海洋工程模塊鋼結(jié)構(gòu)加工設(shè)計(jì)

海洋工程模塊鋼結(jié)構(gòu)加工設(shè)計(jì)摘要：在海洋資源調(diào)查和挖掘中，通常需要設(shè)置相應(yīng)的操作平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)是一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)，為了保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，鋼結(jié)構(gòu)加工設(shè)計(jì)工作需要嚴(yán)謹(jǐn)高效。結(jié)合工程實(shí)例，簡(jiǎn)要分析了海上平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)加工設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：海洋平臺(tái)；鋼結(jié)構(gòu)；加工設(shè)計(jì)

一、海洋工程模塊概述

模塊化設(shè)計(jì)和制造的研究工作始于20世紀(jì)50年代末60年代初，隨后得到越來越廣泛的關(guān)注和研究?，F(xiàn)在，模塊化設(shè)計(jì)方法已經(jīng)在機(jī)械、電工電了、船舶、建筑、電力、武器裝備等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，并取得了顯著效益。

關(guān)于模塊化的概念，雖然有眾多的學(xué)者通過不同的視角對(duì)其做出了描述，但目前還沒有形成統(tǒng)一的定義?？梢园凑找韵聨讉€(gè)方面進(jìn)行理解：

模塊化設(shè)計(jì)是綜合考慮系統(tǒng)對(duì)象，把系統(tǒng)按功能分解成不同用途和性能的模塊，并使接口標(biāo)準(zhǔn)化。選擇不同的模塊(必要時(shí)設(shè)計(jì)部分專用模塊)以迅速組成能滿足各種要求的系統(tǒng)的一種方法。

模塊化設(shè)計(jì)是在對(duì)一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)不同需求的設(shè)計(jì)方法。

模塊是一組同時(shí)具有相同功能和相同結(jié)合要素，而且具有不同性能或用途甚至不同結(jié)構(gòu)特征，但又能互換的單元。模塊化產(chǎn)品是指其部分或全部由一組特定的模塊在一定范圍內(nèi)組合而成的產(chǎn)品。模塊化設(shè)計(jì)是基于模塊的思想，將一般產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)成模塊化產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)方法。

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的全面發(fā)展和逐步深入，模塊化設(shè)計(jì)帶來的技術(shù)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益已成為其蓬勃發(fā)展的源動(dòng)力。越來越多的工程項(xiàng)目準(zhǔn)備或已經(jīng)開始使用海洋工程模塊，這就對(duì)海洋工程模塊的加工設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。

二、海洋工程模塊的加工設(shè)計(jì)

1、風(fēng)載荷計(jì)算

海洋平臺(tái)在海上工作，受風(fēng)荷載影響較大，所以必須考慮風(fēng)荷載的作用。風(fēng)載為水平力，假設(shè)作用于平臺(tái)的同一面。風(fēng)載分為工作狀態(tài)風(fēng)載和非工作狀態(tài)風(fēng)載，工作狀態(tài)風(fēng)載是指平臺(tái)在正常工作情況下所能承受的最大計(jì)算風(fēng)力。

2、波浪荷載計(jì)算

海洋上的結(jié)構(gòu)物都直接遭受波浪襲擊，受到波浪力的作用。對(duì)于海洋結(jié)構(gòu)物來說，波浪荷載是一項(xiàng)主要的環(huán)境荷載。海浪在靜水面附近的波浪力較大，減小這一區(qū)段結(jié)構(gòu)尺寸，便可減小受力作用，導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)便是一個(gè)減小波浪力作用的較好結(jié)構(gòu)形式。

3、建造方案

加工設(shè)計(jì)的建造方案主要包括分片預(yù)制方案，吊裝方案等。建造方案的確定需要根據(jù)業(yè)主建造技術(shù)規(guī)格書，并結(jié)合場(chǎng)地實(shí)際建造能力進(jìn)行確定，要求建造方案制定者具有較豐富的經(jīng)驗(yàn)并對(duì)場(chǎng)地情況非常了解。預(yù)制方案一般用正造法或者反造法。正造法是在建造場(chǎng)地上放置墊敦，將甲板片放置于墊墩上建造，反造法是在車間里翻轉(zhuǎn)建造，將甲板板平鋪于水泥地上劃線并翻轉(zhuǎn)組對(duì)梁格，最后翻身，由于反造法不像正造法那樣需要高度調(diào)整，劃線也很容易，所以組對(duì)迅速，建造效率很高。

4、吊裝方案

吊裝方案是設(shè)計(jì)平吊吊點(diǎn)，確定吊點(diǎn)位置，并設(shè)計(jì)履帶吊的行走路線和配重方案，計(jì)算吊機(jī)使用率等工作，用于指導(dǎo)起重作業(yè)將甲板片安裝就位。吊裝方案應(yīng)用SACS軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，只需要分析平吊狀態(tài)，平吊吊點(diǎn)也是用SOLIDWORKS建模以后導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行分析，保證強(qiáng)度、韌性滿足安全要求。

三、TEKLA軟件在加工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、TeklaStructure、的功能

TeklaStructure、的功能包括3D實(shí)體結(jié)構(gòu)模型與結(jié)構(gòu)分析完全整合、3D鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)、3D鋼筋混凝土設(shè)計(jì)、專案管理、自動(dòng)ShopDrawing,

BOM表自動(dòng)產(chǎn)生系統(tǒng)。它是通過首先創(chuàng)建三維模型以后自動(dòng)生成鋼結(jié)構(gòu)詳圖和各種報(bào)表。由于圖紙與報(bào)表均以模型為準(zhǔn)，而在三維模型中操縱者很容易發(fā)現(xiàn)構(gòu)件之間連接有無錯(cuò)誤，所以它保證了鋼結(jié)構(gòu)詳圖深化設(shè)計(jì)中構(gòu)件之間的正確性。同時(shí)TEKLA自動(dòng)生成的各種報(bào)表和接口文件(數(shù)控切割文件)，可以服務(wù)于整個(gè)工程。其協(xié)作屬性使用戶能夠與多個(gè)用戶同時(shí)對(duì)同一模型執(zhí)行操作，提高了出圖效率。

2、TeklaStructure、建模一般步驟

（1）填寫工程屬性(方便調(diào)用相關(guān)模板)。（2）導(dǎo)入庫(kù)文件，包括使用的截面型材、材質(zhì)、螺栓等。（3）導(dǎo)入文木模板、圖形模板文件。（4）設(shè)置圖紙布局，確定使用圖紙的圖框。（5）設(shè)置及確定軟件中的坐標(biāo)原點(diǎn)。（6）根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙確定定位軸線。（7）根據(jù)創(chuàng)建的軸線創(chuàng)建軸線視圖，包括平面視圖、立面視圖。（8）創(chuàng)建各平面結(jié)構(gòu)桿件，型材、管材等。（9）創(chuàng)建各立面結(jié)構(gòu)桿件。（10）校核和修正模型數(shù)據(jù)。（11）應(yīng)用系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)及參數(shù)化節(jié)點(diǎn)根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)圖紙進(jìn)行模型的深化。（12）創(chuàng)建操作平臺(tái)、設(shè)備底座、升高地板。（13）鋪設(shè)甲板、格柵、花紋鋼板。（14）創(chuàng)建欄桿、直梯、斜梯等附屬結(jié)構(gòu)。（15）巧校核和修正模型，并進(jìn)行碰撞檢查。

3、報(bào)表的使用

從模型可以自動(dòng)生成某些報(bào)表，如螺栓報(bào)表、構(gòu)件表面積報(bào)表、構(gòu)件報(bào)表、材料報(bào)表。其中螺栓報(bào)表可以統(tǒng)計(jì)出整個(gè)模型中不同長(zhǎng)度、等級(jí)的螺栓總量；構(gòu)件表面積報(bào)可以根據(jù)它估算油漆使用量；材料報(bào)表可以估算每種規(guī)格的鋼材使用量。報(bào)表能夠服務(wù)于整個(gè)工程，是今后工程預(yù)算、工程管理的重要依據(jù)，用戶可以根據(jù)自己的需要定制一些報(bào)表。

四、海洋工程鋼結(jié)構(gòu)模塊化建造的意義

1、減少人工投入

機(jī)、管、電儀等與結(jié)構(gòu)在地面交義施工，能明顯縮短工期，加快項(xiàng)目進(jìn)度；大部分附屬構(gòu)件可與甲板片一起涂裝，提高涂裝效率；很大程度避免了工人爬上爬下的工作量，提高了檢驗(yàn)工作的效率。模塊化建造有效地避免了作業(yè)空問狹小、擁擠的缺點(diǎn)，消除了高空搭建腳手架、靠體力傳遞跳板、架了管等過程，便于施工，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人工效率，減少人力投入。

2、提高質(zhì)量的同時(shí)降低質(zhì)量成本

低空焊接作業(yè)環(huán)境更好(如避風(fēng)、預(yù)熱等)，更有利于保證焊接質(zhì)量。通過把現(xiàn)場(chǎng)建造活動(dòng)更多地移至容易控制的制作車問中進(jìn)行，這樣既可在制作中進(jìn)行及時(shí)、集中的檢查，又可容易、及時(shí)地反饋經(jīng)驗(yàn)和吸取教訓(xùn)，更容易保證建造質(zhì)量；降低因分散檢查或檢查不到位而引起質(zhì)量處理等發(fā)生的相關(guān)費(fèi)用。

3、降低安全管理成本和施工風(fēng)險(xiǎn)成本

模塊化建造能平行進(jìn)行各個(gè)模塊建造，大量減少現(xiàn)場(chǎng)的人員和施工活動(dòng)，減少施工交義作業(yè)，減了現(xiàn)場(chǎng)的施工設(shè)備、臨時(shí)廠房等設(shè)施，改善施工工作環(huán)境，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。將部分高空作業(yè)轉(zhuǎn)成地面，減少空問交互式作業(yè)量，大大降低安全風(fēng)險(xiǎn)，為施工人員提供了更為安全的作業(yè)環(huán)境，同時(shí)降低安全管理成本和施工風(fēng)險(xiǎn)成本。

4、統(tǒng)籌優(yōu)化建造方案，降低總體建造成本

通過模塊化建造，有利于統(tǒng)籌考慮，優(yōu)選建造方案，降低總體工程造價(jià)。模塊化建造在模塊化設(shè)計(jì)中通過理順生產(chǎn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理和現(xiàn)場(chǎng)施工及模塊集成全過程管理之問的協(xié)調(diào)關(guān)系，從設(shè)備和材料采辦的視角，整合各種優(yōu)勢(shì)資源，統(tǒng)籌考慮與當(dāng)時(shí)各種資源和項(xiàng)目建設(shè)限制條件相適應(yīng)的模塊集成程度；并經(jīng)過優(yōu)選集成模塊程度與配套的施工網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的合理方案，最終按綜合風(fēng)險(xiǎn)小、總體工程造價(jià)最低的方案實(shí)施。

結(jié)語

海洋工程模塊鋼結(jié)構(gòu)加工設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中占據(jù)著非常重要