常规海工大尺寸模块甲板片吊装现场施工工艺优化研究

摘要：本文依托海工模块建造项目，剖析传统大尺寸甲板片吊装施工工艺现存缺陷，从吊点布局、临时加固体系、吊装时序、现场对位工艺四个维度开展工艺优化，结合SACS有限元软件完成吊装全过程力学仿真校核，对比优化前后施工指标、结构应力及工期损耗数据。结果表明：优化后甲板片结构应力系数降低11.1%，结构最大形变下降52.8%，高空对位误差由±15mm缩小至±5mm以内，单块甲板片吊装施工时长缩短20%，同时减少吊耳钢材消耗量66.7%。本次工艺优化贴合沿海建造场地大风、场地平整度不足等工况，可直接应用于海工模块甲板片陆地吊装施工，具备较强的现场落地价值。

关键词：海工模块；甲板片；吊装工艺；有限元分析

一、引言

现如今，海工模块也在逐步朝着大型化、一体化建造等方向发展，甲板片承担平台设备承载、管线敷设、人员通行等多种不同的功能，主结构多采用PG梁，通过高强度钢板拼接而成，单块常规甲板片结构自重介于200-300t，甲板片长宽尺寸40m×25m，属于大尺寸钢结构构件，吊装过程极易发生局部应力集中、钢梁侧弯、板面扭曲变形等病害。

现阶段国内海工场地对于大尺寸甲板片吊装大多采用双机抬吊、八点刚性吊点对称布局方案，施工流程固化，很多企业并未结合单块甲板片设备开孔、主次梁布局、重心偏移等参数调整吊装方案，现场合拢对位依赖施工人员经验，片体结构水平度偏差影响非常大，极易出现装配错边、间隙超标、安装尺寸超标等质量缺陷，后续返工整改不仅会增加施工成本，还会延误模块总装关键线路工期。针对以上现场出现的实际痛点，本文立足陆地建造施工现场，不改变原有吊机设备配置，仅通过工艺参数调整、工装结构改良、施工流程重构实现吊装全流程优化，兼顾施工安全、安装精度以及经济效益，希望可以为同类海工钢结构甲板片吊装施工提供可复制的现场施工方案。

二、传统大尺寸甲板片吊装施工工艺及现存问题

2.1 传统施工工艺流程

传统大尺寸甲板片吊装施工主要分为六大核心工序：甲板片地面预制验收→一次性吊耳焊接→主次梁临时加固安装→双主吊机站位调试→甲板片起升、转运、高空对位→吊耳切割及漆面修复。整体采用八点吊点对称布局，钢丝绳受力均匀，吊装过程通常保持甲板片水平起吊，高空依靠人工指挥吊机微动完成与下部模块的对接合拢，全程无动态调平辅助装置。

2.2 现场施工核心缺陷

结构受力不合理，局部形变超标：甲板片开设多处大型设备预留开孔，大幅削弱板面有效承载截面；同时八点吊点吊装方案吊点横向、纵向跨度偏大，片体跨中缺少有效支撑约束，自重作用下即产生明显下挠。起升瞬间动荷载进一步放大构件变形，峰值变形接近弹性极限，易产生不可逆塑性变形。

高空对位精度难以控制：双机联吊作业存在行走动作同步偏差，叠加甲板片自身自重引发的弹性变形，多重不利因素共同作用，大幅增加甲板片高空就位、精准对位难度，易产生装配错边、间隙超标、安装尺寸超差等质量隐患，也同时造成吊装合拢时间加长。

吊耳复用率低，施工成本偏高：大型吊装焊接吊耳为一次性耗材，每块甲板片吊装后均需切割，单项目累计消耗大量制作吊耳钢材与人工工时。

施工预舾装低，施工工期长：传统的工艺将地面舾装、管线预安装与吊装工序拆分，甲板片吊装后再开展高空附属作业，施工安全风险高，且作业效率较为低下，施工工期加长。

三、甲板片吊装施工工艺优化方案

3.1 结构加固优化

针对大尺寸甲板片因设备开孔截面削弱、吊点布置跨距大、跨中抗弯刚度不足导致的吊装变形超标问题，首先对片体原有立柱、斜撑结构采用马板刚性连接工艺，有效增强整体体系关联性，从源头减小片体松散变形与整体挠曲。在此基础上，针对性在甲板片跨中区域、大型开孔周边等刚度薄弱位置增设加劲肋及临时支撑结构，大幅提升板面整体抗弯、抗扭刚度，有效抵消自重作用下的静态下挠变形。同时对传统八点吊点布局进行优化，依据片体实际重心偏移量微调各吊点间距，缩减无效受力跨距、均衡各钢丝绳受力状态，显著削弱吊装起升瞬时冲击动荷载带来的附加变形。通过体系加固、局部补强与吊点优化的多重管控，可将甲板片吊装变形严格控制在弹性变形区间内，杜绝甲板片体永久塑性变形、板面翘曲、整体平面度超差等典型质量问题。

3.2 片体吊装前置作业优化

吊装作业前提前规划履带吊行进路径，采用石灰粉清晰划出双线行走基准标线，划分吊机行进、制动、微调区段；安排持证专职指挥人员全程旁站观测两台吊机行走轨迹，实时比对吊机履带与基准线偏移量，通过单侧微调指令，消除行走不同步带来的平面位置偏差。 针对甲板片自重导致的挠曲高低差，配套采用液压均衡吊具系统进行多点同步调平，通过独立液压油缸实时补偿构件弹性变形，动态校正甲板片整体水平度，控制各对接端口高差在规范允许范围内。通过行走轨迹标线管控、同步指挥标准化、液压吊具动态调平等措施，可有效抵消吊机同步偏差与构件弹性变形双重影响，大幅降低装配错边、间隙、尺寸超差等质量隐患，减少高空修整、割换、调缝返工工作量，稳定提升甲板片合拢一次对位合格率，显著缩短合拢作业总时长。

3.3 可复用吊耳设计优化

传统固定式焊接吊耳吊装完成后多直接切割报废，存在材料利用率低、钢材浪费严重、吊耳制作成本偏高等突出问题。针对该弊端，本次工艺优化创新设计可循环再生式加长吊耳结构：通过加长吊耳面板有效长度，并在吊耳本体预设标准化切割线与报废再生线，建立可控的循环复用机制。单次甲板片吊装作业完成后，严格沿预设切割线精准切割吊耳，保留达标吊耳主体结构，经坡口重做、切面修平处理后可再次投入后续吊装作业；反复循环使用过程中，当吊耳面板剩余长度低于再生控制线时，再做报废处理。本工艺配套推行标准化切割、规整修口、坡口重做的再生施工流程，统一明确吊耳切割位置、切口平整度、修复标准及报废判定准则，实现吊耳规范化、可量化的循环周转复用。该优化从根源上大幅减少吊耳一次性报废量，有效降低新制吊耳的钢材耗材与人工制作工时，同时彻底规避传统粗放切割工艺造成的母材划伤、切面参差不齐、二次焊接贴合度不足、焊缝成型不稳定等质量隐患，在严控施工质量的同时显著降低工装制造成本，提升现场吊装施工精细化管控水平。

3.4 一体化地面前置施工工序优化

重构施工逻辑，推行地面最大化舾装前置工艺，在甲板片出涂后，提前将甲板片附属舾装件、管线、支架、保温等的安装工作，将高空作业转移至地面完成。既规避了高空作业的安全风险，又大幅提升施工效率，缩短项目工期，同时减少现场施工等待、交叉作业带来的工时损耗。

四、优化方案有限元仿真与现场实测验证

4.1 仿真模型建立

依托在建项目，单层片体结构重量264t，舾装重量378t的甲板片建立SACS有限元模型，钢材材质选用AH36海洋工程结构钢，设定重力载荷、1.05倍吊装动载荷、1.1倍的偏载系数、1.05倍的偏航系数、1.03倍的倾斜系数、1.03倍的重量富裕系数、1.05倍的重心系数及1.15倍的CF极限工况，分别对传统工艺与优化工艺开展吊装全过程应力、形变仿真计算，钢材许用应力取值为355MPa。

4.2 仿真结果对比分析

由以上的仿真数据可知，优化后的工艺有效分散了甲板片吊装动载荷，结构应力与形变均大幅降低，且全部指标满足《海洋钢结构吊装施工及验收规范》（SY/T 10005-2019）要求，无应力超标与塑性变形风险。

4.3 现场实测结果

选取项目4块同规格甲板片开展现场对照施工，实测结果与仿真数据基本吻合。

五、结语

本文通过差异化结构补强、液压动态调平、再生式可复用吊耳、地面最大化舾装前置等技术优化，有效解决了大尺寸薄壁甲板片吊装挠曲变形、装配精度超差的核心难题，显著提升了吊装施工安全性与标准化水平。经有限元仿真与现场实测验证，优化工艺可有效降低构件吊装应力与形变，大幅节约钢材耗材与人工成本，缩短施工周期，实现了海工甲板片吊装施工质量、安全、效益的多重提升。

参考文献

[1]刘续.上部组块甲板片安装新工艺研究及应用[J].海洋石油,2025,45(4):99-103+114.

[2]李晓冰.海洋工程甲板片高位一体化预安装建造方法探索[J].山东化工,2025,54(17):153-156.