FPSO精度基准建立与维护技术

　　

引 言

在海油面向深水发展和造船转向高质量、高精度发展的重要时期，先进精度测量技术是必然发展趋势。目前国内深水FPSO建造技术仍处于探索阶段，亟须掌握相关建造核心技术，FPSO建造周期一般较长，如何建立统一的精度基准并维护、更新是一项重要内容。王洪斌[1]等从划线、余量切割、分段建造角度阐述了FPSO动力模块精度控制要点；赵爽[2]等阐述了基准线的定义使用及对造船精度的影响；聂文天[3]等提出平面分段和立体分段基准线定位方法；荆鹏[4]等从精度基准点选择、控制点的布置和碰撞检查方法等对FPSO单点集成过程中的精度控制要点进行了阐述，以上关于船体建造或FPSO建造精度控制方面的研究侧重于分段自身结构精度控制方法，对如何建立统一的精度测量基准研究相对较少。本文拟以某大型圆筒FPSO为例，阐述FPSO建造全周期统一精度基准建立方法和维护技术。

研究对象及软硬件设备

该FPSO为圆筒型，双层底结构，船体分段共分为3层，共109个分段，浮体外直径87.5m，工艺甲板直径84m，上部模块多达20多个单体，主甲板标高EL.+32000，工艺甲板标高EL.+38000。

测量软硬件设备包括高精度的徕卡TS60型全站仪，配合测量反射靶，反射片，PDA，隐蔽杆等辅助测量设备，测量精度高达±1mm。内业数据计算模拟主要基于DACS软件、AutoCAD软件。

图1 FPSO结构示意图 图2 测量设备及软硬件

精度基准建立的技术路线与一般原则

FPSO精度基准建立的一般原则为：

（1）精度控制基准需基于统一的坐标基准；

（2）精度基准可覆盖FPSO建造全周期、全过程；

（3）需定期对精度基准进行校核和维护更新。

FPSO精度基准建立的技术路线为：

首先建立初始坐标基准，选定原点（0，0）和X轴、Y轴；基于建立的初始基准建立三维坐标控制网，并放置地样点供现场定位使用，在101分段吊装定位完成后，建立高程基准；后续随着船体分段的集成，基于三维坐标控制网进行分层布置基准点，满足各层分段的集成，并进行沉降观测和维护、更新；后期在主甲板EL,+32000和工艺甲板EL,+38000进行局部基准加密。

图3 精度基准技术路线图

精度基准建立方法

3.1 初始坐标基准建立

在进行船体基准点布设前，需要根据图纸确全船初始坐标系，坐标系建立如下：坐标系原点（0,0）在全船中心，船首方向为X轴，左舷方向为Y轴，如图4所示。

图4 初始基准示意图 图5 地样点示意图

3.2 地样点放样

以初始坐标系为基准定位船台合拢地样点，以船首、船尾、左舷、右舷基准点建立正交十字中心线，以交点作为坐标原点（0,0）。依据图纸中各地样点据轴线距离计算坐标值，利用全站仪在船坞中放样出各地样点，精度要求±1mm，标注坐标信息并用油漆保护。随后以放样的地样点连线，标记分段合拢地样线并标注分段号，如图5所示。

3.3 高程基准建立

坐标系Z轴指向天顶，初始高程基准，即Z值0点由包括中央压载舱的中央龙骨分段101的水平均值来确定，此项工作需待101分段合拢就位后进行。

图5 101分段高程基准 图6 三维坐标控制网站点

3.4 三维坐标控制网建立

选择在船坞四周布设三维坐标控制网站点；考虑TS60高精度特点(0.6mm+1ppm),为减小误差，本项目选取基于TS60全站仪一站式测量的空间拟合法。将全站仪架设在视野通视，地基稳定的地方，同时盘左盘右观测初始坐标系标记点和坐标站点，共3测回测量。坐标站点空间分布上距离均匀，包裹整个船体结构，在每个坐标站点上用样冲标记，共设置21个坐标站点。

3.5 基准点分层布设

基于三维坐标控制网分别在EL,+1800、EL+13000、EL,+32000、EL,+38000建立精度控制基准点，基准点示意图如下。各层基准点需全部基于统一的三维坐标控制网基准，基准点位置分布于视线通畅、受交叉作业影响小、强结构处。

图7 EL,+1800基准 图8 EL+13000基准

图9 EL+32000基准 图10 EL+38000基准

精度基准的维护与更新

4.1 沉降观测

FPSO建造周期较长，一般3-5年，重量重达几万吨，在建造周期内会产生不同程度的沉降，需定期进行沉降观测，修正高程基准。选择固定的三维坐标控制网和B.L基准，固定仪器、人员、方法进行沉降测量。前后共进行14期观测，以最新一期观测数据为例，分析可知：

（1）大底水平-10~-60mm，已在公差临界值（±25mm），数据相比上期整体沉降10~15mm，中心井及内部分段沉降较为明显，最大沉降28mm；截止目前，船体累计沉降45~50mm；

（2）集成基准点复查发现，主甲板上EL,+32000内侧点相对无明显变化，舷墙上基准点相对于主甲板内侧点变化3~12mm，累计变化6~18mm；站点标高统一修正10mm；

4.2 X/Y平面校核

在各层设置的基准点，尤其是EL.+32000主甲板核EL.+38000工艺甲板基准点，由于热作业、吊装作业、焊接作业等影响，会对基准点的XY坐标产生影响，需进行定期校核；

以三维坐标控制网为校核基准，采用后方交会的方法，对基准点XY变化进行测量校。

图11 沉降变化曲线图

图12 沉降变形量示意图

总结

FPSO船体分段合拢和上部模块集成建造过程中，基于统一基准的三维坐标控制网技术、基准线技术和地样点技术建立的FPSO建造精度基准系统，可实现各层分段和上部模块精度控制，克服了自身结构复杂引起的视线遮挡，避免了多次转站测量造成的误差和结构不匹配。通过沉降校核和XY平面校核，保证了精度基准在FPSO建造全周期内的精度一致。该精度基准系统空间立体、覆盖完整性和操作灵活，能够快速、精确获取在三维空间内精确的位置和尺寸，是精度测量迈向深水化、大型化的一个重要技术，为后续类似案例提供有效参考。

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