自升式工作平台的设计现状与未来展望

赵志坚/中远海运重工有限公司技术研发中心

自升式工作平台的设计现状与未来展望

赵志坚/中远海运重工有限公司技术研发中心

自升式工作平台诞生于20世纪50年代的美国，近几年更是得到了前所未有的应用和推广。本文从介绍自升式工作平台的发展历史和功能特点入手，着重梳理了自升式工作平台的设计现状，并对其发展趋势进行了分析，给出了相关建议。

自升式工作平台是一种自升式的多功能海上服务平台，由船体、桩腿和桩靴、升降系统、推进器等部分组成。自升式工作平台可通过桩腿将船体抬离水面，实现漂浮状态到站立状态的转变，为海上作业提供一个稳定的工作场所，同时，该船型还克服了传统自升式钻井平台不能自航的劣势，具备航行船舶的机动性和灵活性。因此，自升式工作平台是将传统自升式钻井平台和航行船舶进行功能组合后产生的一种创新产品设计。

自升式工作平台的发展历史

自升式工作平台诞生于20世纪50年代的美国，从诞生之日起就由于其功能实现多、灵活便利、效率高、性价比出色等优点赢得了客户的青睐。此后，几乎每年都有新建船型投入使用，直至上世纪八九十年代，该船型在墨西哥湾的油田辅助作业中得到大力推广。

自升式工作平台在美国的诞生和兴盛，推动了美国船级社(ABS)针对该船型入级参考规范的设立。美国船级社针对该船型编制了独立的参考规范（Liftboat standards），从技术上确保了该船型的安全性和可靠性，是自升式工作平台船型走向独立和成熟的一个重要标志。

进入21世纪，自升式工作平台逐渐在墨西哥湾之外的全球多个海域得到应用，包括欧洲北海、波斯湾、东南亚沿海、西非近海以及中国沿海，功能上也从早期的油田钻采辅助服务延伸到风机和模块的运输与安装、海上拆卸，以及各式各样的近海服务。随着功能的不断增多，该船型已从早期的定义和功能形象逐渐发展、延伸到了更为广阔的应用类型，自升式工作平台这一名称也得以沿用，成为这一大类船型的统称和广义代名词。

自升式工作平台的功能特点

自升式工作平台获得广泛应用离不开该船型具有的一些基本功能和典型特点，该船型具有如下一些基本功能。首先，该船型可在一定水深的浅海作业，最大水深甚至可到300英尺，站立于海底的作业模式为海上施工提供了一个几乎不存在任何运动的工作场所。其次，大多数自升式工作平台在首尾布置有若干推进器，具备自航和动力定位能力。最后，主船体上存在多处重要功能区域，自升式工作平台具有宽敞、开阔的甲板空间，可提供多种功能模块与原材料的布置、运输和补给等，靠近首部设有上层建筑和驾驶室，可满足一定的人员住宿需求，主起重机通常装在尾部，可进行装载、卸货、海上安装、拆卸等吊装作业。

上述基本功能为其带来了诸多优势，这些优势构成该船型的典型特点。一是稳定。漂浮式工程船舶由于受波浪影响而存在较大运动，自升式工作平台的突出特点是作业时稳定性强，近似陆地在海上的延伸，不但延长了作业窗口期，而且大大降低了海上施工的难度和风险。二是机动和灵活。自航功能为其带来了机动性和灵活性，动力定位能力则辅助实现从漂浮到站立的转变，彻底摆脱了航行、站立实现过程中对拖轮的依赖。三是高性价比。该船型一般都比较小巧，造价低，初始投资少，作业效率高，因而性价比也较高，经济性和实用性被客户所发掘和认可。四是通用性强，能够配合实现多种近海工程服务。此外，该船型适合各地的沿岸近浅海海域，全球作业区域非常广泛。

自升式工作平台的设计现状

现状1：船型单项技术指标发展状况

为降低航行阻力，船体通常为船形形式，低航速时船首采用“简易船首+简易方形鼻艏”的设计，对于航速较高的要求，逐渐转为带有整体型线优化的船首设计。主船体的长、宽、高等主尺度取决于作业要求和对甲板面积的需求，并参考不同目标进行灵活调整。桩腿有圆筒形、方形和桁架式三种，可依据作业水深、风浪流环境条件、单腿最大承载能力等因素综合选择。为配合船形形式，桩腿一般为4条，新设计已较少选用3条桩腿，对于船长较长的大型风电安装船，出于船体在站立时中垂变形量考虑，也有6条桩腿的设计案例。

常用的提升系统主要有插销式和齿轮齿条式两种。为了辅助实现从漂浮到站立的转变，大多数自升式工作平台选用DP2动力定位能力。对于主吊起重能力，从100吨—1500吨都有应用，偏小的主吊常采用非绕桩式，随主吊能力的增大，则逐渐转为绕桩式更为优化。

现状2：船型整体功能的发展与延伸

中远船务交付的一艘自升式工作平台

中远船务交付的两型风电安装船

在整体功能实现上，自升式工作平台正朝着多种应用和设计理念的方向发展。自升式近海风电安装船伴随海上风电的发展而兴起，专用于海上风机的运输与安装，本质上也属于该船型，是一种大型化、复杂化的自升式工作平台，如中远船务已交付的两型四艘用于欧洲北海的大型风电安装船。国外近几年提出的walk to work（走着去上班）理念也催生了众多新型自升式工作平台，如为浅海油气田提供大批量员工住宿服务的自升式生活平台，为近海大型风场提供维修、保障和住宿服务的自升式风场运维保障基地平台等。还有一些船厂为客户定制化开发了海上碎石平台、水下炸礁平台、气体压缩平台、海洋牧场平台等，都是一些较为成功和创新的产品设计、应用推广案例。

自升式工作平台便于各类海上作业设备与其结合、叠加，实现重复、多功能使用的目的，在近浅海各类工程领域具有“互联网+”的特性，是近浅海海域的“自升式工作平台+”工具，一定程度上说，该船型是近浅海工程作业的首选辅助工具。

现状3：欧美继续引领创新设计

在大型、复杂的自升式工作平台设计方面，欧美继续作为创新设计的领跑者。据统计，第三代及更先进的风电安装船几乎全部由欧美公司设计，这其中存在多方面原因。一是自升式工作平台船型诞生于欧美国家，欧美国家设计公司的技术实力最为雄厚，设计经验也最丰富。二是具有自主知识产权的母型众多，多类产品都有清晰的“代”的指标划分，形成了设计迭代升级的良性循环。三是市场引领和倒逼技术发展，欧美在海上油气、近海风电领域起步早，发展领先，对新技术、新设计的需求一直处于世界最前沿。最后，欧美设计公司与市场需求的结合更为紧密，也有能力快速设计和开发出适合当前市场需求的产品。

现状4：国内设计与开发现状

随着一些国内设计公司、船厂在该船型基础共性技术能力上的逐步具备，符合中国市场需求的各类型自升式工作平台也被设计和开发出来。中远船务主导完成了工信部的近海风电安装船研发项目，设计指标达到国际第三代风电安装船标准。惠尔海工开发了多种类型的自升式工作平台，初步形成具备不同指标特征的多类型产品设计系列。中集来福士设计了气体压缩平台和海洋牧场平台，并完成建造和交付。上海佳豪根据客户需求完成了海上碎石平台的设计。

国内自主设计案例虽然众多，但以小型自升式工作平台为主，还不具备面向多个高指标、大型化、复杂化产品的设计和优化能力，更远未达到欧美国家的设计引领水平。在计算、分析、评估等基础共性技术方面，国内多个公司都做到了初步掌握，但灵活应用共性技术开发产品设计的能力还有欠缺，经验也不够丰富。国内具有自主知识产权的成熟母型设计偏少，还处于靠解读、复制、改进国外设计为主的“微创新”阶段，原创和具有一定颠覆性的概念设计更是少之又少。在“设计-建造-实船应用-问题反馈-改进设计-升级换代”的产品全生命周期设计流程上，“实船应用-问题反馈-改进设计”环节的缺失最多，还未形成良性的设计迭代循环，这也是导致设计水平不高、设计与市场需求不够匹配的一个重要原因。此外，国内近海工程市场的发展时间较短，大部分需求都能从欧美设计中得到借鉴或引用，市场对技术和设计的需求还未进入依托创新为主的发展阶段。

自升式工作平台的未来发展

一是在传统油气资源领域仍存在一定市场需求。近几年，国际石油价格一直处于低位徘徊状态，石油公司不得不通过各种降本增效方式减少海上石油开采的成本支出，自升式工作平台恰好符合当前的低成本策略，而且全球其他海域远未达到北美海上油田的使用密度，属市场未饱和海工装备，再加上该船型在墨西哥湾拥有多年的成功应用历史，可以预见，船东将会加大投资和开发力度，该船型在海上油气服务领域还存有一定的拓展空间，全球作业海域也将变得更为广泛。

二是应用于近海风电安装与其他各类近海作业领域。风电作为绿色、清洁、可持续能源的典型代表，拥有巨大发展潜力，而海上风电更是具有陆地风电无可比拟的优势，中国、欧洲沿海国家、美国等能源消耗大国纷纷制定了各自的海上风电发展规划。随着海上风电的优势被大家熟知，全球沿海国家必将加快近海风场开发的速度，风电安装船、风场维护基地平台将具有良好的市场前景。此外，油气和风电之外的近海作业细分市场也有待开发，同时也是一个基于新市场需求的创新产品设计过程。

三是看到发展的同时，也要关注风险。海工市场的持续低迷将大家的目光引向了自升式工作平台，近几年国内船厂在该船型上的订单迅速增多，甚至出现了接近零首付、基本设计未完成、没有潜在租约的生效项目，这从一个侧面说明了该船型投资过热和走向泛滥的趋势。虽然该船型还未达饱和，但毕竟单一船型的市场容量有限，不能填补整个海工市场低迷带来的缺失，预计该船型的竞争将更趋激烈。当前态势下，产业链各方更要用理性的眼光看待该船型投资市场，认真评估项目风险（租约风险、技术风险、交船风险等），采取更加谨慎的态度。此外，大多数自升式工作平台在作业范围内的相互替代性较强，功能的重叠也会转变为市场需求压力，需要各方的特别关注。

四是要面向设计公司和船厂。自升式工作平台的一个劣势是对恶劣海况的适应性不足，在新应用海域的产品设计方面可以加强对海况的适应性、安全性、作业窗口期方面的评估。对于船厂来说，在基础共性技术能力具备的条件下，可开发具有自主知识产权的产品设计，以便更好地贴近客户需求，并集全周期设计与采购、建造于一体，形成更全链条的EPC交钥匙模式，打造更强的综合经营接单实力。

五是创新引领。继续夯实和积累面向该船型的基础共性技术能力，将其与紧贴市场需求的创新概念设计相结合，开发出真正符合客户需求的创新产品设计，并在不断发展的市场需求中形成自己的良性设计循环。对于这一通用性较强的船型，也建议各方进一步拓展海洋开发的思路，将自升式工作平台看作陆地在近海的可移动延伸点，充分发挥“自升式工作平台+”的海上作业工具特性，将更为宽广的陆地作业与其结合，开发出更多的应用和创新。 ★

中远船务主导的工信部高技术船舶科研项目—采用液压升降装置的近海风电设备安装船模型