导管架平台设计、建造和安装
1.导管架平台的设计阶段
以中海油为主力军的我国固定平台设计团队设计了多型导管架平台，导管架平台设计技术已经成熟和规范化。
导管架平台设计的主要依据是由业主提出的设计任务书，经过技术、经济等方面的论证后制定各个设计阶段的任务书。导管架平台的设计包括：总体设计、结构设计和工艺设计等。
总体设计：根据设计任务书的要求，设计出合理的结构型式，确定主尺度，进行总布置，计算总体性能，绘总体图，编写总体说明书、总体性能计算书以及相关的试验成果报告等。总体设计要考虑整个平台的综合平衡，协调处理各专业的要求，解决各专业之间可能出现的矛盾，以达到整体设计的合理性。
结构设计：根据总体设计确定的结构型式，选择各部分的结构型式，确定其尺寸，进行构件布置，绘结构图，进行结构计算，编写结构计算书和说明书，结构设计包括整体结构设计和各部分结构设计。
工艺设计：根据生产工艺要求，对工艺、设备、材料、布置、流程等内容进行设计，编写工艺说明书及各种规格书。
导管架平台的设计应满足以下基本要求：
（1）安全性。海上生产安全特别重要，海上发生事故，其后果特别严重，因此，在设计中要确保结构安全可靠，保证生产和人员的安全。
（2）适用性。在设计中要考虑海上作业的特点和需要，根据设计任务书的要求，以满足导管架的使用性，达到便利施工生产，方便生活的目的。
（3）先进性。设计时应采用先进技术，在建成后，尽可能反映先进的技术水平，有较先进的技术性能指标。
（4）经济性。要特别考虑经济效益，要有良好的经济性能指标以达到投资省、收效大。
（5）工艺性。设计中应考虑到陆地建造、海上施工安装以及建成后的维修等情况，降低劳动强度，提高劳动生产率，便于施工建造及安装。
常用的设计方法有如下几种：
（1）母型设计（仿型设计）。即选择已建成的使用成功的平台作为母型进行仿型设计，所选的母型平台应与要设计的平台的使用技术条件、海洋环境条件相近，而且经证明这种平台性能良好。在方案设计阶段，选择平台主尺度和结构型式时常用这种方法。
（2）规范设计。即根据各国船检局或船级社、石油协会公布的规范要求进行设计，主要有CCS、美国石油协会（American Petroleum Institude，API）、DNV、ABS、英国劳氏船级社（Lloy's Register of Shipping，LR）、BV、日本船级社（Nippon Kaiji Kyokai，NK）等。
（3）按强度理论进行设计。这种设计方法是建立在结构力学、理论力学、弹性力学、材料力学等理论知识和现代计算技术基础上进行的设计。对复杂的局部结构需用强度理论分析方法。
导管架平台设计一般分四个阶段：
（1）方案设计阶段，也称为可行性研究或概念设计。主要任务是根据设计任务书的要求，对平台重大的技术和经济问题进行论证；提出几个方案进行综合分析比较，论证该平台设计、建造的可行性和经济技术指标，初步确定平台结构型式、主尺度、总体性能、总布置和总造价，包括环境评价、健康安全环保论证、风险评估等，提交审查，以便选择最佳设计方案。
（2）基本设计阶段。对审查确定的方案设计进行更进一步的设计、计算、分析，确定出主体结构、总体建造及安装方案、各种规格书等，确定投资，以便进行设计、采购、建造和安装总包招标。
（3）详细设计阶段。根据业主要求及基本设计资料，审查确定设计基础及工作范围，进行详细的设计计算分析，对基本设计进行优化，包括与各个专业的界面协调，确定详细的主结构及所有附件图纸和材料单、详细的建造安装方案、各专业规格书，提交所有详细的计算分析报告、图纸、规格书等。
（4）生产设计阶段，也可叫加工设计。解决施工过程中的技术问题，绘制施工图，制订施工建造工艺。施工设计应根据制造厂的设备能力和场地情况、技术水平等实际情况进行设计，建成后绘制完工图，供使用部门维修时使用，故完工图应反映最后建造的实际情况，所有变动或修改均应相应显示在完工图中。
2.导管架平台的建造
导管架平台的建造按其所处的站立方式不同分为立式和卧式两种。
立式就是导管架在建造时的状态与工作时的状态一样，都是直立的。一般浅水、小型导管架适用立式建造。
卧式就是导管架在建造时的状态与工作时状态旋转了90度，即建造时以导管架的长度方向平放，导管架平躺后就好比是桁架式的“箱形梁”，上下底面称为顶片与底片，两侧面叫花片，中间的“隔板”由水平片组成。
卧式建造根据其主要特征又分两种方法，其一为吊装“扣片”法；其二为“旋转”立片法。二者最大的区别在于合片的方式不同。吊装“扣片”法形象称为“搭积木”，工序是先装底片（包括导管），然后吊装花片与水平片，最后将组装好的顶片（包括导管）用起重机吊起从顶部扣装，完成合片。“旋转”立片法先将导管架分成两大部分组装：一部分是一个侧面（包括导管）；另一部分是顶片与底片及另一个侧面（包括导管），组成“U”形；然后将侧面吊装直立，最后将“U”形片绕其中一条导管旋转完成合片。3.导管架平台的运输与安装
采用特定的方式将建造好的导管架运送到驳船上的过程称为装船。为保证海上运输的安全，通过焊接将导管架与船绑扎于一体的过程称为装船固定。装船的方式一般有三种：吊装方式、滑移方式以及采用拖车运送方式。
（1）吊装装船。吊装方式装船（见图6-2）适用于小型导管架，它是借助大型起重设备——浮式吊机将导管架由建造区运送到驳船上。这种方式最直接，最简单。(https://www.daowen.com)
图6-2 吊装装船
（2）滑移装船。所谓滑移装船（见图6-3）就是借助一定的动力使导管架沿预先设定的轨道滑移，完成导管架由建造区滑行到驳船上的过程。由于滑移的摩擦系数较少，较小的动力就可以拖拉大型的导管架，因此滑移装船适用于重型导管架。
（3）拖车装船。所谓拖车装船（见图6-4）就是借助大型运载设备—拖车将导管架由建造区运送到驳船上，要求拖车具有可升降性。由于拖车的承载力有限，因而此种方法适用于重量在2 000吨以下的导管架装船。
选用哪一种方式装船取决于导管架的型式和重量以及承包商的设备能力，但无论采用何种方式装船，装船程序必须得到批准，程序的主要内容有：调压载计算、装船分析、船的强度校核。
导管架的运输主要是采用船运，包括单船拖行和双船拖行等。
运输时考虑因素主要有运输船、航运天气和航道等。
图6-3 滑移装船
图6-4 拖车装船
导管架平台的安装包括导管架下水、扶正、就位与固定，以及上层建筑安装等。
导管架的下水是指将导管架从船上卸下而放入海洋之中的预定位置。下水方法有两种：吊装（见图6-5）与滑移。
图6-5 吊 装
扶正就是导管架下水后通过向导管（包括底部浮筒）内注水使导管架由水平状态转变为直立状态的过程。只有卧式建造的导管架才有扶正步骤。导管架下水扶正后，利用浮吊或拖船的作用将导管架直接下水拖运至平台就位位置，并继续注水，直至取得足够的座底重量，同时利用浮吊将导管架准确坐落于预先设计的海床上。这一整个过程称为就位。
导管架就位后，将钢桩插入海床，调平导管架，开启封隔器，并注入泥浆，使导管架与钢桩成为一个整体，这一过程称为固定。
导管架平台上层建筑安装包括浮吊法和浮拖法两种。
浮吊法是通过大型起重船将上部模块从运输船上吊起，然后准确下放到导管架上。一般在5 000吨以下的中小型上部模块安装中使用较多，但对于大型平台组块安装能力有限。目前国际上起重能力过万吨的起重船仅有Saipem 7000和Thialf 2艘，只在北海和墨西哥湾海域作业。我国最大的起重船是振华重工[1]研制的“蓝鲸”号，起重能力7 500吨。浮吊法受到起吊能力、结构强度和结构物尺寸等因素限制，并且巨型起重船租用价格昂贵，数量稀少，浮吊安装的成本和时间随平台重量呈指数增加。
浮拖法是用运输驳船支撑上部组块到安装位置，在锚链和拖船辅助下定位，并与下部导管架结构对准，再利用潮位变化和增加驳船吃水将上部模块的重量缓慢转移到下部导管架结构上。这种方法不需要昂贵的起重船，只需要普通的运输驳船即可完成，并且起重能力大，适合大、中型平台的海上安装。浮拖法相比于吊装法，成本更低，耗时更短，受水深和风浪条件等制约因素更少，逐渐成为海上平台组块安装的主流方法。
浮拖安装主要包括就位等待、进船、载荷转移和退船等。
当驳船运输上部组块到需要安装的导管架附近时，就进入了浮拖安装的海上作业阶段。首先将驳船在距离导管架大约300米处布置锚链系泊定位，等待可进行浮拖安装的气候窗，系泊后的驳船能抵抗7级大风和2.5米有义波高的波浪。海上作业受天气的影响较大，需要足够的作业气候窗，一般需要72小时，其中第一个24小时用于安装前的准备工作，第二个24小时用于进船、载荷转移和退船，最后24小时用于解开锚系和撤离。
确定有安装气候窗后，在潮位允许的情况下，通过绞车调节锚链和交叉缆的长度，将驳船缓慢拉入导管架桩腿之间，运动过大时可使用拖船拖曳推顶来稳船。进船过程中，需要尽量减小驳船的侧向运动，以减少与桩腿之间的碰撞。上部模块的插尖与导管架桩腿对接单元之间需要有一定的间隙，以防止强烈碰撞。在进船的同时，切割装船固定的斜拉筋，去除上部组块和驳船直接的刚性固定，以便后面进行载荷转移和分离。驳船完全进入导管架之后，通过锚链、护舷和系泊缆来调节驳船的水平位置，使得组块插尖和桩腿的对接单元对准，同时限制驳船运动幅值，保证插尖在对接单元的捕捉半径内。
载荷转移过程又称重量转移过程，分为三个子过程：第一个是组块插尖与对接单元接触前的过程，成为重量转移前；第二个是组块、驳船和导管架三体同时接触并且组块重量在往导管架上过渡的过程，成为重量转移中；最后是驳船与组块分离后，驳船加载到退船吃水的过程，称为重量转移后。
当驳船完成进船作业，并且插尖和桩腿对接装置（leg mating unit，LMU）在竖直方向对准后，增大驳船吃水并借助落潮，将上部模块的重量逐渐转移到导管架上，或者使用主动式液压千斤顶，调节液压装置，将上部模块缓缓下降到导管架桩腿上。当重量完全转移到导管架上后，继续给驳船加压载，使上部模块与驳船的甲板支撑单元分离。当驳船下沉时，需要注意驳船底部与导管架中横梁之间要有足够间隙，以免触底。另外，驳船需要有足够的干舷提供稳性。
当驳船继续加载与组块之间有足够的退船间隙时，通过锚链和拖船的协助，缓缓退出导管架，此步完成后就标志着浮拖安装基本完成，最后只需要解开驳船的锚系，将驳船拖回港口即可。
导管架平台浮托安装技术的难度较大，过去一直被国外少数国家垄断。目前，经过多年的技术创新和突破，我国已成功攻克了海上浮托的关键技术，成为世界上少数几个完整掌握浮托技术的国家。在掌握的浮托种类数量、作业难度和技术复杂性等方面均位居世界前列，熟练运用锚系浮托法、低位浮托法、动力定位浮托法等多种方式进行海上安装作业，实现了世界主流浮托方式的“大满贯”。
