海洋平台甲板片Z型合拢口新工艺研究与应用

闫清波1杨贺民2曹扬3 王名利4 刘杰5

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520）

摘要：随着海洋石油工程向深海化、大型化方向发展，海洋平台甲板片的一体化程度不断提高，传统C型合拢口在总装合拢过程中暴露出结构易碰撞、吊机占用时间长等突出问题。本文针对这一技术瓶颈，创新性地提出了Z型合拢口新工艺。通过理论分析、工艺对比和实例验证，系统阐述了Z型合拢口的技术原理、实施流程和精度控制方法。研究表明，Z型合拢口实现了甲板片垂直下落就位，消除了平移调整环节，在曹妃甸6-4 CEPA组块和渤中19-4 CEPC组块等项目应用中，合拢效率提升50%以上，吊机资源占用减少40%，临时加强材料节约70%，为海洋平台建造提供了新的技术路径，具有显著的推广价值。

关键词：海洋平台；甲板片；总装；工艺

Research and application of new technology for Z-shaped closure of offshore platform deck

YAN Qingbo 1，YANG Hemin2，CAO Yang 3，WANG Mingli 4 ,LIU Jie5

(Offshore oil Engineering (Qingdao) Co., Ltd., Qingdao, Shandong 266520)

Abstract: With the development of offshore oil engineering in the direction of deep-sea and large-scale, the integration degree of offshore platform deck sheets has been continuously improved.During the assembly process of traditional C-type closure, some outstanding problems have been exposed, such as easy collision of structure and long occupancy time of crane.In order to solve this technical bottleneck, this paper innovatively puts forward a new technology of Z-shaped closure.Through theoretical analysis, process comparison and example verification, the technical principle, implementation process and precision control method of Z-shaped closure are systematically expounded.The research shows that the Z-shaped closure realizes the vertical fall of the deck sheet in place, eliminates the translation adjustment link, improves the closure efficiency by more than 50%, reduces the occupancy of crane resources by 40%, and saves temporary reinforcement materials by 70% in the application of Caofeidian 6-4 CEPA block and Bozhong 19-4 CEPC block.It provides a new technical path for the construction of offshore platforms and has significant promotional value.

Key words: Offshore platform；Deck sheet；Final assembly；Process

0 引言

海洋石油平台是海洋资源开发的关键设施，其建造质量直接关系到平台的安全性、使用寿命和运营效益。在平台建造过程中，甲板片作为核心承载结构，其总装合拢工艺是整个建造过程的决定性环节之一。受制于建造场地预制车间和涂装车间的尺寸限制，每层甲板需要划分成多个甲板片进行单独预制和涂装，然后在特定区域进行总装合拢

。这一过程不仅技术要求高，而且直接影响到建造成本和周期[1]。

传统的甲板片总装合拢口处组合梁或成品梁的断口通常采用C型口设计，甲板片吊装组对时，被吊甲板片腹板需要侧向塞入已就位甲板片的上下翼缘板之间。随着甲板片一体化程度的提高，甲板片上方和下方附带的拉筋、墙皮及各专业支架增多，传统的C型合拢口工艺已难以满足高效、精确的合拢要求。在实际操作中，C型合拢口导致的碰撞风险和高精度调整时间占用了大量吊机资源，增加了施工成本和安全风险[2]。

为解决这一问题，本文提出了一种新型的Z型合拢口工艺。该工艺通过优化合拢口结构形式，实现了甲板片的垂直下落就位，省去了平移调整环节，显著提高了合拢效率。本文将从传统工艺分析入手，详细阐述Z型合拢口的技术原理、实施方法及应用案例，以期为海洋平台建造技术的进步提供有益参考。

1 传统C型合拢口工艺分析

1.1 技术原理与应用场景

C型合拢口是海洋平台甲板片传统合拢工艺中常用的结构形式，其基本特征在于合拢口处组合梁的断口呈"C"字形。这种设计使得甲板片在吊装合拢时，被吊甲板片的腹板能够侧向塞入已就位甲板片的上下翼缘板之间，通过水平移动实现对接，如图1所示。在非一体化建造的甲板片中，C型合拢口展现出了一定的适用性，其主要优势在于合拢过程无严格的线性合拢位置要求，梁的腹板不易出现错皮现象，同时对吊机吊片下放精度要求相对宽松，允许后期通过带钩调整弥补初始位置偏差。

然而，随着海洋工程装备向大型化、集成化方向发展，甲板片的一体化程度显著提高。现代海洋平台甲板片在预制阶段会集成更多的杆件和设备，重量可达数千吨，尺寸也随之增大。这种一体化设计虽然减少了现场总装工作量，但使得甲板片上方和下方附带了大量拉筋、墙皮和各专业支架，极大地增加了合拢过程的复杂性。

图1 C型合拢口合拢方式示意图

1.2 局限性及挑战

随着甲板片一体化程度的提高，传统C型合拢口工艺暴露出以下突出问题：（1）结构碰撞风险显著增加。当被吊甲板片需要水平侧塞入已就位甲板片时，其下方携带的墙皮、支架等结构与下层甲板上已安装的构件或垫墩极易发生干涉碰撞。为避免此类碰撞，施工方往往需要提前切除部分墙皮或支架，并添加临时加强结构，这不仅增加了额外工作量，还可能影响主体结构的完整性。根据实际项目统计，采用C型合拢口的一体化甲板片，在合拢过程中平均需要处理3-5处碰撞点，每处碰撞点的处理时间约为2-4小时，大幅延长了合拢周期。

（2）吊机资源占用时间过长。C型合拢口的侧塞过程需要甲板片保持吊装状态，同时需要提前焊接拖拉点，安装手拉葫芦和千斤顶以提供水平调整力。在此过程中，吊机无法摘钩，导致单次合拢作业中吊机占用时间长达6-8小时。对于需要多台吊机联合作业的大型甲板片，同步协调难度大，进一步增加了设备成本和施工风险。特别是在多项目并行建设的情况下，高频率的总装作业容易造成吊机资源紧张，影响整体工程进度，传统C型合拢口工艺优缺点如表1所示。

表1：传统C型合拢口工艺优缺点分析

优点

缺点

适用场景

无线性合拢位置要求 结构碰撞风险高 非一体化甲板片

腹板错皮易于控制 吊机占用时间长 小型平台建造

吊装初始位置精度要求低 临时加强材料用量大 吊机资源充足的项目

工艺成熟，操作经验丰富 不适应一体化甲板片 精度要求不高的场景

上述局限性使得C型合拢口工艺难以适应现代化海洋平台建设的需求，亟需一种新的合拢工艺来提高效率、降低成本和保障安全。基于此，Z型合拢口新工艺应运而生，为解决上述问题提供了创新性的解决方案。

2 Z型合拢口新工艺的技术原理

2.1 创新设计理念

Z型合拢口是针对传统C型合拢口局限性而提出的一种创新设计，其核心在于结构形式的优化。该设计使合拢口处梁的断面呈“Z”字形，实现了甲板片在总装合拢时的垂直下落就位，从根本上消除了平移调整环节。这一创新设计契合了海洋平台甲板片一体化建造的趋势，有效解决了C型合拢口在现代化平台建设中面临的挑战。

Z型合拢口的几何设计经过精心计算，确保合拢口具有足够的强度和精度容差，Z字型合拢口，因合拢口处梁的断口很像字母Z而得名，如图2所示。Z型合拢口通过特殊的断面形状，使得上下甲板片在对接时自然导向定位，无需水平调整即可实现精确就位。这种设计不仅简化了合拢流程，还提高了连接点的结构完整性，为后续焊接作业创造了有利条件。

图2 Z型合拢口

2.2 技术实现与精度控制

Z型合拢口的实施需要严格遵循一系列技术参数和要求。如图3所示，组合梁Z字型合拢口尺寸设置需满足特定规范：腹板拼缝和翼缘拼缝间距最小为305mm，腹板拼缝距离垂向相交梁腹板不小于100mm，Z型合拢口位置要求如表3所示。这些参数的制定基于结构力学和焊接工艺的严格要求，确保合拢口在承受平台运营荷载时不产生应力集中，同时为焊接作业提供足够的工作空间[3]。

精度控制是Z型合拢口工艺成功实施的关键。由于采用Z型合拢口预制的甲板片在吊装合拢时会出现多条线性合拢口，对甲板片预制精度提出了更高要求。梁格间距的误差必须严格控制，否则合拢时会出现梁的腹板错皮超差的情况[4]。Z型合拢口的关键技术参数如表2所示。根据工程实践，针对这一问题形成了两种有效的解决方案：

一是应用误差补偿原则，即根据提前测量的已预制甲板片自由端梁格数据，在预制被吊甲板片时予以提前补偿。这种方法通过精准测量和预测性调整，有效消除了累积误差的影响。二是对自由端进行约束，即在被吊甲板片预制时，将合拢口处的自由端提前约束，以保证梁格间距的精度。这两种方法结合使用，可确保Z型合拢口的错皮控制在3-6mm的标准范围内。

表2 Z型合拢口关键技术参数

参数类别

具体指标

技术要求

依据标准

腹板-翼缘拼缝间距 ≥305mm 避免热影响区叠加 焊接工艺要求

腹板-垂直梁间距 ≥100mm 保证焊接操作空间 结构设计规范

错皮控制范围 3-6mm 确保结构连续性 精度控制标准

坡口间隙 6-10mm 保证焊透性 焊接质量要求

此外，Z型合拢口工艺还融合了现代定位技术和自动化设备，如SPMT（自行式模块运输车）的应用，进一步提高了合拢精度和效率。SPMT小车能够精确控制甲板片的位置和姿态，实现毫米级的定位精度。这种机械化、自动化的合拢方式减少了对吊机的依赖，降低了人工作业强度和风险。

综上所述，Z型合拢口工艺通过结构创新和精度控制，实现了甲板片合拢过程的优化，为海洋平台建设提供了新的技术路径。其技术优势不仅体现在合拢效率的提升，还表现在施工安全性和质量的全面提高。

图3 Z型合拢口位置要求

2.3 新工艺主要优点

新工艺的实施流程如图4所示：（1）甲板片在预制时，严格按照设计图纸在合拢口处加工出Z型断口。（2）吊装时，吊机将甲板片直接吊运至合拢位置正上方。（3）垂直下放甲板片，使Z型口两侧的阴阳接口自然啮合，直至就位。

基于此流程，新工艺的优势显著：

（1）彻底消除碰撞风险：由于合拢路径为纯粹的垂直运动，完全避免了甲板片在水平方向的移动，从而从根本上杜绝了与周边结构的干涉和碰撞。如图5实例所示，对于带有下方墙皮和上方支架的一体化甲板片，无需再进行预切割或添加临时加强，实现了“无干预”合拢。

（2）大幅提升吊装效率：甲板片在垂直下放后就基本达到设计位置，无需或仅需极微量的调整。吊机可以迅速摘钩，投入下一个吊装任务。实践表明，这一改进使单个甲板片的合拢效率平均提升50%以上，极大地释放了吊机资源，加快了总装进度。

图4 Z型合拢口合拢方式示意图

3 新工艺应用实例与效益分析

3.1典型项目应用分析

Z型合拢口新工艺在多个海洋平台建设项目中得到了成功应用，取得了显著的技术经济效益。以下以曹妃甸6-4 CEPA组块和渤中19-4 CEPC组块建造项目为例，详细分析该工艺的实际应用效果。

在曹妃甸6-4 CEPA组块项目中，甲板片一体化程度高，重量达到2800吨，传统C型合拢口工艺面临巨大挑战。项目采用Z型合拢口新工艺后，实现了甲板片的垂直下落就位，有效避免了因水平移动导致的碰撞问题，如图5所示。特别值得一提的是，该项目甲板片下方携带了大量墙皮结构，上方集成了多种专业支架，若采用传统C型合拢口，需要提前切割至少5处墙皮并添加大量临时加强。而采用Z型合拢口后，这些额外工作全部避免，直接节省临时材料成本约15万元，减少人工时约200小时。

渤中19-4 CEPC组块项目则展示了Z型合拢口在精度控制方面的优势。该项目对甲板片合拢精度要求极高，传统工艺难以满足要求。通过采用Z型合拢口结合误差补偿技术，合拢精度提高了40%以上，错皮控制全部在标准范围内。项目还创新性地将SPMT运输系统与Z型合拢口工艺结合，实现了甲板片的一次性精准就位，将合拢时间从传统的24小时缩短至12小时，效率提升显著。

图5 应用实例一

3.2 关键技术挑战与解决方案

任何新工艺的应用都会伴随新的挑战。在Z型合拢口的初期应用中发现，由于其形成了多条连续的线性对接缝（腹板缝和翼缘板缝），对甲板片预制精度提出了极高要求。如果梁格的间距控制不当，在合拢时会出现腹板错边（错皮）超差的质量问题。

针对这一精度控制难题，项目团队通过实践总结出以下有效的解决方案：（1）误差补偿预制法：在预制后续甲板片前，精确测量已安装甲板片合拢口处梁格的实际间距、对角线等数据。然后将这些测量数据作为输入，反向调整待预制甲板片的合拢口尺寸，进行“补偿性”预制。此法类似于机械装配中的“配作”工艺，能有效吸收和抵消前期累积的制造误差。（2）自由端约束法：在甲板片预制阶段，对合拢口处的“自由端”（即未与其他结构连接的端部）进行临时刚性约束。例如，加装强力的临时支撑桁架，将合拢口处的梁格固定在正确的理论位置上，直至甲板片喷砂涂装完成、准备吊装前再予以拆除。此法从源头上控制了焊接变形和吊运变形，保证了合拢口的几何精度。

4 总结

本文针对海洋平台甲板片总装合拢中的技术难题，系统研究了Z型合拢口新工艺的技术原理、实施方法和应用效果。研究表明，与传统C型合拢口相比，Z型合拢口通过结构形式创新，实现了甲板片垂直下落就位，消除了平移调整环节，有效解决了碰撞风险和吊机占用时间长等问题。在技术原理层面，Z型合拢口通过优化合拢口几何形状，结合误差补偿和精度控制技术，实现了高精度合拢。SPMT运输系统等配套技术的应用，进一步提高了合拢效率和质量控制水平。实际项目应用表明，该工艺能够提高合拢效率50%以上，减少吊机资源占用40%，节约临时材料70%，综合效益显著。本文对新工艺的工艺原理和应用实例的介绍也为该工艺后续应用提供了良好的借鉴。

5 参考文献

[1]张则青，高瑞力，王东锋，等．平台组块甲板片建造技术研究［J］．中国造船，2013，54( 2) : 41 -45．

[2]张磊，李洪晏，于学军，等．海洋平台甲板片预制新工艺［J］．山东化工，2021，50( 23) : 146-148．

[3]李洪晏． 海洋平台甲板片预制精度控制工艺研究［J］． 山东化工，2020，49( 1) : 81-83.

[4]宋立新．模块化平台甲板片预制技术［J］． 航海工程，2017，46( 5) : 145 -147．