見圖6，此時：kbs=60+150=210,kbs>2.9×60，滿足規范要求。

圖6 欄桿支撐節點

5)欄桿受力分析。按照頂部欄桿需承受不小于900 N力的要求，所選欄桿材料屈服點應不小于140.9 MPa。

當選取材料安全系數為0.8時，若選用屈服點為235 MPa的直徑48.3 mm,壁厚5.08 mm ASTM A106 Gr.B，其許用應力可達235×0.8=188 MPa，大于140.9 MPa，滿足規范要求。

說明設計方案可行。

6)踢腳板設計。最低一檔欄桿距離平臺面360 mm，開口大于規范要求值230 mm，需裝設踢腳板。巴西法規要求踢腳板至少高200 mm,船東要求用FB200×8、屈服點為235 MPa的一般強度結構鋼。最終選用200×8 ABS A級鋼做為踢腳板，焊接固定在欄桿支撐柱上，并與平臺行走面保留6 mm間隙。

7)欄桿柱按最大間距1 500 mm布置；2段欄桿中心間距125 mm，則凈間隙為75 mm，滿足規范要求。

8)脫險通道凈寬為1 200 mm，按規范可只設置單側欄桿，即只在通道外側布置欄桿。為提高海上作業人員通行安全性，在通道內側，即生活樓外圍壁上加設風暴扶手，凈高為1 100 mm。

在滿足上述要求的同時，考慮加工、裝配過程中的具體細節，選用便于加工吊裝、檢修的方案和參數：樓梯2側欄桿焊接固定在梯架上，與樓梯整體預制，不與鄰接的平臺接觸，并與平臺端部處的欄桿柱保持中心間距125 mm，使平臺欄桿與樓梯欄桿不連接，便于樓梯或平臺的拆換吊裝；欄桿端部的頂部過渡采用圓角封閉時，根據GB/T 6728-2002中對冷彎型鋼的彎角外圓弧半徑R的規定，直徑48.3 mm,壁厚5.08 mm的彎管半徑應是2～3倍管子外徑，結合船東要求最大為R150和船廠實際，統一選用彎管半徑R150 mm；提前考慮室外消防設備及其支架存放位置，合理設計欄桿缺口等。

2 通道標志

按照SOLAS要求，脫險通道須確保標志清晰，脫險路線的標志和消防設備位置的標識應采用熒光材料或照明標示。結合巴西法規和船東要求，脫險通道需用油漆箭頭指示脫險方向，并在路線內噴刷有色防滑漆，以防人員滑倒。在生活樓外圍壁的通道平臺以上300 mm高度處，及各出口、梯道、拐彎或交叉處張貼IMO熒光安全標志。

3 干涉的避免

FPSO較比普通船舶設備種類多、數量多，系統多且也更為復雜，船東對使用的安全性和舒適性要求高，在多專業交叉設計的界面下，很多情況都是未曾遇到過或是設計過程中看不見的。

對生活模塊室外通道，在設計開始階段，根據通道的初步走向，整理、匯總走向區域內涉及的其他專業的設計內容和舾裝自身專業的設備布置情況，在保證基本安全通行空間前提下，也預留足夠的設備操作、吊裝檢修空間。在設計方案初定后，將通道設計具體情況與其他專業充分交流溝通，將通道及行走空間和諸如門窗蓋等需考慮實際操作空間的設備在軟件設計界面中建模，以提醒其他專業在這些區域注意保證預留足夠空間，避免發生干涉。

將干涉消除在設計階段，是提高設計質量的有效途徑，也是設計水平的直觀體現，對減少設計變更，減少施工環節的返工量，控制生產成本有重要影響[8]。

4 結論

FPSO生活模塊室外通道設計涉及的相關法規、規范和公約多，技術要求細，從總體布置到各細節參數都需結合船型特點和技術工藝現狀進行選取，綜合分析各具體規定并不斷優化完善，使其具有可靠的安全性和良好的經濟性、舒適性，又有便于建造和檢修。這正是實踐以滿足法規、規范和公約要求為基本，以獲得安全性、舒適性和經濟性為目標的通道設計理念的具體方法。

另外，盡管目前IMO沒有強制要求FPSO船型進行撤離分析，但由于生活模塊設計人數多達140人，人員分布較為密集，所以有必要設法評估通道是否能夠保證船上人員緊急疏散的安全逃生需求，具體方法可參照客船撤離分析指南對其進行撤離分析計算，由于篇幅所限，不在此詳述。

[1] 中國船級社.國際海事組織國際海上人命安全公約[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2] ABS. Guide for Crew Habitability on Mobile Offshore Drilling Units[S]. ABS，2012.

[3] IMO. International Code for Fire Safety Systems[S]. IMO，2007.

[4] ABS. Guide for Ergonomic Notations[S]. ABS，2013.

[5] ABS. Rules for Building and Classing Mobile Offshore Drilling Units 2012[S]. ABS，2012.

[6] IMO. International Convention on Load Lines 1966 and 1988 Protocol[S]. IMO，2000.

[7] ABS. Rules for Building and Classing Steel Vessels 2014[S]. ABS，2014.

[8] 潘燕華,孫迪文.設計變更對船舶建造中材料成本的影響分析[J].船舶工程，2016(6):88-92.

Design of External Access for Accommodation Unit for the 300 000 t Deep-sea FPSO

QIAOHuan-huan,SULuo-qing,LIYing-bo

(Guangzhou Marine Engineering Corporation, Guangzhou 510250, China)

According to functional requirements of the accommodation unit for 300 000 t deep-sea FPSO, with comprehensive considering the requirements from authority, classification society and owner, the design steps and methods of the external access was analyzed, which can comply the three parts’ requirements and obtain the MODU Habitability notation. The problems in production were discussed about to find the corresponding feasible solution.

accommodation unit; access; HAB notation

U674.38

A

1671-7953(2017)05-0070-06

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.05.020

2016-10-10

修回日期：2016-12-22

國家發展改革委資金補助項目(船工科[2014]474號)

喬歡歡(1988—)，女，學士，助理工程師

研究方向：船舶與海洋工程總體舾裝設計