摘 要：自升式海上勘探平臺可營造陸地勘探環境，可使海上地質勘探作業不受風、浪、涌的影響。該文結合自升式海洋平臺及地質勘探的具體要求，從平臺安全性、經濟性、操作便利性和舒適性等方面對自升式海上勘探平臺的設計進行了闡述，并就設計建造過程中可能出現的空船重量超重及振動噪聲等問題提出了解決方法。

　　關鍵詞：自升式平臺;勘探;樁腿強度分析

　　0 引言

　　與傳統的勘探船相比，自升式海上勘探平臺可營造陸地勘探環境，可使海上地質勘探作業不受風、浪、涌的影響，提高了勘探精度和效率，改善了作業人員的工作環境。與其他自升式平臺相比，該平臺的設計重點在于安全性、經濟性、操作便利性和舒適性[1]。

　　1 平臺設計目標

　　該平臺主要用于江蘇、浙江沿海及福建沿海一帶，這些區域水文環境復雜，海床地質差異極大，為了提升勘探作業的效率，要求平臺具有能在惡劣海況下工作的能力，從而加大海上勘探作業的窗口期。

　　經過綜合考慮多方面因素，最終確定為四樁腿自升式非自航平臺。該平臺長29 m，寬22 m，型深3.5 m，可變載荷280 t，樁腿長度56 m，最大作業水深35 m，可供25人居住。另外，該平臺采用液壓齒輪齒條式升降系統，配備2臺180 kW主發電機組和一臺64 kW應急兼停泊發電機組。在首部工作甲板區域設有兩個月池，可實現一次站樁多點勘探，減少平臺移位次數，可在7級風時正常進行勘探作業，同時在面臨極端惡劣風暴狀況時，該平臺可在18 m水深抗不大于100節暴風。

　　2 平臺整體規劃

　　平臺的總布置以工作安全、整體布局合理為原則，綜合考慮平臺的各類功能艙室布置、四點錨泊、固樁架、救生艇和起重機等的布置要求[2]。

　　平臺定員為25人，主甲板以上分兩個功能區域，尾部的生活區和首部的工作區。其中尾部的生活區以功能分層和簡潔實用為原則，共計分3層，其中最下一層為功能艙室，設有實驗室、廚房、餐廳等;第二層為人員居住處所，設有人員住艙、廁所和盥洗室;第三層為控制處所，設有控制室和會議室。主甲板以下主要設有機艙、輔機艙、燃油艙、淡水艙、壓載艙等，其中為機艙和輔機艙集中布置在平臺中部，既體現了功能艙室的集中布置原則，也使得設備處所遠離居住區，減小了設備噪聲的影響，給平臺上的工作人員提供了良好的休息環境。

　　主甲板的前部為工作區，尾部為生活區，升降系統和四點錨泊布置在平臺四角，起重吊和潛水泵靠邊布置，該布置在體現功能分區的原則上，盡可能增大了作業甲板的凈面積。

　　01甲板為平臺工作人員的居住區，其中4人間5個，2人間2個，1人間1個，廁所和盥洗室公用，布置在兩側，該布置體現了簡潔實用的布置原則，在不影響人員居住條件的情況下，盡可能地減小了布置空間。

　　02甲板設有控制室和會議室，另外，甲板的兩側也作為救生艇的登乘平臺，布置簡潔合理。

　　主甲板下設有機艙、輔機艙、燃油艙、淡水艙、壓載艙、緩沖艙、艙底水艙、生活污水艙和空艙。其中輔機艙和機艙集中布置在平臺中部，該布置體現了機械處所的集中布置原則，方便使用。為簡化管系的設置，將緩沖艙布置在平臺的首部，同時兼做壓載艙使用。

　　3 設計要點研究

　　針對該平臺的使用要求，總體設計原則要求安全性、經濟性、操作便利性和舒適性[3]。下面就部分設計重點進行闡述。

　　3.1 樁腿強度分析

　　該平臺主體完整穩性和破艙穩性主要通過 NAPA進行分析評估，結構通過FEA有限元分析軟件進行分析，而平臺樁腿強度分析主要通過SACS軟件進行。

　　3.1.1 樁腿結構圖

　　平臺樁腿直徑取 1.8 m，考慮建造簡單及焊接的可行性，樁腿選擇 EH36材料，樁腿每1.5 距離設置環形T型材結構以防止樁腿外板屈曲，樁腿頂部設置平臺保證樁腿的密封性，樁腿外板厚度根據樁腿強度計算確定。

　　3.1.2 樁腿結構強度計算

　　根據平臺的作業工況，采用SACS軟件建立樁腿模型，根據規范施加風載荷、波流載荷、平臺起升重量載荷、P-△載荷，波流動力響應產生的慣性載荷，經過計算樁腿強度滿足規范要求，確保樁腿在作業下的安全性。

　　根據幾種作業工況、自存狀態及遠洋拖航狀況下的計算結果，樁腿強度因子均小于1， 單齒最大受力小于100 t，樁腿強度及升降系統受力均滿足規范要求。

　　3.1.3 平臺抗傾覆穩性

　　平臺站立工況下，在環境載荷作用下應具有足夠的抗傾覆能力，在設計動力放大效應及 P-△效應后，平臺的抗傾穩性應滿足下述要求：Mk/Mq≥Kq。(其中Mk：坐底時的抗傾力矩(kN·m)，Mq：坐底時的傾覆力矩(kN·m)，Kq：抗傾安全系數，為 1.1)。

　　根據樁腿整體強度計算模型可得平臺在所有外載荷作用下的傾覆力矩，同時根據平臺重量、可變載荷、樁腿樁靴重量可計算出抗傾覆力矩，根據樁腿計算結果，各種作業工況下安全系數均滿足要求。

　　3.2 空船重量限制

　　為了減輕結構重量，平臺主船體采用高強度鋼并用MSC.PATRAN/NASTRAN 軟件建立整船有限元模型，通過計算分析平臺各作業工況下的應力分布情況，然后根據計算結果優化結構尺寸，使得結構既滿足強度要求，保證平臺的安全性，又不至于強度富裕過大，增加結構重量。

　　設計階段為了及時掌握結構重量重心信息，采用NAPA-STEEL軟件建立全船結構模型，將全船的鋼結構(板材、骨材)等結構全部反映出來，可以快速地得到全船的重量重心，也可提取不同規格的結構重量，為船廠掌握全船鋼料信息提供支撐。嚴格按照程序送審設計圖紙，單位充分評估平臺各部重量。

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