海上平台托架材料计算问题分析及方法研究

刘金龙，王毅，王彦辉，杜海鹏，丁冬

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300450）

引言

在工程项目中为了保证现场施工的连续性，设计人员在计算托架材料时，在满足设计原则的前提下，习惯将材料估算数量算得尽量充足，以满足现场施工的用料需求[1][4]。可以从软件三维[2]、现场安装[3]等层面进行数量估算，这样一方面难以降低项目成本；另一方面，各项目延续下来形成的多余的电缆托架库存余材料，增加了存储成本的负担。

通过对2019-2020年5个吨位在1500吨左右的常规井口平台的托架材料计算结果（见表1）研究发现，计算数量与实际使用量存在的差异主要集中在托架直通和附件（连接附件、安装附件、接地材料）上，弯头、三通的余量则是0。初步分析造成此原因是因为弯头、三通材料在图纸中有明确显示，可以直接统计出来，其他几项均需要进行一定估算。

表 1 电缆及人工节约明细表

1 主要原因分析

对上述统计中的托架主构件及附件余量进行分析，电缆托架直通、连接片、安装螺栓、接地材料都有不同程度的余量，而安装螺栓的余量在所有材料余量中占比最大，为67.6%（见图1）。

图1 每种材料余量在总余量中的占比饼图

分析余量材料在估算时的依据，发现托架拼接位置在4项材料估算中占了两项，占比50%，影响的余量占比为27.1%（见表2）。但是进一步研究会发现，支撑位置的设计遵循规范NEMA VE2，而规范中明确规定支撑位置与托架拼接位置是存在对应关系的[5]，所以通过支撑位置计算的材料，实际上也是间接依据托架拼接位置计算而来的，这样托架拼接位置在计算中占比实际上达到75%，影响的余量占比实际上达到94.7%。托架拼接位置对于托架材料的计算占了主要地位，其对应的材料余量也占据了最大比重，是造成托架材料余量较大，材料计算不准确的绝对主因。

表2 余量影响因素统计表

在不考虑其他托架构件如三通、弯头、变径、爬坡等的情况下，如果在一段长度为8米的距离上敷设托架直通，根据托架直通的供货定尺长度为3米一段，若尽量用整段托架材料进行敷设，则最多使用3段有2个拼接点，如使用2米一段的材料则有四段3个拼接点，如都使用2米以内的材料，则最少需要8段有7个拼接点。这些情况对应的托架直通数量、支撑数量和附件数量如下表3所示。从表中可以看出，在同一段距离上铺设托架直通，虽然托架直通的总长度都是8米，但由于拼接位置数量不同，附件数量存在较大差异，最大和最小值相差可以在2倍以上。

表3 托架材料及支撑数量统计表

2 主要技术内容

通过以上分析可以看出，在托架附件材料计算过程中，预先确定托架拼接位置即对托架进行分段，并且在满足托架布置的基础上尽量优化托架分段数量，能够准确计算出托架附件的数量并且控制数量在相对较低水平。

通过对计算方法的研究，托架预先分段对托架直通数量计算准确程度同样有效。例如在定尺3米长的托架直通上，分别切割长度为500mm，800mm，1100mm，1500mm，1800mm的一组托架直通，不同托架分段产生的余量数量不同（见图2），最优化的分段方式一，不仅材料利用率相较分段方式二提高了30%，而且减少了材料用量（见表4）。

表4 不同分段方式托架直通材料利用率统计表

图2 分段方式示意图

3 应用情况及推广前景

通过上述分析，托架分段对托架材料计算准确性有直接影响，相比传统以托架布置图估算托架材料的方式，预分段并对分段进行优化可以大幅提高材料计算的准确性，对于控制余量的计算和降低材料成本有重要作用。因此，在计算托架材料前，以托架布置图为基础对整体托架进行预分段，考虑其他相关设计因素对托架分段进行优化形成托架分段图（如图3）。在此基础上进行各种托架材料的计算，从而实现更加准确地计算出托架材料的数量。

图3 托架分段图

托架预分段技术通过秦皇岛32-6、曹妃甸11-1油田群岸电应用工程，垦利6-1油田10-1N区块开发项目、曹妃甸11-6油田扩建项目的应用实践，可以精确电缆托架及其附件采办数量，避免材料浪费，节约托架材料成本约11.8万元。可以节约设计人力成本和现场管理及作业人力成本100人工日，具体数据如表5所示。

表5 托架及人工节约明细表

托架预分段技术还在渤中29-6项目、垦利6-1油田4-1/5-1区块开发项目、渤中19-6 BOP项目等在建海洋石油工程中得到应用，随着该技术不断完善，经过估算，每1000t组块预计节约材料和人力成本共约2万元。

4 结语

工程项目上材料的使用数量往往非常大，不论材料本身的价格是否高昂，如缺少科学、严禁的计算，长此以往会造成很大损失。材料计算需要打破以往固有的方式、方法，通过认真分析、研究找出存在问题的根源并加以改进，实现更加科学和优化的计算方法，才能满足工程项目不断最求降本增效的需求和目标。