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海上工程平台建设方案设计一、引言海上工程平台是指建设在海洋中，为了开展海洋资源开发、海洋科学研究和军事防御等目的而建造的工程设施。
随着对海洋资源的不断开发和利用，海上工程平台的建设也越来越重要。
本文将探讨海上工程平台的建设方案设计，旨在为未来海上工程平台的建设提供参考。
二、海上工程平台的基本概念海上工程平台是指在海洋中建设的用于海洋资源开发、科学研究、军事防御等目的的工程设施。
海上工程平台主要包括海上油田开发平台、海上风电场平台、海洋科学研究平台和海军舰船等。
海上工程平台的建设需要克服海洋环境的复杂性和恶劣性，因此设计方案的制定必须考虑到海洋环境的特点。
三、海上工程平台的建设目标海上工程平台的建设目标是为了实现海洋资源的可持续开发和利用、保护海洋环境、促进海洋科学研究和提高海洋安全防御能力。
因此，海上工程平台的建设方案设计应该符合这些目标的要求，既要满足经济效益，又要注重环境保护和安全防御。
四、海上工程平台的建设方案设计原则1.综合考虑海洋环境特点，科学选择建设地点和建设方式；2.在保障安全的前提下，最大限度地提高海上工程平台的生产效率和经济效益；3.充分考虑海洋生态环境的保护要求，采取有效的环境保护措施；4.充分保障海上工程平台的安全可靠性，提高其抗风浪、抗冲击等恶劣海洋环境条件下的安全性。
五、海上工程平台的建设方案设计内容1.建设地点选择建设地点的选择是海上工程平台建设的首要任务。
要综合考虑地理、水文、气象等海洋环境条件，选择适宜的建设地点。
同时，还要考虑社会、经济等因素的影响，尽量避免对当地环境和社会影响过大。
2.建设方式选择海上工程平台的建设方式包括建筑式平台、浮式平台和半潜式平台三种。
建筑式平台适用于浅海水域，建造成本低，但受海况限制大；浮式平台适用于深海水域，可以大规模生产，但是建设和维护成本高；半潜式平台适用于中等深度的海域，建设成本适中。
因此，在选择建设方式时需要根据具体的海洋环境条件来进行综合考虑。
1前言随着中国经济的发展 ,特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展 ,石油和天然气供应不足的矛盾日益突出。
石油天然气资源是发展石油工业的前提条件和基础 ,探明储量是制定石油工业长期发展规划和建设项目的依据 ,剩余可采储量的多少决定了石油工业发展潜力所在。
目前我国陆上石油后备资源严重不足 ,原油产量增长缓慢。
由于长期的强化开采 ,大多数主力油田在基本稳定基础上陆续进入产量递减阶段 ,开采条件恶化 ,开发难度增大。
鉴于陆上资源的日渐枯竭 ,资源开发向海洋、尤其是深海进军已成必然趋势。
因此，如何控制海上石油平台的震动，保护平台的安全可靠成为一个亟待解决的问题。
1.1海洋平台简介在陆地上钻井时，钻机等都安装在地面上的底座上；在海上钻井时，不可能将钻井设备安放在海里，因此就需要一个安放钻井设备等的场所，这个场所就是海洋钻井平台。
海上钻井平台分类[2]如下：按运移性分为：固定式钻井平台，移动式钻井平台。
移动式钻井平台又分为坐底式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台、浮式钻井平台。
按钻井方式分为：浮动式钻井平台和稳定式钻井平台。
浮动式钻井平台分又为，半潜式钻井平台、浮式钻井船和张力腿式平台；稳定式钻井平台又分为，固定式钻井平台、自升式钻井平台和坐底式钻井平台。
固定式海洋平台是从海底架起的一个高出水面的构筑物，上面铺设甲板作为平台，用以放置钻井机械设备，提供钻井作业场所及工作人员生活场所。
海洋平台的安装包括：导管架的安装和工作平台的安装。
其中导管架的安装方法有：提升法、滑入法和浮运法。
工作平台的安装方法有：吊装和浮装。
海洋平台的组成部分有：导管架和桩基、栈桥、上部模块、生活楼直升机甲板和火炬臂。
图1.1 海洋平台1.2固定式海洋平台的特点固定平台包括导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台等。
钢质导管架式平台使用水深一般小于300米，通过打桩的方法固定于海底，它是目前海上油田使用广泛的一种平台。
《海洋平台设计》课件xx年xx月xx日•课程介绍•海洋平台设计基础•海洋平台结构设计•海洋平台动力响应分析•海洋平台防腐设计•海洋平台施工与安装•工程实例分析目录01课程介绍海洋蕴藏着丰富的资源，如石油、天然气等，因此海洋平台的设计和建造具有重要意义。
海洋资源的重要性由于海洋平台的设计和建造需要高技术要求和专业知识，因此需要开设《海洋平台设计》课件来培养相关人才。
课程开设原因课程背景掌握海洋平台设计的基本原理和技能通过学习本课程，学生可以掌握海洋平台设计的基本原理和技能，包括海洋环境条件分析、结构设计、防腐设计等。
熟悉海洋平台建造和操作流程学生可以了解海洋平台的建造流程、安装调试及操作维护等方面的知识，提高其综合素质。
课程目的课程内容本课程主要包括海洋平台设计的基本原理、结构设计、防腐设计、建造流程、安装调试及操作维护等方面的知识。
课程形式本课程采用线上线下相结合的形式，包括课堂讲解、案例分析、实践操作等内容，以提高学生的实际操作能力和综合素质。
课程安排02海洋平台设计基础1海洋平台概述23海洋平台是固定在海床上用于钻井、生产、储存和加工的海上结构物。
海洋平台定义从早期简单的导管架平台到现代的高端模块化平台，海洋平台在不断发展和创新。
海洋平台发展历程根据功能和结构特点，海洋平台可划分为导管架平台、重力式平台、张力腿平台等。
海洋平台的分类海洋平台的主要类型由腿柱和上部结构组成，具有较好的整体稳定性，是海洋工程中应用最广泛的一种平台。
导管架平台重力式平台张力腿平台模块化平台以自身重力为主要支撑结构，适用于水深较浅、土质较好的海域。
以桩腿和上部结构组成，依靠桩腿张力维持整体稳定，适用于水深较大的海域。
将多个功能模块组合在一起，具有较高的可移动性和适应性，是未来海洋平台发展的重要方向。
根据使用功能和海况条件，选择合理的结构形式和材料，确保平台的整体强度和稳定性。
结构设计海洋平台的设计原理计算和确定平台所受的各种外载荷和内力，进行相应的载荷组合和工况分析。
第四章海洋平台的设计及建造施工第一节平台结构设计的一般步骤海洋平台的结构设计首先是根据平台作业海域的环境条件、海底土壤特性、平台的使用要求、安全性、营运性能、建造工艺和维护费用以及业主的期望等选择平台的结构型式方案。
由于平台长期固定或系泊于特定的海域中作业，它不像一般船舶那样，遇到大风浪可以避航，因此，在结构设计中正确的确定海洋环境条件显得非常重要.海洋环境条件一般包括海域的水深、风暴、波浪、海流、潮汐、海底冲刷和滑移、冰情和地震等.这些海洋环境因素对平台的安全和作业效率有极大的影响。
为了设计出满足各项设计条件，同时经济性能优良的平台结构，往往需要选择多种方案进行分析比较,最后选定最佳的方案.因此平台结构设计实际上是一个逐步逼近或试探的过程，例如挪威阿柯（AKER）集团设计的“阿柯—H3”号半潜式平台就选择了A至H的8中方案进行分析、筛选，最后选定了H方案中的第3种修改方案，平台也因而取名为“阿柯—H3”。
一般初步选定一种结构型式,确定平台主要尺寸，具体进行总体布置后，如果是移动式平台则需要进行运动性能和稳性的分析，倘若不满足设计任务要求和有关范围的规定，那么这种结构型式就要被淘汰。
为了进行结构安全性校核，需要进行外载荷计算、强力构件尺寸的初步确定和构件材料的选取等工作，最后进行结构的总体强度分析。
外载荷计算包括确定平台的浮力、结构重量、平台的甲板载荷，由风、浪、流、冰、地震引起的环境载荷等,这些载荷直接影响着构件的布置、连接和尺寸的大小，是决定结构设计优劣的重要因素.对于固定式平台，还需进行桩基计算以及桩—土—结构相互作用的分析。
平台的所有强力构件都必须符合规范的强度标准，否则应修改构件的尺寸和材料品种，直到满足要求为止.在结构强度尺寸确定后应对在总体布置时估算的结构重量进行校核，看其与实际的是否一致，若相差较大还需要进行调整.结构设计的最后一个阶段是局部节点结构设计，平台节点是重要的结构部位,它的强度和施工工艺往往直接影响平台总体结构的寿命.图4—1为平台结构设计的一般流程。
海洋平台设施的结构与设计原理海洋平台设施是为了支撑和保护海洋石油、海底矿产等海洋资源开发和利用活动而建造的一种重要设备。
它承载着海洋作业的各种设备和人员，并提供了必要的生活、办公和储存空间。
本文将探讨海洋平台设施的主要结构和设计原理。
在设计海洋平台设施时，首要考虑因素是其安全性和稳定性。
考虑到海洋环境的复杂性、恶劣的气象和水域条件，海洋平台设施的结构需要具备抵御大风、巨浪、海啸和冰冻等自然灾害的能力。
此外，设施的设计也必须能够适应不同的水深、底质和地形条件。
海洋平台设施的主要结构包括：顶部结构、支撑系统和浮力系统。
顶部结构是海洋平台设施上方的建筑物，包括办公楼、居住区、作业平台和设备等。
支撑系统是将顶部结构固定在海底的重要框架，通常由支腿、桥墩或钢管构成。
浮力系统则通过各种浮力体，如船体、浮筒或弹簧吊架来提供平台的浮力。
为了确保在海洋环境下的安全和稳定，海洋平台设施的主要设计原理包括以下几个方面：1. 抗风稳定性：考虑到海上风力较大的环境，海洋平台设施的顶部结构和支撑系统都需要具备较强的抗风能力。
设计中通常会采用钢结构和一定的空气动力学设计，以减小风力对结构的影响。
2. 抗浪稳定性：巨浪是海洋环境的重要威胁之一。
为了保证海洋平台设施的抗浪能力，通常会考虑采用斜坡或斜板来减小波浪对结构的冲击。
此外，在设计过程中还会结合海浪预测模型进行合理的结构设计。
3. 抗冰稳定性：在极地和寒冷地区，海洋平台设施还需要考虑抗冰稳定性。
设计中通常会采用合适的材料和措施来预防冰冻，例如热水灌注、防冰材料覆盖等。
4. 浮力系统设计：海洋平台设施的浮力系统是保证平台上浮并保持平衡的重要组成部分。
设计中通常会考虑到平台的总重量、浮力体积和浮力中心的位置，以保证平台在水体中的稳定性。
5. 地基设计：由于海洋平台设施需要在海底固定，地基设计也是关键因素之一。
不同的地质条件可能需要采用不同的支撑系统和固定方式，如钻井或地基桩基础。
海洋平台的设计与施工方案1. 引言海洋平台是指建设在海洋中的一种工程结构物，用于开发海洋资源、进行海洋科学研究以及支持海洋工程等活动。
本文旨在介绍海洋平台的设计与施工方案，包括设计考虑因素、平台类型选择、平台结构设计、施工过程等。
2. 设计考虑因素在进行海洋平台的设计时，需要充分考虑以下因素：2.1 海洋环境条件海洋环境条件是影响海洋平台设计的关键因素之一，包括海洋水深、波浪、洋流、风速等。
根据不同环境条件的特点，选择合适的平台类型和相应的结构设计。
2.2 使用目的海洋平台的使用目的也是设计考虑的重要因素，可能包括油气开采、风力发电、海洋科学研究等。
根据使用目的确定平台的功能和配置，以及相应的工程设施。
2.3 结构稳定性海洋平台需要具备良好的结构稳定性，能够抵御海洋环境的冲击和风险。
设计时需考虑结构材料的强度和抗风、抗浪能力，以及平台的布局和重心控制。
2.4 施工和维护成本施工和维护成本是海洋平台设计的重要考虑因素之一。
平台设计需要合理控制材料和施工工艺，以降低成本，并提供便于维护和维修的设计方案。
3. 平台类型选择根据使用目的、海洋环境条件和结构稳定性要求，可以选择以下常见的海洋平台类型：3.1 固定式平台固定式平台是指通过桩基或者地锚将平台固定在海床上的一种平台类型。
固定式平台适用于水深较浅、波动较小的海域，并且具备较高的稳定性。
不过，固定式平台不适用于海洋环境变化较大的区域。
浮式平台是指平台通过浮力保持在海面上的一种平台类型。
浮式平台适用于较深水域，并且对海洋环境的变化具备一定的适应性。
然而，浮式平台需要稳定的浮力装置和足够的抗风、抗浪能力。
3.3 半潜式平台半潜式平台是指平台的一部分在海面上，而另一部分则浸没在水下的一种平台类型。
半潜式平台适用于中等水深的海域，并且对海洋环境变化的适应性较好。
半潜式平台的设计需要考虑平台上下浮动的稳定性。
4. 平台结构设计在确定平台类型后，需要进行相应的平台结构设计。
第四章海洋平台的设计及建造施工
第一节平台结构设计的一般步骤
海洋平台的结构设计首先是根据平台作业海域的环境条件、海底土壤特性、平台的使用要求、安全性、营运性能、建造工艺和维护费用以及业主的期望等选择平台的结构型式方案。
由于平台长期固定或系泊于特定的海域中作业，它不像一般船舶那样，遇到大风浪可以避航，因此，在结构设计中正确的确定海洋环境条件显得非常重要。
海洋环境条件一般包括海域的水深、风暴、波浪、海流、潮汐、海底冲刷和滑移、冰情和地震等。
这些海洋环境因素对平台的安全和作业效率有极大的影响。
为了设计出满足各项设计条件，同时经济性能优良的平台结构，往往需要选择多种方案进行分析比较，最后选定最佳的方案。
因此平台结构设计实际上是一个逐步逼近或试探的过程，例如挪威阿柯（AKER）集团设计的“阿柯—H3”号半潜式平台就选择了A至H的8中方案进行分析、筛选，最后选定了H方案中的第3种修改方案，平台也因而取名为“阿柯—H3”。
一般初步选定一种结构型式，确定平台主要尺寸，具体进行总体布置后，如果是移动式平台则需要进行运动性能和稳性的分析，倘若不满足设计任务要求和有关范围的规定，那么这种结构型式就要被淘汰。
为了进行结构安全性校核，需要进行外载荷计算、强力构件尺寸的初步确定和构件材料的选取等工作，最后进行结构的总体强度分析。
外载荷计算包括确定平台的浮力、结构重量、平台的甲板载荷，由风、浪、流、冰、地震引起的环境载荷等，这些载荷直接影响着构件的布置、连接和尺寸的大小，是决定结构设计优劣的重要因素。
对于固定式平台，还需进行桩基计算以及桩—土—结构相互作用的分析。
平台的所有强力构件都必须符合规范的强度标准，否则应修改构件的尺寸和材料品种，直到满足要求为止。
在结构强度尺寸确定后应对在总体布置时估算的结构重量进行校核，看其与实际的是否一致，若相差较大还需要进行调整。
结构设计的最后一个阶段是局部节点结构设计，平台节点是重要的结构部位，它的强度和施工工艺往往直接影响平台总体结构的寿命。
图4—1为平台结构设计的一般流程。
图4—1 平台结构设计的一般程序
第二节海洋平台建造施工
（一）海洋平台建造的一般原则
移动式平台和固定式平台都是钢质海上建筑物。
对于前者，无论从设计原理、建造工艺及工厂生产设备来看，还是从制造厂的地址设置、生产场地要求出发，都与造船有很多相似之处。
因此由造船工业部门来承担各类钢质平台的设计与建造任务是合适、合理的。
从我国实际上看，世界上许多海洋平台建造业发展得快，居于先进地位的国家，如英国、挪威等，他们的平台建造厂多数是由造船厂发展而成。
从70年代以来，我国已经制造了若干种类的钢质平台。
如大连造船厂在70年代初建造的工作水深30m的“渤海一号”自升式平台，1983年黄埔造船厂制造的“华海一号”自升式平台，1984年上海船厂制造的“勘探3号”半潜式平台。
此外，渤海石油公司还建造了一批40m一下水深的导管架平台，用以开发埕北油田。
平台的甲板结构支撑着主要的钻井设备（如井架、各种机械装置等），提供了平台的各种工作和生活模块。
所谓模块，是指已进行充分预舾装的立体分段。
它们通常是分别进行设计的，所采用的规范和标准可能各不相同，设计思想也不完全一致。
模块通常不是由同一厂商或在同一地点建造的。
一般，模块在陆上建造，然后将其拖运至现场进行吊装。
由于海上气候变化无常，因此必须减少吊装时间，在有限的可作业环境条件下完成平台上部模块结构的安装。
随着模块尺度和重量的不断加大，海上起重能力也在迅速提高。
现有模块的重量大致范围在250～350t，有时可达2000t。
甲板设备组块建造成尺寸约为3～4.6m×15～18m×4.9～6.1m（10～15ft×60ft×16～20ft）的模块。
有时尺寸达11m×23m×6.5m（35ft×75ft×21ft）。
下图4—2为一甲板结构的剖视图。
现有起重船的起重能力决定了模块的尺寸或重量。
图4—3摘录了模块尺寸。
模块在称之为滑架的纵桁和衡梁的垫材上建造。
这些模块被设计成能自己支撑的并跨于甲板基础结构的主要桁架之间。
其他各种尺寸的滑架适合于准备放在平台甲板上较小较轻的设备。
图4—2甲板结构剖视图
模块设计成能支撑其最大的固定和可变重量的组合。
最大的模块起吊重量不应超过317t，然而454t的模块起吊重量也不罕见。
图4-4 平台模块示意图
对于最小的自升式钻井平台，模块尺寸必须与钻井装置组块的尺寸和布置想配合。
某些方案对组装钻井装置部件是适用的，见图4—4。
图4—3 甲板设备组块的模块尺寸（图中’表示英尺）
图4—5 诺布尔钻井公司27号钻井装置的正面图（'表示英尺，"表示英寸）甲板模块可以在任一邻近水域的远距离建造场地的地方建造，并由驳船运送到近海处。
设计中主要包括确定为上驳用的滑梁和合适的宽度、吊环位置的设计和驳船海上运输期间适当的连接撑杆。
（二）下水与海上安装
自升式平台与半潜式平台都有类似船体的下部浮体，对下水进行必须的安全计算，可以采用类似船舶下水的方法，用滑道或船坞下水。
本节着重介绍导管架平台的下水和海上安装。
导管架在岸上制造完毕后，一般采用运输驳船将其运至海上施工现场，然后下水，扶正定位，打桩，并最后安装上部甲板结构，此时整个导管架才算建造完毕。
1、上驳与系紧
将完工的导管架用滑道从总装场地移到码头的下水驳上成为上驳。
为防止导管架在上驳过程中产生不容许的应力集中和变形，要考虑陆上和船上的滑道保持同一高度。
驳船的纵倾要保持在最小限度，其载荷分布与驳船压载情况要用计算机事先计算。
导管架上驳后，在导管架与驳船之间要焊接拉筋。
焊接点要位于舱壁上方或其它有足够刚性构件的部位。
从上驳地点到还上安装工地往往要经过长途拖
航。
拖航过程中由于驳船重心升高，使其稳性恶化，过大的风浪还会使驳船产生剧烈的摇摆，在导管架和拉筋上产生很大的应力，因此在拖航过程中要严格监测驳船的运动情况和应变情况。
导管架在下水上驳的情况如图4—6所示。
图4—6 下水驳的工作过程
2、下水和海上安装
导管架的下水方式有以下几种：
（1）浮吊下水。
将导管架从下水驳上用浮吊吊起下水。
（2）下水驳整体下水。
当下水驳到达海上安装地点后，拆除拉筋，向驳船舱内注水，使驳船产生一定的纵倾，使导管架沿着滑道下滑，当导管架重心通过摇臂轴后迅速旋转入水，如图5所示。
对于中小型导管架平台可以一次在陆上总装成功。
对于大型导管架平台，如水深在150m以下的平台，可以分散下水，在海上合拢。
导管架安装、定位、经过打桩固定于海底以后，接着进行甲板结构吊装。
甲板结构安装完毕即可进行模块吊装。
第三节 BH108施工实例
（一）施工装备及机具
1、动用船舶：
浮吊：BH108
驳船：BH307（平台，隔水套管），重任503（桩）
拖轮：BH283
其他：辅助工作小船，BH207(辅助抛锚及运输货物)
2、准备工作：
切割导管架与驳船支座的连接，从中间切断六根斜撑（截至最后离开，斜撑也没有完全切除）。
把定位GPS装置吊到导管架顶层甲板上。
起吊：由三根拖拉绳协助控制导管架在空中的位置
定位：在防沉板放到海底之前，工作人员登上平台进行最后的精确定位
图4—7 BH108吊装方案2of4
（二）打桩施工及安全
1、概况：一共三根桩，不分段。
每根长52.85米，直径1066mm。
打入泥面以下45米。
采用IHC S-500打桩锤，外接桩替打
2、准备工作：
切割桩的固定装置，在桩替打和打桩锤外面画上刻度。
吊桩：采用IHC的起桩器
插桩：由潜水员进行辅助定位插桩。
每根桩从起吊到插入套筒需要1小时左右。
第一次打桩完毕，潜水员下水观察确定是否打到了预定位置。
基本上打一根桩需要45分钟左右。
使用加速度传感器实时测量打桩在平台上产生的最大加速度值。
分别为：第一次打桩时水平0.1g，垂直0.2g，第二次打桩时水平0.15g，垂直0.3g。
从目测看，打桩过程平台上部结构振动较大，有滑轮等振落海里。
（三）调平
二次打桩结束后，导管架倾斜度为2.5％，按照预先的方案，需要进行调平。
测平原理：利用连通器原理
调平方式：提拉低点
（需要潜水员进行水下辅助作业）
（四）灌浆
原计划在甲板顶部进行灌浆，现在为了施工方便，在登平台梯子附近把原灌浆管线切断，从外部进行灌浆。
图4—8 平台调平作业3of 3
（五）打隔水套管
概述：分三段，分别长42.3m，21m，21.5m。
打入泥面以下55m。
采用IHC S-90打桩锤，无替打。
打隔水套管在灌浆结束后12小时进行。
准备工作：切割固定装置
起吊：采用吊耳形式。
第一段隔水套管吊耳在顶部，第二、第三段吊耳均在底部。
振动情况：从加速度传感器上看比打桩的时候振动要小
施工时间：每段从起吊到焊接完毕并且磁粉探伤检验完毕需要1小时左右。
由于开始的土层比较松软，打第二段隔水套管需要时间较短，打第三段时候每根需要1小时左右。
