海洋石油平臺建造過程中電儀專業設計施工優化探討

祁永青， 魏 然， 孫義韜， 樊祥濱

(海洋石油工程(青島)有限公司，青島 266520)

0 引 言

當前，新冠肺炎疫情對全球政治經濟安全的直接沖擊或有減弱，間接或次生影響仍然不能忽視，大宗商品價格持續上升，海上油田開發受其高投入特性影響，投資規模持續壓縮。海洋石油平臺建造領域同時受到投資壓縮和材料成本持續上升的影響，利潤空間逐漸壓縮。同時，國內從事鋼結構建造的施工人員年齡結構逐步增加，新增從業新鮮血液補充減少，人力成本逐年以較快速度增長。在嚴峻的外部環境和窘迫的內部生存壓力下，通過不斷優化建造板塊的生產設計和施工方式以降低成本和提高工效已經成為海洋工程企業建造板塊降本增效的必行之路。本文通過分析海洋石油平臺電儀專業施工現狀，探討研究優化設計和施工管理方法，實現降本提效的目的。

1 電儀專業、設計施工現狀

電儀專業工程設施作為海洋石油平臺的動力系統和中樞神經，其建造施工貫穿平臺建造始終。由于電儀專業涉及的系統較多，每個系統通常由核心控制設備、終端用戶設備及其相互連接的電纜組成，其專業特點決定了電儀專業的終端用戶數量龐大，在平臺上呈點狀分布，施工管理和項目管理的難度非常大，在建造工程項目全生命周期屬于關鍵環節，尤其在工程收尾階段，往往會成為可交付成果移交的制約因素[1-2]。但通過梳理電儀專業工作項可以發現，電儀專業施工的關鍵環節按照建造流程歸結為3個步驟： 第一步是電纜托架支架、設備支架等鐵舾裝件的預制安裝過程；第二步是電纜托架和設備的安裝過程；第三步是電纜敷設和接線過程。在多年的項目管理工作過程中，發現這3個環節的施工一直不順暢，通過總結分析發現，這些制約因素存在一定的共性。通過對這些制約因素的總結分析，可以找到優化設計和施工的方法。

1.1 末端通路設計深度不夠

目前，電儀專業的盤柜設備、照明燈具、電纜主通路已經實現了三維模型設計，設計部門提供設備定位圖、照明設備定位圖、托架支架定位圖用于施工[3]，但部分雜散設備如設備按鈕、在線儀表等未進行三維模型設計，設計單位不能提供該類設備的定位圖，只提供布置圖用于施工指導。由于設備布置圖沒有準確的定位信息，施工人員在根據設備布置圖施工時，會根據現場實際情況并結合施工經驗進行安裝，為后續專業施工產生碰撞埋下隱患。管線上的在線儀表通常由配管專業進行三維建模，其建模儀表的目的是配置管口信息，對于儀表的種類、規格、位號等信息在模型中標識不全，配管專業和儀表專業都沒有出具儀表布置圖和定位圖。為滿足生產需要，目前生產設計根據現有模型抽取在線儀表的三維坐標，施工人員結合三維模型現場找到配管專業施工完成的儀表接口后，再進行儀表電纜路徑安裝、電纜敷設工作。電伴熱系統的末端通路一直是制約管線伴熱、保溫施工進度的關鍵因素。由于電伴熱系統是在配管專業PID 0版圖基礎上進行設計的，當施工圖紙完成時，電儀專業的現場施工已經進入電纜敷設高峰期，錯過了鐵舾裝件施工的最佳時期。結合國內外海洋石油平臺類建造項目實際情況，雜散設備定位設計和末端通路設計現狀分析如表1所示。

表1 電儀專業雜散設備定位設計和末端通路設計現狀Tab.1 Current status of small instruments and terminal path design

(續表)

1.2 施工工序不合理問題難以解決

由于設備按鈕、在線儀表等終端設備的無定位圖紙，電伴熱控制盒定位圖紙提供晚等因素影響，大量設備支架和末端通路在電儀專業鐵舾裝件安裝后期開始安裝，部分末端通路的施工落后于電纜敷設，既導致了鐵舾裝件安裝過程中施工人員工作量不飽滿，又制約了電纜敷設的施工進度。尤其是電伴熱系統末端通路開始施工時，施工現場已進入電纜敷設階段，電伴熱電源盒的支架安裝、電伴熱動力電纜路徑的安裝此時開始施工。此時各專業的主體施工工作已經基本完成，進行如此大的電纜通路焊接工作，與各專業的干涉問題較多，施工空間有限，極大地制約了電伴熱系統末端通路的施工效率。電伴熱系統的施工在海洋平臺建造的施工中滯后，進而導致管線保溫工作工期緊張，因此必須抽調電儀專業處于高峰期的電纜敷設作業的施工人力補充到電伴熱系統末端通路的施工工作中來，這進而又制約了電儀專業的主線作業。該主線作業就是電纜敷設階段，此時電儀專業的人力投入達到高峰期，而人力高峰期非常容易造成工效降低，電纜末端通路不通造成電纜敷設速度下降甚至局部工作停滯是造成人力高峰期期間人力浪費的主要原因之一。

2 電儀專業設計優化

綜上分析可見，現場施工容易發生施工人力浪費、影響施工效率的現象主要在雜散設備支架安裝及其電纜敷設工作上，因此，電儀專業的設計優化要著眼于雜散設備的定位設計和末端通路的設計。隨著系統能力的提升和設計軟件的進步，當前海洋工程行業的電儀專業的生產設計水平較往年進步很大，電儀專業大部分雜散設備，如照明燈具、電源接線箱、探頭、現場按鈕、管線在線儀表等都已實現了三維模型建模，但現場按鈕和在線儀表在三維模型中的定位不準，在施工中僅能作為參考卻不能起到指導施工的作用。由于電伴熱的設計工作要在配管專業的PID圖紙上開展，配管專業PID圖紙正式提供后再開展電伴熱系統設計，電伴熱接線盒定位設計完成時間一般在電纜敷設開始時間前后，再按此做電纜敷設路徑的施工，對伴熱電纜的敷設制約比較大。目前，電纜敷設路徑已經實現了主路徑，即200 mm及以上電纜托架的建模設計，分支路徑和末端通路的路徑設計僅做了典型設計。

2.1 雜散設備定位優化設計

電儀專業設計優化的首要任務是將現場按鈕、在線儀表等定位信息不準的雜散設備進行精確定位，其中在線儀表是配管專業在三維建模時設計的，但配管專業僅關注儀表安裝的管口信息、儀表型號、定位信息在三維模型中體現不全面，對儀表安裝及儀表電纜路徑設計指導工作非常有限，需要從設計內部加強溝通解決此事，即在配管專業建模時，完善在線儀表信息型號、位號等信息，儀表專業根據配管專業三維模型進行在線儀表的電纜分支路徑設計，并抽取儀表定位圖供現場施工。同時要重點解決電伴熱接線盒的定位設計問題，首先要改變按照配管專業正式提供的PID圖紙進行電伴熱設計的傳統工作方法，將電伴熱設計作為配管專業工藝設計的后續工作，根據過程版本管線PID圖紙提前開始管線的電伴熱設計；然后是改變先做電伴熱帶設計，后做電源盒定位設計的設計方法，根據設計經驗先布置主管線電伴熱接線盒；最后根據支管的電伴熱設計補充電伴熱接線盒，創新使用電伴熱帶設計和電源盒布置設計相結合的設計方法，并按此完成電伴熱電纜的路徑設計，該設計方法已經在陵水17-2氣田開發項目上部模塊建造中進行了有益嘗試，在一體化建造施工階段完成了部分主管線電伴熱接線盒支架及其電纜路徑的設計、施工工作。

2.2 電纜分支路徑和末端通路優化設計

實現電儀專業各類雜散設備的三維建模工作和定位設計，為電纜分支路徑和末端通路設計創造了必要條件，且電纜分支路徑和末端通路設計在模型里進行三維設計在技術上是可行的，如照明燈具和探頭，圖1所示為探頭及其末端通路的三維模型設計。根據目前海洋石油平臺的一體化建造設計和施工統計數據來看，電儀專業一體化施工的預舾裝率已達70%，對提高電儀專業鐵舾裝件安裝工效起到非常重要的作用。電纜分支路徑和末端通路設計要結合電儀專業的一體化設計，在短時間內完成三維建模設計，并抽取施工圖紙供一體化設計使用，需要投入有設計經驗的三維建模人力比較多，而具有豐富設計經驗的三維建模人員匱乏是行業內存在的普遍問題。完成電纜分支路徑和末端通路設計，電儀專業一體化建造施工預裝率有望提高10%～15%，提高了電儀專業施工前期鐵舾裝件的預制、安裝施工效率，減少電纜敷設時因電纜路徑不通造成的人力浪費，加快房間完整性施工速度，減小對其他專業如涂裝、舾裝、調試的影響。相對而言，為完成電纜分支路徑和末端通路設計而增加的人力投入，性價比是非常高的。電纜分支路徑和末端通路優化設計工作主要是在主路徑的基礎上，完善現場各個雜散設備的電纜路徑，通常使用100 mm小托架和馬腳，部分防碰撞區域會使用電纜穿線管和電纜槽盒。

圖1 探頭及其末端通路的三維模型設計Fig.1 3D model design of probe and its terminal path

3 電儀專業施工優化

結合前述電儀專業的施工特點，施工優化的重點要放在鐵舾裝件安裝和電纜敷設2個方面。在鐵舾裝件安裝階段，受優化設計不到位、人員對現場環境和平臺結構不熟悉、鐵舾裝件預制返場速度慢等因素影響，工作飽和度和施工效率都比較低。在電纜敷設階段，施工人力達到高峰期，受前期電纜分支路徑和末端通路不通暢、施工人員對整個平臺的電纜托架及敷設路徑不熟悉等因素影響，容易造成電纜敷設工作不飽滿甚至局部工作停滯，進而造成電纜敷設高峰期期間的人員低效，人力浪費比較大。

一體化建造可以節省施工人力、吊車資源，從而達到提高生產效率、降低生產成本、提高產品質量的目的，在建造階段最主要的表現是施工效率高。一體化建造是電儀專業施工優化的有利措施，為提高鐵舾裝件預制和安裝工作的工效創造了條件，當前正在大力推行。施工單位要抓住一體化施工的有利時機，在甲板片預制釋放前、吊裝前完成既定的一體化預舾裝和預安裝工作，有技術能力的施工單位還要細化一體化施工方案，對設計的一體化施工方案的合理性進行梳理和反饋，以提高一體化建造階段的預裝率[4-5]。在鐵舾裝件安裝過程中的施工領班，尤其是負責電纜路徑、分支路徑及末端通路的施工領班，要繼續負責或參與到電纜敷設的組織工作中，利用其熟悉電纜路徑的技能為電纜敷設提供支持。在電纜敷設過程中，要控制電纜敷設的數量和人員增減的節奏，結合調試需求順序安排電纜敷設的施工計劃，避免在前期電纜通路不暢、在調試的壓力下突然增加大量人力，造成施工人員成本增加和撤人不及時造成的人力浪費。

4 結 語

電儀專業是海洋石油平臺建造中繼結構、配管專業之后的第三大專業，經過多年發展，其設計、施工已日趨成熟，從項目管理和現場施工實際考慮，其設計、施工的優化空間還非常大。通過深化設計，優化雜散設備的定位設計、電纜分支路徑和末端通路設計，解決電儀專業一體化施工“最后3～5 m”的問題，從而實現90%以上的預裝率，既提高了鐵舾裝件安裝的效率，又為電纜敷設高效實施創造了前提條件。隨著設計優化的穩步推進，施工單位要重視關鍵階段的組織管理工作，重點解決鐵舾裝件安裝階段的人員低效、工作量不飽滿問題和電纜敷設階段的施工停滯問題，堵住人力浪費的“出血點”，既可以實現本專業的降本提效，又為平臺尤其是關鍵房間后續的涂裝、舾裝調試工作創造條件，為海洋石油平臺陸地建造實現最優完工狀態打下堅實基礎。