精確模擬讓海洋工程設施安裝效率翻倍

海上平臺紀錄 

Dockwise 是 Royal Boskalis Westminster N.V. 的全資子公司，為海洋基礎設施領域的重型運輸和安裝 (T&I) 制定創(chuàng)新型解決方案。Dockwise 的全球總部設于荷蘭布雷達市，備有 23 艘半潛船和兩臺超級浮式托盤。在緬甸孟加拉灣15億美元的 SHWE 現(xiàn)場開發(fā)項目中，Dockwise 為 SHWE 平臺安裝了近 2.2 萬噸的導管架和 3 萬噸帶甲板支架的水上組塊，開創(chuàng)了重量記錄。Dockwise 實施了運輸和安裝合同對應的工程設計，提供導管架拖航和下水作業(yè)，水上組塊拖航和浮托安裝，并為導管架和水上組塊的裝船提供作業(yè)支持。通過運用 MOSES 和 SACS，Bentley 的海上平臺分析、設計和安裝軟件在項目執(zhí)行過程中幫助節(jié)省了 5 千個人工時和兩個作業(yè)日。

Dockwise 高級項目經理 Alex Rodenburg 指出：SHWE 水上組塊安裝及導管架下水的成功標志著 Dockwise 的一個重要里程碑。這進一步證實了 Dockwise 逐漸發(fā)展為石油天然氣平臺運輸和安裝的海上項目承包合作伙伴。” 

大型重型工程結構體

SHWE 平臺坐落于孟加拉灣 110 米水域中，是一個集鉆井、生產、處理和壓縮為一體的中央設施，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方管道。該項目于 2013 年 8 月投入商業(yè)生產。到 2014 年年中，該項目全面投產，天然氣日產量約為 5 億立方英尺。

工程、采購、施工及安裝承包商現(xiàn)代重工業(yè)有限公司選擇 Dockwise 作為運輸和安裝分包商負責導管架和水上組塊的操作、工程設計和安裝。從承接合同至 2012 年完成作業(yè)，Dockwise 耗時兩年半的時間。該項目安裝是世界上最大的導管架和最重的水上組塊安裝項目之一。先進的水上組塊配有一個賓館和餐廳，可容納 200 人，并配有用于鉆井和生產的機械設備。

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。瓶形駁船能夠滿足穩(wěn)性和導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度需求帶來了挑戰(zhàn)。短而粗重的導管架也給下水作業(yè)帶來了難題。

圖：SACS 和 MOSES 用于工程設計和安裝施工

Bentley 軟件模擬

通過基于 MOSES 和 SACS 模擬技術的大量分析和設計迭代，這些工程難題得以解決。MOSES 是 Bentley 全面的分析軟件套件，用于海上結構物的安裝和各類浮式海上系統(tǒng)的設計。SACS 是一種軟件集成套件，用于海上結構物（包括石油、天然氣及風電場平臺和水上組塊）的結構分析和設計。SACS 具有動態(tài)迭代設計的功能，便于項目組執(zhí)行高級分析，遵從海上設計標準并查看復雜的結果。Bentley 技術在整個項目期間提高了效率和準確性。水上組塊的浮托分析是一個耗時的過程，需要 SACS 和 MOSES 之間進行大量的數據傳輸。SACS 模型計算出結構剛度和靜態(tài)反應等信息，然后傳遞至 MOSES。MOSES 用來計算時域內所有水動力相關信息，如浮托沖擊力以及運動幅度。MOSES 獲得的所有結果反饋到 SACS，以確保該結構適用于不同浮托安裝階段（包括駁船等待階段、進船階段、對接階段和出船階段）中的所有載荷條件。該過程必須針對每個系泊布置整體更新，以進行瓶形駁船的可行性研究，直到選定最終設計的最優(yōu)布置。 

高效的數據傳輸 

為進行導管架下水分析，首先要在 SACS 中對導管架進行建模。然后，導管架模型轉換至 MOSES（已成熟應用于下水過程模擬）以進行下水分析。通過 MOSES 水動力分析獲得浮托沖擊力和運動幅度后，數據以最小的工作量自動輸出為 SACS 格式。然后可在 SACS 中進行結構強度檢查，以保證結構具有足夠的強度。通常，每種配置對應的下水過程應采用 15-20 個裝載步驟，因為每一步中導管架和船體之間的接觸點可能不同。由于這種復雜性，這兩個程序之間的通信則至關重要，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 之間的數據傳輸提高了項目效率。這使得項目團隊可以進行大量的分析，從而有效地驗證各種想法。否則，項目的進度和成本可能會受到不利影響。對于如此復雜的項目，若不使用 SACS 或 MOSES，其工程設計不可能在計劃進度內完成。 

分布式工程團隊 

Dockwise 在三個辦事處開展設計工作，分別位于荷蘭、美國和中國。這種地理分布使主要團隊成員能夠一天 24 小時執(zhí)行預定的快速跟蹤任務并處理現(xiàn)場發(fā)來的意外緊急請求。

數據訪問、準確性、可追溯性和工作流成為了一個關鍵難題，對于最終產品設計圖尤其如此。項目團隊通過 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營部等不同部門之間以及位于不同工作地點的工程師和設計師之間輕松便利的傳遞。這也推進了審批過程的工作流。同時，ProjectWise 在整個項目生命期內的各輪分析中提供了更好的可追溯性。總之，MicroStation 和 ProjectWise 的結合為 Dockwise 執(zhí)行全球性大型項目提供了所需的信息移動化解決方案。   

圖：SHWE 導管架裝載 

時間和成本節(jié)省 

成功的現(xiàn)場施工體現(xiàn)了 SHWE 導管架和水上組塊拖航和安裝設計的良好工程。SACS、MOSES 和 MicroStation 幫助工程及設計組提高了效率，從而促進了施工。任何促進現(xiàn)場施工和工程的因素都顯著降低了項目成本。例如，通過 MOSES 的可行性分析能夠精確預測施工時間窗口，從而降低浮托施工工期延遲的風險。擬四天完成的浮托安裝施工實際上縮減為兩天。

從工程設計角度來看，在總共 3 萬工程工時的項目執(zhí)行過程中節(jié)省了約 5 千工時。5 千工時和兩個作業(yè)日的成本價值可歸因于 Bentley 技術的投資回報。

安全也是運輸和安裝項目中的首要考慮因素。通過 MOSES 和 SACS 模擬浮托安裝過程，可以精確地預測系纜和設備的沖擊力，并檢驗系纜布置。這些工程活動大大降低了系纜在施工過程中斷裂的風險，直接保證人員和操作的安全。Bentley 產品幫助 Dockwise 實現(xiàn)其“零事故”政策的企業(yè)承諾。此安裝最終執(zhí)行時未發(fā)生任何事故。  

感言摘錄：

“SACS 和 MOSES 是我們已開發(fā)多年的模擬工具，對這些工具的領先、創(chuàng)新性應用有助于我們發(fā)展成為石油天然氣平臺運輸和安裝的海上項目承包合作伙伴。通過運用 SACS 和 MOSES，Dockwise 建立了一套用于導管架下水及水上組塊浮托安裝的標準流程?！报C Wenjie Wu，Dockwise 高級結構工程師