精確模擬讓海洋工程設(shè)施安裝效率翻倍

海上平臺(tái)紀(jì)錄 

Dockwise 是 Royal Boskalis Westminster N.V. 的全資子公司，為海洋基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的重型運(yùn)輸和安裝 (T&I) 制定創(chuàng)新型解決方案。Dockwise 的全球總部設(shè)于荷蘭布雷達(dá)市，備有 23 艘半潛船和兩臺(tái)超級(jí)浮式托盤(pán)。在緬甸孟加拉灣15億美元的 SHWE 現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中，Dockwise 為 SHWE 平臺(tái)安裝了近 2.2 萬(wàn)噸的導(dǎo)管架和 3 萬(wàn)噸帶甲板支架的水上組塊，開(kāi)創(chuàng)了重量記錄。Dockwise 實(shí)施了運(yùn)輸和安裝合同對(duì)應(yīng)的工程設(shè)計(jì)，提供導(dǎo)管架拖航和下水作業(yè)，水上組塊拖航和浮托安裝，并為導(dǎo)管架和水上組塊的裝船提供作業(yè)支持。通過(guò)運(yùn)用 MOSES 和 SACS，Bentley 的海上平臺(tái)分析、設(shè)計(jì)和安裝軟件在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中幫助節(jié)省了 5 千個(gè)人工時(shí)和兩個(gè)作業(yè)日。

Dockwise 高級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理 Alex Rodenburg 指出：SHWE 水上組塊安裝及導(dǎo)管架下水的成功標(biāo)志著 Dockwise 的一個(gè)重要里程碑。這進(jìn)一步證實(shí)了 Dockwise 逐漸發(fā)展為石油天然氣平臺(tái)運(yùn)輸和安裝的海上項(xiàng)目承包合作伙伴?！?nbsp;

大型重型工程結(jié)構(gòu)體

SHWE 平臺(tái)坐落于孟加拉灣 110 米水域中，是一個(gè)集鉆井、生產(chǎn)、處理和壓縮為一體的中央設(shè)施，用于將天然氣輸向陸上天然氣接收站。天然氣輸至陸上后將配送至買(mǎi)方管道。該項(xiàng)目于 2013 年 8 月投入商業(yè)生產(chǎn)。到 2014 年年中，該項(xiàng)目全面投產(chǎn)，天然氣日產(chǎn)量約為 5 億立方英尺。

工程、采購(gòu)、施工及安裝承包商現(xiàn)代重工業(yè)有限公司選擇 Dockwise 作為運(yùn)輸和安裝分包商負(fù)責(zé)導(dǎo)管架和水上組塊的操作、工程設(shè)計(jì)和安裝。從承接合同至 2012 年完成作業(yè)，Dockwise 耗時(shí)兩年半的時(shí)間。該項(xiàng)目安裝是世界上最大的導(dǎo)管架和最重的水上組塊安裝項(xiàng)目之一。先進(jìn)的水上組塊配有一個(gè)賓館和餐廳，可容納 200 人，并配有用于鉆井和生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備。

水上組塊的垂直重心位于龍骨上方 48.3 米處，因而其穩(wěn)定性要求打破了駁船安裝的限制，使其成為世界上能夠執(zhí)行此作業(yè)的僅有的兩艘駁船之一。瓶形駁船能夠滿(mǎn)足穩(wěn)性和導(dǎo)管架占用空間的要求，因而便于浮托施工。然而，它給系泊布置和拖航的整體強(qiáng)度需求帶來(lái)了挑戰(zhàn)。短而粗重的導(dǎo)管架也給下水作業(yè)帶來(lái)了難題。

圖：SACS 和 MOSES 用于工程設(shè)計(jì)和安裝施工

Bentley 軟件模擬

通過(guò)基于 MOSES 和 SACS 模擬技術(shù)的大量分析和設(shè)計(jì)迭代，這些工程難題得以解決。MOSES 是 Bentley 全面的分析軟件套件，用于海上結(jié)構(gòu)物的安裝和各類(lèi)浮式海上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。SACS 是一種軟件集成套件，用于海上結(jié)構(gòu)物（包括石油、天然氣及風(fēng)電場(chǎng)平臺(tái)和水上組塊）的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)。SACS 具有動(dòng)態(tài)迭代設(shè)計(jì)的功能，便于項(xiàng)目組執(zhí)行高級(jí)分析，遵從海上設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并查看復(fù)雜的結(jié)果。Bentley 技術(shù)在整個(gè)項(xiàng)目期間提高了效率和準(zhǔn)確性。水上組塊的浮托分析是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程，需要 SACS 和 MOSES 之間進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)傳輸。SACS 模型計(jì)算出結(jié)構(gòu)剛度和靜態(tài)反應(yīng)等信息，然后傳遞至 MOSES。MOSES 用來(lái)計(jì)算時(shí)域內(nèi)所有水動(dòng)力相關(guān)信息，如浮托沖擊力以及運(yùn)動(dòng)幅度。MOSES 獲得的所有結(jié)果反饋到 SACS，以確保該結(jié)構(gòu)適用于不同浮托安裝階段（包括駁船等待階段、進(jìn)船階段、對(duì)接階段和出船階段）中的所有載荷條件。該過(guò)程必須針對(duì)每個(gè)系泊布置整體更新，以進(jìn)行瓶形駁船的可行性研究，直到選定最終設(shè)計(jì)的最優(yōu)布置。 

高效的數(shù)據(jù)傳輸 

為進(jìn)行導(dǎo)管架下水分析，首先要在 SACS 中對(duì)導(dǎo)管架進(jìn)行建模。然后，導(dǎo)管架模型轉(zhuǎn)換至 MOSES（已成熟應(yīng)用于下水過(guò)程模擬）以進(jìn)行下水分析。通過(guò) MOSES 水動(dòng)力分析獲得浮托沖擊力和運(yùn)動(dòng)幅度后，數(shù)據(jù)以最小的工作量自動(dòng)輸出為 SACS 格式。然后可在 SACS 中進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢查，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度。通常，每種配置對(duì)應(yīng)的下水過(guò)程應(yīng)采用 15-20 個(gè)裝載步驟，因?yàn)槊恳徊街袑?dǎo)管架和船體之間的接觸點(diǎn)可能不同。由于這種復(fù)雜性，這兩個(gè)程序之間的通信則至關(guān)重要，其中包括幾何、成員屬性、環(huán)境信息和載荷條件等信息。SACS 和 MOSES 之間的數(shù)據(jù)傳輸提高了項(xiàng)目效率。這使得項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可以進(jìn)行大量的分析，從而有效地驗(yàn)證各種想法。否則，項(xiàng)目的進(jìn)度和成本可能會(huì)受到不利影響。對(duì)于如此復(fù)雜的項(xiàng)目，若不使用 SACS 或 MOSES，其工程設(shè)計(jì)不可能在計(jì)劃進(jìn)度內(nèi)完成。 

分布式工程團(tuán)隊(duì) 

Dockwise 在三個(gè)辦事處開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，分別位于荷蘭、美國(guó)和中國(guó)。這種地理分布使主要團(tuán)隊(duì)成員能夠一天 24 小時(shí)執(zhí)行預(yù)定的快速跟蹤任務(wù)并處理現(xiàn)場(chǎng)發(fā)來(lái)的意外緊急請(qǐng)求。

數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)、準(zhǔn)確性、可追溯性和工作流成為了一個(gè)關(guān)鍵難題，對(duì)于最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖尤其如此。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過(guò) MicroStation 制圖和 ProjectWise 文件管理找到了解決方案。MicroStation 和 ProjectWise 的完全集成為使圖紙能夠在運(yùn)營(yíng)部等不同部門(mén)之間以及位于不同工作地點(diǎn)的工程師和設(shè)計(jì)師之間輕松便利的傳遞。這也推進(jìn)了審批過(guò)程的工作流。同時(shí)，ProjectWise 在整個(gè)項(xiàng)目生命期內(nèi)的各輪分析中提供了更好的可追溯性?？傊?，MicroStation 和 ProjectWise 的結(jié)合為 Dockwise 執(zhí)行全球性大型項(xiàng)目提供了所需的信息移動(dòng)化解決方案。   

圖：SHWE 導(dǎo)管架裝載 

時(shí)間和成本節(jié)省 

成功的現(xiàn)場(chǎng)施工體現(xiàn)了 SHWE 導(dǎo)管架和水上組塊拖航和安裝設(shè)計(jì)的良好工程。SACS、MOSES 和 MicroStation 幫助工程及設(shè)計(jì)組提高了效率，從而促進(jìn)了施工。任何促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)施工和工程的因素都顯著降低了項(xiàng)目成本。例如，通過(guò) MOSES 的可行性分析能夠精確預(yù)測(cè)施工時(shí)間窗口，從而降低浮托施工工期延遲的風(fēng)險(xiǎn)。擬四天完成的浮托安裝施工實(shí)際上縮減為兩天。

從工程設(shè)計(jì)角度來(lái)看，在總共 3 萬(wàn)工程工時(shí)的項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中節(jié)省了約 5 千工時(shí)。5 千工時(shí)和兩個(gè)作業(yè)日的成本價(jià)值可歸因于 Bentley 技術(shù)的投資回報(bào)。

安全也是運(yùn)輸和安裝項(xiàng)目中的首要考慮因素。通過(guò) MOSES 和 SACS 模擬浮托安裝過(guò)程，可以精確地預(yù)測(cè)系纜和設(shè)備的沖擊力，并檢驗(yàn)系纜布置。這些工程活動(dòng)大大降低了系纜在施工過(guò)程中斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，直接保證人員和操作的安全。Bentley 產(chǎn)品幫助 Dockwise 實(shí)現(xiàn)其“零事故”政策的企業(yè)承諾。此安裝最終執(zhí)行時(shí)未發(fā)生任何事故。  

感言摘錄：

“SACS 和 MOSES 是我們已開(kāi)發(fā)多年的模擬工具，對(duì)這些工具的領(lǐng)先、創(chuàng)新性應(yīng)用有助于我們發(fā)展成為石油天然氣平臺(tái)運(yùn)輸和安裝的海上項(xiàng)目承包合作伙伴。通過(guò)運(yùn)用 SACS 和 MOSES，Dockwise 建立了一套用于導(dǎo)管架下水及水上組塊浮托安裝的標(biāo)準(zhǔn)流程?！报C Wenjie Wu，Dockwise 高級(jí)結(jié)構(gòu)工程師