CN110065593A - 一种直筒式平台筒体甲板与上部设施的建造方法及直筒式平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直筒式平台筒体甲板与上部设施的建造方法及直筒式平台，所述建造方法如下：上部设施先按模块一一预制，模块预制完成并一一吊装至筒体甲板所在的预定位置后，再将模块彼此连接，其底部形成一个模块组合底甲板；筒体建造时，在用于安装上部设施的筒体甲板上预留一个天窗开口，天窗开口允许模块组合底甲板放置其内；天窗开口与模块组合底甲板之间形成现场合拢间隙；通过现场合拢连接结构，填补现场合拢间隙，使模块组合底甲板与筒体甲板形成一体化的平台甲板。本发明的筒体和上部设施有机衔接，实现整个平台的结构优化设计，优化结构设计和建造安装程序，用钢量降低、降低平台造价和操作费，方便建造，有利于生产操作的安全。

Description

一种直筒式平台筒体甲板与上部设施的建造方法及直筒式 平台

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，特别涉及一种直筒式固定平台筒体甲板与上部设施结构一体化的整体设计建造方法，以及一种海上直筒式浮式平台。

背景技术

现行直筒式平台主要是圆筒形浮式平台，特别是圆筒形FPSO和圆筒形浮式钻井平台，其包括下部浮式筒体1和上部设施2(由多个模块外加独立的设备/装置组成)，以及定位系统三个部分；参见图1、图2所示，筒体1为由直立外筒壁、底部水平底板和顶部水平的主甲板形成的水密筒体，上部设施2安装在筒体主甲板1-2上，或者安装在筒体主甲板1-2之上另设的筒体工艺甲板1-1上。现行的直筒式平台的结构设计建造方法是，仅含筒体主甲板1-2的筒体1或同时含筒体主甲板1-2和筒体工艺甲板1-1的筒体1与上部设施2的模块分别建造，然后将上部设施2的模块和独立的设备/装置一个一个地吊装至筒体甲板上，再完成模块底部与筒体甲板的结构连接(图1中筒体甲板为筒体工艺甲板1-1)。

现行的直筒式平台的结构设计建造方法存在三个重大缺点。

第一，模块底甲板2-1坐落在筒体主甲板1-2或筒体工艺甲板1-1上(参见图1)，使模块底甲板2-1与筒体工艺甲板1-1形成双层大面积重叠的甲板结构，浪费钢材，同时，上部设施的重心也有所抬升。

第二，各模块作为负载独立安装在大直径/大面积的筒体甲板上，筒体甲板的平面的抗弯强度和刚度需要足够高才能承受上述负载。由于各模块除模块底甲板2-1各自与筒体甲板连接外，彼此之间没有任何水平结构连接，特别是上层的水平连接(参见图1、2)，上部设施2的模块没有连接成为一个整体结构；各模块尽管高度相当高，但却不能和筒体甲板共同形成有效的抗弯模量，以改善和优化筒体甲板的结构，从而大幅提高抗弯刚度、降低弯曲应力。

第三，各模块独立安装在筒体甲板上，模块底甲板2-1和与之连接的筒体甲板成为相邻两个模块之间唯一的联系通道，模块其余各层甲板均彼此不连通。其结果是，巡检时从一个模块到另一个模块必须先从第一个模块底层爬到上层再下到底甲板，然后才能再上下另一个模块，不利于巡检、维修、物料运移、救生和逃生；此外，每个模块必须设置两个梯道，各层甲板周边必须设置通道和栏杆，它们均不能与相邻模块共享，既浪费空间，也浪费材料。

鉴此，本申请发明人提出了一种直筒式平台筒体甲板与上部设施结构一体化设计的建造方法，其上部设施分多个模块建造、安装，再连接为一个整体结构，模块底甲板2-1和其所在的筒体甲板合二为一，共同形成一体化的甲板，以克服现行设计建造方法的缺点。

发明内容

本发明公开了一种直筒式平台筒体甲板与上部设施的建造方法及直筒式浮式平台，其平台上部设施安装在筒体主甲板上，或者安装在筒体主甲板上方另外专门设置的筒体工艺甲板上。

本发明提出一种直筒式平台筒体甲板与上部设施的建造方法，其包括如下步骤：

S10，上部设施先按模块一一预制，所述模块预制完成并一一吊装至筒体甲板所在的预定位置后，再将所述模块彼此连接成为一个整体，形成一个模块组合，其底部形成一个模块组合底甲板；

S20，筒体建造时，在用于安装所述上部设施的筒体甲板上预留一个天窗开口，所述天窗开口允许所述模块组合底甲板放置其内；所述天窗开口的边缘与所述模块组合底甲板的外缘之间形成现场合拢间隙；

S30，通过现场合拢连接结构，填补所述现场合拢间隙，使所述模块组合底甲板与所述筒体甲板共同形成一体化的平台甲板。

进一步地，所述S20中，所述筒体建造时还包括步骤：根据各所述模块所在所述筒体甲板上的预定位置，在所述天窗开口下部设置多个用于支撑各所述模块的永久支撑结构和/或临时支撑结构，所述永久支撑结构和/或临时支撑结构随所述筒体一同建造；整个平台建造完成时，拆除全部所述临时支撑结构。

更进一步地，所述S10中，所述模块彼此连接成为一个整体，形成一个模块组合还包括步骤：各所述模块预制完成后，分别吊装并固定至所述永久支撑结构和/或临时支撑结构上，再通过各所述模块之间现场连接结构的连接，形成一个整体的所述模块组合，各所述模块底甲板彼此连接形成整体的所述模块组合底甲板。

进一步地，所述S10中，所述模块为可以独立吊装的完整结构模块，或者为由所述模块组合分割而形成的多个分割模块，在所述分割模块预制期间设置临时连接结构，使所述分割模块形成一个完整的框架结构，并能保证所述分割模块可以独立吊装。

进一步地，与所述建造方法相适应的所述筒体的结构计算的有限元建模范围包括：筒体自身，以及从所述模块组合模拟切割分离出的模块组合底甲板，或所述模块组合的整个结构；所述模拟切割分离的方法是，从所述模块组合底甲板顶面“切断”其上的结构立柱/斜撑；将从所述模块组合分析计算所得的所述结构立柱/斜撑的断面内力作为外力，连同所述模块组合底甲板所承受的载荷一道，输入筒体有限元分析计算的模型。

本发明还提出一种直筒式平台，其包括：

筒体，其具有筒体甲板，所述筒体甲板上预留一个天窗开口；

上部设施，其包括多个模块，各所述模块彼此连接成为模块组合，其底部形成一个模块组合底甲板；所述天窗开口允许所述模块组合底甲板放置其内，所述天窗开口的边缘与所述模块组合底甲板的外缘之间形成的现场合拢间隙；

现场合拢连接结构，连接在所述现场合拢间隙处，使所述模块组合底甲板与所述筒体甲板共同形成一体化的平台甲板。

进一步地，所述筒体甲板为包括筒体主甲板和安装在所述筒体主甲板上方的筒体工艺甲板组成的双层复合甲板，或者为单一的主甲板；所述上部设施安装在所述单一主甲板上或者所述筒体工艺甲板上。

进一步地，所述现场合拢连接结构包括多根连接所述筒体甲板和所述模块组合底甲板的梁、扶强材和补平所述现场合拢间隙的平板，使所述模块组合底甲板的上表面与其所在的所述筒体甲板的上表面合二为一，共同形成具有同一顶标高的、一体化的平台甲板。

进一步地，所述模块组合内的所述模块为可以独立吊装的完整结构模块，或者为由所述模块组合分割而形成的多个分割模块，在所述分割模块预制期间设置临时连接结构，使所述分割模块形成一个完整的框架结构，并能保证所述分割模块可以独立吊装。

进一步地，所述天窗开口下部设置多个用于支撑各所述模块的永久支撑结构和/或临时支撑结构。

本发明设计的基本思路是，在平台一体化整体设计的原则下，明确筒体设计方和上部设施设计方在不同阶段彼此分工、接口衔接，最终实现整个平台的结构优化设计。

本发明直筒式平台筒体甲板与上部设施的建造方法，可以用于直筒式浮式平台，也可用于直筒式坐底固定式平台。本发明克服了现行直筒式平台的结构设计建造方法的缺点，结构设计和建造安装程序优化、降低用钢量，方便建造，有利于生产操作的安全，具有降低平台造价和操作费等优点。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。

图1为现有技术的直筒式平台的立面示意图，显示平台筒体甲板与上部设施结构设计建造方法；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明的直筒式平台的立面示意图，显示采用筒体甲板与上部设施结构设一体化计建造方法完成后的状态；

图4为图3的俯视图。

附图标记：

1-筒体；1-1-筒体工艺甲板；1-2-筒体主甲板；

2-上部设施；2-1-模块底甲板；2-2-永久支撑结构和/或临时支撑结构；2-3-模块之间现场连接结构；

3-现场合拢连接结构。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。

本发明公开了一种直筒式平台筒体甲板与上部设施的建造方法，本发明的建造方法适用于浮式或固定式直筒式平台。

参见图3和图4，所述平台的本体由筒体1和上部设施2两个部分组成。

所述筒体1为直立水密结构，其水密顶板为筒体主甲板1-2；所述筒体1的甲板为单一的筒体主甲板1-2，或者为包括筒体主甲板1-2和安装在所述筒体主甲板1-2上方的筒体工艺甲板1-1组成的双层甲板(如图3所示)，筒体主甲板1-2与筒体工艺甲板1-1组合成“筒体甲板”，为所述筒体1的一个组成部分。所述上部设施2安装在筒体1最上层的甲板上，即筒体主甲板1-2上(如果筒体不设筒体工艺甲板1-1)，或筒体工艺甲板1-1上(如图3所示的双层甲板)。

上部设施2至少包括一个或多个模块、以及一个或多个非模块化的单个设备/装置(附图中没有示明)两个部分。所述模块为如图3和图4所示的M1～M8(模块数量根据需要来确定，图中8个模块仅是示例)。本发明模块的定义为，一个包含一层或多层甲板(统称“模块甲板”，其最底层的甲板称之为模块底甲板2-1)的结构物，多个设备、系统安装在所述模块底甲板2-1上，以实现某种专门功能并按功能命名，如油气处理模块、水处理模块、发电模块、热站模块，等等。本发明所述模块从结构的角度可以是能够独立吊装的完整框架结构的模块(如图3和图4所示)，或者是由模块组合的整体结构分割而形成的多个分割模块(附图中没有示明)，在模块预制期间，在所述分割模块上设置必要的临时连接结构、使之形成一个完整的框架结构，以保证每个分割模块均可以独立吊装。所述一个或多个模块通过如图3和图4所示的模块之间现场连接结构2-3连接成为一个整体，形成的一个模块组合(附图中没有标识)。特别地，所述模块组合内的模块底甲板2-1通过板、梁结构彼此连接(即图3所示连接相邻的模块之间现场连接结构2-3)，共同形成一个整块的模块组合底甲板(附图中没有标识)。

本发明的直筒式平台筒体甲板与上部设施结构一体化建造方法的基本步骤如下：

筒体1和上部设施2的模块分别在船坞内和场地建造和预制。

上部设施2的模块在建造场地分别一一预制完成、并吊装固定至其所在筒体甲板上的预定位置后，将相邻模块连接，即如图3和图4所示模块各层甲板与相邻模块连接结构(简称“模块之间现场连接结构2-3”)，最终形成一个整体结构的模块组合。各模块内部的设备、管缆和附件等应尽可能建造场地预制、安装就位，以减少模块安装至筒体甲板后的工作量。

筒体1建造时，安装上部设施2的筒体甲板上预留一个“天窗开口”，所述筒体甲板在该“天窗开口”范围以内的部分不建造。所述“天窗开口”的开设位置与所述模块组合底甲板的位置相对应，所述“天窗开口”的平面几何形状与所述模块组合底甲板的平面几何形状为相似形，但“天窗开口”尺寸略大，也就是说，“天窗开口”允许所述模块组合底甲板放置其内；所述“天窗开口”的边缘与所述模块组合底甲板的外缘之间形成现场合拢间隙。

根据所述各模块所在筒体甲板上的预定位置，在“天窗开口”下部设置支撑所述各模块的永久支撑结构和/或临时支撑结构2-2，以便所述各模块能够按其所在筒体甲板上的预定位置，被吊装、固定在所述永久支撑结构和/或临时支撑结构2-2上。用于支撑各所述模块的所述永久支撑结构和/或临时支撑结构2-2，如支腿，随筒体1一同建造。

所述各模块吊装固定完成后，再完成彼此之间的模块之间现场连接结构2-3，使各模块连接成一个整体，形成模块组合，如图3和图4所示的模块之间现场连接结构2-3；其包括：相邻模块底甲板2-1的连接，以形成一个大的、整体的上部设施模块组合底甲板；模块底甲板2-1以上各层甲板和/或模块顶部结构与相邻模块的结构连接，其中，标高相同或相近的相邻甲板应彼此连接并连通。模块组合的结构连接完成后，再完成模块之间的管缆等系统的连接。

完成上部设施2的模块组合底甲板与其所在筒体甲板的合拢。模块之间现场连接结构2-3完成后，模块组合底甲板与所述“天窗开口”之间存在现场合拢间隙，采用如图3和图4所示的现场合拢连接结构3，补平所述现场合拢间隙，完成“天窗开口”的合拢。所述现场合拢连接结构3包括：多根连接所述筒体“天窗开口”外周边甲板和所述模块组合底甲板的梁、扶强材和补平所述现场合拢间隙的平板。换言之，所述“天窗开口”最终由上部设施2的模块组合底甲板和现场合拢连接结构3来填补，使上部设施2的模块组合底甲板与其所在的筒体甲板合二为一，共同形成具有同一顶标高的、一体化的整体甲板。

最后，将所述一个或多个非模块化的单个设备/装置安装在筒体甲板上，拆除全部临时支撑/连接结构，包括位于模块底部的临时支撑结构2-2和分割模块框架结构的临时连接结构，完成整个平台的建造。

本发明设计的基本思路是，所述筒体1和上部设施2分别由不同的设计方承担设计，在平台一体化整体设计的原则下，明确筒体设计方和上部设施设计方在不同阶段彼此分工、接口衔接，最终实现整个平台的结构优化设计。

筒体设计方和上部设施设计方的设计分工和衔接分阶段开展。

第一阶段，筒体设计方和上部设施设计方先分别完成甲板带“天窗开口”的筒体结构和上部设施结构的初步分析计算和设计方案、并相互交换初步的设计成果，其中，模块组合必须作为一个整体结构进行规划和设计，上部设施模块下部的永久支撑结构和/或临时支撑结构2-2的技术要求由上部设施设计方提出并提交筒体设计方，对于安装在筒体工艺甲板1-1上的位于模块下部的永久支撑结构和/或临时支撑结构2-2(如永久和/或临时支腿)，由上部设施设计方完成初步设计和分析计算；筒体设计方根据一体化整体甲板的要求审核，必要时修改上部设施模块组合底甲板的初步设计方案。

第二阶段，筒体设计方和上部设施设计方分别完成筒体1结构和上部设施2结构的详细设计。其中，上部设施模块组合底甲板与所述“天窗开口”外周边甲板，包括现场合拢连接结构3，作为一个整体甲板，再加上“天窗开口”下部的模块支撑结构(即永久支撑结构和/或临时支撑结构2-2)，由筒体设计方纳入筒体结构详细分析计算。

所述筒体结构详细分析计算的有限元建模范围除筒体自身外，还包括整个上部设施的结构，或者仅包括模拟切割分离出的上部设施模块组合底甲板。所述模拟切割分离的方法是，从上部设施2的各模块底甲板2-1顶面“切断”其上的结构立柱/斜撑，将上部设施详细结构分析计算所得的所述结构立柱/斜撑断面内力将作为外力，和所述模块底甲板2-1所承受的载荷一道，输入筒体有限元分析计算的模型。

本发明还提出一种直筒式平台(参见图3和图4)，其主体包括筒体1、上部设施2和现场合拢连接结构3共三个部分组成：

筒体1，其具有筒体甲板，所述筒体甲板为包括筒体主甲板1-2和安装在所述筒体主甲板上方的筒体工艺甲板1-1组成的双层复合甲板，或者为单一的主甲板1-2；所述上部设施2安装在所述单一主甲板1-2上或者所述筒体工艺甲板1-1上；所述安装上部设施2的筒体甲板上预留一个天窗开口；

上部设施2，其至少包括一个或多个模块、以及一个或多个非模块化的单个设备/装置(附图中没有示明)两个部分组成，各所述模块彼此连接成为模块组合，其底部形成一个模块组合底甲板；所述天窗开口允许所述模块组合底甲板放置其内，所述天窗开口的边缘与所述模块组合底甲板的外缘之间形成的现场合拢间隙；

现场合拢连接结构3，连接在所述现场合拢间隙处，使所述模块组合底甲板与所述筒体甲板共同形成一体化的平台甲板。

所述筒体1和所述上部设施2的模块分别在船坞内和场地建造和预制。所述一个或多个模块预制完成后，再一一吊装至筒体甲板预定的位置，然后连接成为一个整体，形成一个模块组合；其中，各模块底甲板2-1彼此连接，形成一个整体的模块组合底甲板。

筒体建造时，安装所述模块组合的筒体甲板上预留一个“天窗开口”，该“天窗开口”范围以内的筒体甲板不建造。所述“天窗开口”的开设位置与所述模块组合底甲板的位置相对应，所述“天窗开口”的平面几何形状与所述模块组合底甲板的平面几何形状为相似形，但“天窗开口”尺寸略大；所述“天窗开口”的边缘与所述模块组合底甲板的外缘之间形成现场合拢间隙。

根据各模块所在筒体甲板上的预定位置，在“天窗开口”下部设置支撑所述各模块的永久支撑结构和/或临时支撑结构2-2，以便所述各模块能够按其所在筒体甲板上的预定位置，被吊装、固定在所述永久支撑结构和/或临时支撑结构2-2上。所述永久支撑结构和/或临时支撑结构2-2随筒体1一同建造。完成模块之间的现场连接，成为模块组合。

所述模块组合内的所述模块为可以独立吊装的完整结构模块，或者为由所述模块组合分割而形成的多个分割模块，在所述分割模块预制期间设置临时连接结构，使所述分割模块形成一个完整的框架结构，并能保证所述分割模块可以独立吊装。所述临时连接结构在平台建造完成后予以拆除。

所述现场合拢连接结构3包括多根连接所述筒体甲板和所述模块组合底甲板的梁、扶强材和补平所述现场合拢间隙的平板。所述模块组合完成后，通过现场合拢连接结构3，使所述模块组合底甲板与所述筒体甲板共同形成一体化的平台甲板。换言之，所述“天窗开口”最终由所述模块组合底甲板来填补，使所述模块组合底甲板与其所在的筒体甲板合二为一，最终共同形成具有同一顶面标高的、一体化的整体甲板。最后，将所述一个或多个非模块化的单个设备/装置安装在筒体甲板上，拆除全部临时支撑/连接结构，完成整个平台的建造。

本发明平台在一体化整体设计的原则下，筒体设计方和上部设施设计方在分工合作、有机衔接，最终实现整个平台的结构优化设计。本发明结构设计和建造安装程序优化、降低用钢量，方便建造，有利于生产操作的安全，具有降低平台造价和操作费等优点。

相比现行的直筒式平台的结构设计建造方法，本发明克服了其缺点，优化了设计和建造安装程序，特别是整体结构的优化，筒体甲板和上部设施整体结构抗弯刚度非常高，模块下部支撑结构，如支腿，传力路径简明清晰，上部设施底甲板和其所在的筒体甲板合二为一，大幅降低用钢量，同时降低了上部设施的重心；相邻模块甲板连通、通道和梯道统一设计，有利于巡检、维修、物料运移、救生/逃生，提高了生产操作的安全；方便建造；最终必将降低平台工程造价和生产操作费。

Claims (10)

1.一种直筒式平台筒体甲板与上部设施的建造方法，其特征在于，所述直筒式平台筒体甲板与上部设施的建造方法包括如下步骤：

S10，上部设施先按模块一一预制，所述模块预制完成并一一吊装至筒体甲板所在的预定位置后，再将所述模块彼此连接成为一个整体，形成一个模块组合，其底部形成一个模块组合底甲板；

S20，筒体建造时，在用于安装所述上部设施的筒体甲板上预留一个天窗开口，所述天窗开口允许所述模块组合底甲板放置其内；所述天窗开口的边缘与所述模块组合底甲板的外缘之间形成现场合拢间隙；

S30，通过现场合拢连接结构，填补所述现场合拢间隙，使所述模块组合底甲板与所述筒体甲板共同形成一体化的平台甲板。

2.根据权利要求1所述的直筒式平台筒体甲板与上部设施的建造方法，其特征在于，所述S20中，所述筒体建造时还包括步骤：根据各所述模块所在所述筒体甲板上的预定位置，在所述天窗开口下部设置多个用于支撑各所述模块的永久支撑结构和/或临时支撑结构，所述永久支撑结构和/或临时支撑结构随所述筒体一同建造；整个平台建造完成时，拆除全部所述临时支撑结构。

3.根据权利要求2所述的直筒式平台筒体甲板与上部设施的建造方法，其特征在于，所述S10中，所述模块彼此连接成为一个整体，形成一个模块组合还包括步骤：各所述模块预制完成后，分别吊装并固定至所述永久支撑结构和/或临时支撑结构上，再通过各所述模块之间现场连接结构的连接，形成一个整体的所述模块组合，各所述模块底甲板彼此连接形成整体的所述模块组合底甲板。

4.根据权利要求1所述的直筒式平台筒体甲板与上部设施的建造方法，其特征在于，所述S10中，所述模块为可以独立吊装的完整结构模块，或者为由所述模块组合分割而形成的多个分割模块，在所述分割模块预制期间设置临时连接结构，使所述分割模块形成一个完整的框架结构，并能保证所述分割模块可以独立吊装。

5.根据权利要求1所述的直筒式平台筒体甲板与上部设施建造方法，其特征在于，与所述建造方法相适应的所述筒体的结构计算的有限元建模范围包括：筒体自身，以及从所述模块组合模拟切割分离出的模块组合底甲板，或所述模块组合的整个结构；所述模拟切割分离的方法是，从所述模块组合底甲板顶面“切断”其上的结构立柱/斜撑；将从所述模块组合分析计算所得的所述结构立柱/斜撑的断面内力作为外力，连同所述模块组合底甲板所承受的载荷一道，输入筒体有限元分析计算的模型。

6.一种直筒式平台，其特征在于，所述直筒式平台包括：

筒体，其具有筒体甲板，所述筒体甲板上预留一个天窗开口；

上部设施，其包括多个模块，各所述模块彼此连接成为模块组合，其底部形成一个模块组合底甲板；所述天窗开口允许所述模块组合底甲板放置其内，所述天窗开口的边缘与所述模块组合底甲板的外缘之间形成的现场合拢间隙；

现场合拢连接结构，连接在所述现场合拢间隙处，使所述模块组合底甲板与所述筒体甲板共同形成一体化的平台甲板。

7.根据权利要求6所述的直筒式平台，其特征在于，所述筒体甲板为包括筒体主甲板和安装在所述筒体主甲板上方的筒体工艺甲板组成的双层复合甲板，或者为单一的主甲板；所述上部设施安装在所述单一主甲板上或者所述筒体工艺甲板上。

8.根据权利要求6所述的直筒式平台，其特征在于，所述现场合拢连接结构包括多根连接所述筒体甲板和所述模块组合底甲板的梁、扶强材和补平所述现场合拢间隙的平板，使所述模块组合底甲板的上表面与其所在的所述筒体甲板的上表面合二为一，共同形成具有同一顶标高的、一体化的平台甲板。

9.根据权利要求6所述的直筒式平台，其特征在于，所述模块组合内的所述模块为可以独立吊装的完整结构模块，或者为由所述模块组合分割而形成的多个分割模块，在所述分割模块预制期间设置临时连接结构，使所述分割模块形成一个完整的框架结构，并能保证所述分割模块可以独立吊装。

10.根据权利要求6所述的直筒式平台，其特征在于，所述天窗开口下部设置多个用于支撑各所述模块的永久支撑结构和/或临时支撑结构。