邢偉坡 夏啟兵（北海航海保障中心天津航測科技中心 天津 300211）

姜大正1段明昕1初旭洋2（1.交通運輸部上海打撈局 上海 200090；2.上海海洋石油局 上海 200120）

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國際海道測量組織水深表面產(chǎn)品規(guī)范研究

邢偉坡 夏啟兵[1]
（北海航海保障中心天津航測科技中心 天津 300211）

摘要：水深表面產(chǎn)品規(guī)范是IHO基于S -100 《通用海道測量數(shù)據(jù)模型》建立的關(guān)于水深表面數(shù)據(jù)產(chǎn)品的規(guī)范。本文研究了IHO S-102《水深表面產(chǎn)品規(guī)范》的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)、維護與編碼，探討了產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)和未來應(yīng)用。 東海某氣田的一條已完工的12″海管管頭附近的240m管線受漁網(wǎng)拖拉彎曲變形，受損海管需要立即修復(fù),否則影響后續(xù)氣田的投產(chǎn)。交通運輸部上海打撈局使用中國首艘300m飽和潛水支持船“深潛號”及相關(guān)先進設(shè)備和經(jīng)驗豐富的施工人員于2013年7月-9月圓滿、高效的完成了受損海管的修復(fù)并通過了業(yè)主的清管試壓檢驗等工作。在施工過程中，工程人員創(chuàng)新性的設(shè)計施工方案，采用先進的環(huán)形海管切割機截斷受損的彎曲海管，使進口機械連接器連接新的替代直管。四段62m超長替代直管的高效吊放和成功安裝刷新了水下安裝的記錄。此次受損海管的及時修復(fù)，不僅保證了氣田未來能夠按時投入運營，同時也積累了豐富的值得推廣的飽和潛水海管維修經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：海道測量 水深 表面 規(guī)范 深潛號 東海氣田 海管修復(fù) 飽和潛水

0 引言

隨著船舶向大型化和高速化發(fā)展，船舶安全航行對高精度的、詳細的水深數(shù)據(jù)需求越來越多，尤其在淺水水域。然而傳統(tǒng)的紙海圖、電子海圖由于圖幅限制所表示的水深數(shù)據(jù)有限，并且在系統(tǒng)地融合潮位等時序數(shù)據(jù)和便于電子海圖系統(tǒng)智能調(diào)整等深線間距方面存在一定的困難。而水深格網(wǎng)數(shù)據(jù)恰恰能夠彌補紙海圖、電子海圖的這些缺陷。為了滿足船舶安全航行、科學研究等方面對水深格網(wǎng)數(shù)據(jù)的需求，IHO（國際海道測量組織）在S-100《通用海道測量數(shù)據(jù)模型》的基礎(chǔ)上制定并于2012年4月正式發(fā)布了S-102《IHO水深表面產(chǎn)品規(guī)范》。

1 內(nèi)容與結(jié)構(gòu)

S-102[1]總體上由版本標記、元數(shù)據(jù)、水深估計覆蓋（Estimated Elevation Coverage）、水深不確定性覆蓋（Uncertainty Coverage）、跟蹤列表、可選覆蓋層、數(shù)字簽名模塊七部分組成。

1.1元數(shù)據(jù)

S-102中大部分元數(shù)據(jù)元素來自于S-100、ISO 19115《地理信息-元數(shù)據(jù)》和ISO 19115-2《地理信息-元數(shù)據(jù) 第二部分：影像和柵格數(shù)據(jù)擴展》，非強制性的其他元數(shù)據(jù)來源于 ISO 19130 和 ISO 19130-2，特別是與聲吶設(shè)備相關(guān)的元數(shù)據(jù)。

根據(jù)應(yīng)用目的不同，S-102中元數(shù)據(jù)分為四類：發(fā)現(xiàn)元數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)元數(shù)據(jù)、質(zhì)量元數(shù)據(jù)和采集元數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)元數(shù)據(jù)用于識別和發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)。S-102中，發(fā)現(xiàn)元數(shù)據(jù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)集（Dataset）和數(shù)據(jù)集合（Data Collection）兩個層級，即整個數(shù)據(jù)集和由多個切片組成的數(shù)據(jù)集都有相應(yīng)的發(fā)現(xiàn)元數(shù)據(jù)，并且對于每一個切片文件也有相應(yīng)的發(fā)現(xiàn)元數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)元數(shù)據(jù)用來描述數(shù)據(jù)集合的結(jié)構(gòu)，包括了網(wǎng)格空間表達、水平與垂直參考系統(tǒng)、法律和安全限制、切片組成等方面的信息。質(zhì)量元數(shù)據(jù)描述了數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)處理等有關(guān)數(shù)據(jù)質(zhì)量的信息。采集元數(shù)據(jù)在S-102中是可選的，數(shù)據(jù)生產(chǎn)機構(gòu)可自主選擇添加數(shù)據(jù)采集元數(shù)據(jù)，例如所采用的測量設(shè)備信息。

1.2覆蓋

覆蓋是水深表面產(chǎn)品的主要組成部分。每一個水深表面產(chǎn)品中應(yīng)至少包含水深估計覆蓋和水深不確定性覆蓋，每一種覆蓋均是經(jīng)地理校正的格網(wǎng)。水深估計覆蓋和水深不確定性覆蓋是地理相關(guān)的，采用相同的坐標參考系，它們都包含起始于最西南角、按行存儲的二維矩陣。

水深估計覆蓋的格網(wǎng)值是一組有序的水深估計值，水深單位是m。與紙海圖、電子海圖水深表示不同，水深值在垂直基準面以上為正、以下為負，因此水深表面產(chǎn)品中水深值均為負值。水深不確定性覆蓋的格網(wǎng)值是一組有序的水深不確定性值，用于表示水深覆蓋中水深值精度。水深不確定性值有多種計算方法，分別為原始數(shù)據(jù)標準差、CUBE （Combined Uncertainty and Bathymetric Estimator，水深不確定性和估計組合算法）標準差、NOAA（美國海洋與大氣管理局）標準產(chǎn)品不確定性 1.0版（綜合了CUBE不確定性算法和其他方法）和歷史數(shù)據(jù)標準差等，這有利于將水深表面產(chǎn)品應(yīng)用于數(shù)據(jù)生產(chǎn)的各個不同階段和不同目的。

除水深估計覆蓋和水深不確定性覆蓋外，水深表面產(chǎn)品中還可包含若干可選擇的覆蓋，S-102本身并沒有對這些覆蓋做出規(guī)定，這需要在獨立的S-10X標準中對這些覆蓋做出具體規(guī)定。

1.3跟蹤列表

跟蹤列表中包含了海道測量技術(shù)人員修改的任何格網(wǎng)節(jié)點的原始水深值和水深不確定性值。水深表面產(chǎn)品的原始水深數(shù)據(jù)和不確定性值是由計算機按照一定的算法自動計算得出，需要海道測量技術(shù)人員的審查和修改。跟蹤列表提供了追蹤海道測量技術(shù)人員修改原始數(shù)據(jù)情況的一種手段。

1.4數(shù)字簽名模塊

在傳統(tǒng)的水深處理中，通常采用直接在歸檔文件上物理簽名的方式來保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。但是對于完全數(shù)字化的產(chǎn)品，不可能在數(shù)據(jù)產(chǎn)品上進行物理簽名。此外，對于諸如水深表面產(chǎn)品等高密度的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在傳輸過程中發(fā)生傳輸錯誤的概率會明顯增加。因此，S-102根據(jù)公鑰/私鑰理論設(shè)計了一種數(shù)字簽名模式，為海道測量技術(shù)人員提供了一種與物理簽名等效的認證方式，確保了易于發(fā)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的任何修改（如操作錯誤或惡意行為）。

數(shù)字簽名模塊的基本實體是數(shù)字簽名。數(shù)字簽名是簽名機構(gòu)根據(jù)數(shù)字表面產(chǎn)品數(shù)據(jù)集內(nèi)容利用密鑰計算得到的多字節(jié)數(shù)字序列。密鑰只屬于簽名機構(gòu)，簽名機構(gòu)負責密鑰文件的保密。通常每一個數(shù)字表面產(chǎn)品的數(shù)字簽名是唯一的，很少會出現(xiàn)兩個產(chǎn)品的數(shù)字簽名相同。與密鑰相反，公鑰可以自由分發(fā)，可以使用公鑰確認“水深內(nèi)容”是否曾經(jīng)修改過。

除了數(shù)字簽名，數(shù)字簽名模塊還包含一個32位整型數(shù)字，用來指向元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)志（描述數(shù)據(jù)來源、處理等方面信息）部分描述認證原因的實體。其目的是簽名機構(gòu)可以靈活地描述數(shù)據(jù)認證的原因或認證后數(shù)據(jù)預(yù)期用途。

1.5切片模式

切片技術(shù)是一種將較大區(qū)域數(shù)據(jù)分割成更易于管理的較小數(shù)據(jù)塊兒的技術(shù)。S-102采用了切片技術(shù)將覆蓋數(shù)據(jù)切割成一系列切片進行組織和管理。產(chǎn)品中每一個切片都是一個完整的水深格網(wǎng)，包括水深估計覆蓋、水深不確定性覆蓋、可選的跟蹤列表和元數(shù)據(jù)。S-102中定義了三種切片模式：一致的多邊形格網(wǎng)、四叉樹和其他。

2 數(shù)據(jù)編碼與維護

S-100標準[2]的一個重要思想是“數(shù)據(jù)內(nèi)容”和“數(shù)據(jù)載體”分離。S-102遵循了S-100標準，采用了UML概念模型定義產(chǎn)品內(nèi)容和采用HDF 5（分層數(shù)據(jù)格式第5版）進行編碼。HDF是美國國家高級計算應(yīng)用中心為了滿足各種領(lǐng)域研究需求而研制的一種能高效存儲和分發(fā)科學數(shù)據(jù)的新型數(shù)據(jù)格式。

與S-101《電子海圖產(chǎn)品規(guī)范》中矢量數(shù)據(jù)按增量更新的方式不同，水深表面產(chǎn)品中的全部數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)集內(nèi)的切片及其相關(guān)元數(shù)據(jù)都可以作為一個單元來替換。覆蓋數(shù)據(jù)應(yīng)至少在切片級別下作為一個單元來更新。此外，每個更新的切片數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)集必須有其自己的數(shù)字授權(quán)。

3 生產(chǎn)技術(shù)

S-102標準未對產(chǎn)品生產(chǎn)流程和技術(shù)方法做出具體規(guī)定。2011年，加拿大海道測量局根據(jù)S-102標準草案使用CARIS軟件生產(chǎn)了86幅覆蓋加拿大魁北克市和蒙特利爾港口間圣勞倫斯河的水深表面產(chǎn)品，提出了一套生產(chǎn)S-102產(chǎn)品的技術(shù)流程[3]，見圖1。

（1）分幅和切片模式設(shè)計。主要是設(shè)計產(chǎn)品覆蓋范圍和切片模式。加拿大海道測量局設(shè)計了3級分辨率的切片方案，每個切片由1000X1000個格網(wǎng)單元組成。第一級（港口）0.02°X0.02°，第二級（沿岸）0.1°X0.1°，第三級（總圖）1°X1°，切片的北方向指向子午線方向。

（2）數(shù)據(jù)搜集和評價。為了增強ENC單元中已經(jīng)包含的信息，加拿大海道測量局搜集了各種數(shù)據(jù)，包括稀疏的水深數(shù)據(jù)點、高分辨的水深格網(wǎng)數(shù)據(jù)、ENC導(dǎo)出的高潮線等，所有這些數(shù)據(jù)都進行了質(zhì)量評價以用于數(shù)據(jù)生產(chǎn)。此外，還利用CARIS S-57 Composer和BASE Editor兩個軟件模塊創(chuàng)建了輔助層（例如切片方案、覆蓋、分界線等）和將所有數(shù)據(jù)源切割成切片。

（3）點數(shù)據(jù)處理。主要內(nèi)容包括構(gòu)建TIN模型（不規(guī)則三角網(wǎng)）、插值得到初級的水深表面產(chǎn)品。

（4）將其他高分辨率水深表面產(chǎn)品和上一步生成的表面產(chǎn)品合并，并利用BASE Editor軟件中基于規(guī)則的沖突檢測工具處理數(shù)據(jù)沖突部分。

（5）提取和導(dǎo)出水深表面產(chǎn)品數(shù)據(jù)。利用CARIS BASE Editor導(dǎo)出HDF5格式水深表面產(chǎn)品。

通常，根據(jù)水深點數(shù)據(jù)生成格網(wǎng)水深的方法有兩種：直接法和間接法。直接法是直接通過采樣水深點插值生成格網(wǎng)水深。間接法是首先根據(jù)點數(shù)據(jù)建立TIN，然后插值得到格網(wǎng)水深。加拿大海道測量局采用了間接法生成格網(wǎng)水深，但這種方法有可能丟失格網(wǎng)節(jié)點周圍的淺點水深。如果水深表面產(chǎn)品應(yīng)用于船舶航行，還需對上述流程中水深點數(shù)據(jù)生成格網(wǎng)的算法進一步優(yōu)化。

4 應(yīng)用

S-102標準的制定，使海道測量領(lǐng)域具有了適合本行業(yè)的數(shù)字高程模型（DEM）標準，豐富了海道測量產(chǎn)品種類，拓展了海道測量數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍。作為一種不同于電子海圖、傳統(tǒng)紙海圖的新產(chǎn)品，S-102產(chǎn)品有諸多優(yōu)點，將會在船舶航行、水文動力模擬、空間數(shù)據(jù)分析等方面獲得廣泛應(yīng)用。

4.1船舶航行

相比電子海圖，水深表面產(chǎn)品用于船舶航行具有以下優(yōu)勢：水深信息更加豐富、更新更加方便（只需替換需要更新的切片）、能夠快速準確生成安全等深線、更易于和潮汐等時序數(shù)據(jù)疊加計算富余水深等。將水深表面產(chǎn)品作為背景與電子海圖數(shù)據(jù)疊加應(yīng)用于航行是一種可行的、有效的應(yīng)用方式，如圖2。

圖2　S-102產(chǎn)品和電子海圖疊加顯示

航道工程

可利用GIS空間分析技術(shù)基于水深表面產(chǎn)品計算航道疏浚土石方量、航道邊坡比（航道是否穩(wěn)定的指標）等數(shù)據(jù)，作為竣工驗收的依據(jù)。

4.2科學研究

水文動力模型、大氣-水文模型等數(shù)值計算模型都需要格網(wǎng)型海底地形數(shù)據(jù)。S-102產(chǎn)品能夠方便地應(yīng)用于水文動力模型、大氣-水文模型中，滿足科學研究的需求。

5 結(jié)束語

目前，美國、加拿大等國家的海道測量機構(gòu)已經(jīng)開始生產(chǎn)并發(fā)布S-102產(chǎn)品，一些ECDIS設(shè)備生產(chǎn)商也正在升級軟件支持S-102產(chǎn)品的顯示和應(yīng)用。而我國尚未開展S-102產(chǎn)品的生產(chǎn)，應(yīng)加強S-102規(guī)范的研究和加快產(chǎn)品的生產(chǎn)。一旦S-102產(chǎn)品得到廣泛生產(chǎn)和應(yīng)用，由于其編繪簡單、更新便捷，將會大大縮短新測水深應(yīng)用于船舶航行的周期，提高船舶航行安全。

參考文獻

[1]IHO.S -102 bathymetric surface product specification，e-dition1.0.0[s].Monaco: International Hydrographic Bureau，2012.

[2]IHO.S-100 通用海道測量數(shù)據(jù)模型[M].中華人民共和國海事局譯.天津: 天津科學技術(shù)出版社，2011.

[3]Ed Kuwalek etc.The New IHO S-102 Standard Charting a New Frontier For Bathymetry.The International Hydrographic Review.2011 (2):21-25.

東海某氣田受損海管修復(fù)工程解析.

姜大正1段明昕1初旭洋2
（1.交通運輸部上海打撈局 上海 200090；2.上海海洋石油局 上海 200120）

1 項目簡介

東海某氣田群位于東海大陸架，平均水深為94.4m～108.3m。現(xiàn)有CEP、A、B平臺以及各平臺之間的海底管線及電纜。其中A平臺的設(shè)計工作水深為102.5m，B平臺的設(shè)計工作水深為91.5m，兩平臺之間計劃鋪設(shè)一根12″的長度為16.2km的水泥配重氣管線。A平臺至CEP平臺長度為22.9km的12″海管已于2006年完成海上鋪設(shè)和試壓等工作。CEP、A及B平臺氣田群的位置分布如下圖1所示。

圖1　CEP、A平臺及B平臺的位置分布

CEP至A平臺的12″海底管道在2006年完成鋪設(shè)后，由于油田開發(fā)暫緩，該海底管道至今未投入運營。為進一步掌握該海管的埋深狀態(tài)，氣田開發(fā)工程項目組在2013年對該海管進行了物探調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示，該管線在距A平臺中心280m處向東彎曲，彎曲段管線與原設(shè)計路由大致呈77°角，彎曲段長約239m，管頭距原設(shè)計管線路由約為202m。初步判斷該海管可能被拖網(wǎng)漁船拖拽并偏離路由。受損管線彎曲狀態(tài)示意圖如下圖2：

圖2　受損管線彎曲狀態(tài)示意圖

受氣田開發(fā)業(yè)主委托，需要對受損的海管進行修復(fù)，以保證后續(xù)氣田開發(fā)工程項目海上施工的順利實施。交通運輸部上海打撈局使用中國首艘300m飽和潛水支持船“深潛號”及相關(guān)施工人員在于2013年7月-9月圓滿、高效的完成了受損海管的修復(fù)并通過了業(yè)主的清管試壓檢驗等工作。施工中，海管環(huán)形切割機、多種法蘭及進口機械連接器等先進工具的使用、四段62m超長直管的高效吊放和成功安裝刷新了水下安裝的記錄，不僅保證了氣田未來能夠按時投入運營，積累了豐富的飽和潛水維修海管的經(jīng)驗，同時也展示了上海打撈局過硬的技術(shù)力量和高素質(zhì)的海上施工隊伍。

2 工作范圍

本次受損海管的修復(fù)工程中上海打撈局工作范圍包括：1.提供完成海上施工所需的船舶及作業(yè)設(shè)備、飽和潛水隊伍及其他施工人員等；

2.受損舊海管的預(yù)調(diào)查及水泥壓塊等障礙物清理；3.機械連接器安裝點附近海管的切割及打磨；4.機械連接器及四段62m替代直管的安裝；5.切斷后的受損海管的移位和廢棄，海管頭的切割回收；6.四段直管上水泥壓塊的鋪放及機械連接器下方沙包的墊放及完工后調(diào)查；

7.修復(fù)海管的清管試壓支持工作。

2.1海管技術(shù)參數(shù)

CEP至A平臺的已鋪12″單層水泥配重混輸管線，基本規(guī)格如表1：

表1　已有12″單層水泥配重混輸管線參數(shù)

2.2四段替代直管參數(shù)

替代截斷的239米舊管線的新的四段替代直管的基本參數(shù)如表2：

表2　四段替代直管參數(shù)

3 施工設(shè)備資源

3.1船舶及主要設(shè)備

交通運輸部上海打撈局2012年8月交付使用的300m飽和潛水母船“深潛號”將作為飽和潛水支持船及主作業(yè)船完成此次工程?！吧顫撎枴笔且凰夷壳皝喼揞I(lǐng)先、世界一流的深潛水支持船，其投入使用，標志著中國海上大深度潛水、搶險救援打撈能力得以顯著提升，也使中國深水工程作業(yè)能力向世界先進水平邁出堅實一步。

“深潛號”總長125.7m，型寬25m，型深10.6m，滿載排水量為15 864噸，配有現(xiàn)代化的直升機起降平臺，可航行作業(yè)于無限航區(qū)，動力定位2級，能在復(fù)雜海況下不用錨泊自動將船定位在指定區(qū)域，定位精度達到30cm，有效的支持飽和潛水等海上施工作業(yè)。此外，140噸主動式海浪升沉補償?shù)鯔C，進一步保障了海上施工的安全和效率。

“深潛號”上同時配置了一套目前世界先進的300m飽和潛水系統(tǒng)，最大工作深度可達水下300m，擁有12人居住艙，3人潛水鐘可供3名潛水員同時進行潛水作業(yè)。本套系統(tǒng)獲英國勞氏證書，完全符合IMCA（國際海洋工程承包商協(xié)會）國際潛水最高標準的要求。它是目前中國工作深度最深，容納潛水員人數(shù)最多，設(shè)計理念和配置最為先進的一套飽和潛水系統(tǒng)，在世界上屬于先進水平。

另外，船上還配置了一臺水下機器人（ROV）。此次工程中，ROV將輔助進行水下調(diào)查、配合吊機下放水泥壓塊及沙包等工作。

圖3　“深潛號”海上作業(yè)

3.2機械連接器

機械連接器選用美國QCS公司生產(chǎn)的GripLock（GLC）型機械連接器，其主要作用是連接舊海管和新的替代海管。其基本原理是將機械連接器的一端套在已打磨光潔的舊海管上，抱緊并形成密封，另一端是標準法蘭與新的海管法蘭對接。其結(jié)構(gòu)如圖4所示：

圖4　機械連接器結(jié)構(gòu)原理圖

此次使用的機械連接器的主要參數(shù)如下表所示：

同時，國際先進的分瓣式環(huán)形海管切割坡口機的使用，保證了海管水下多次切割的效率和管端精度要求；液壓螺栓張緊器系統(tǒng)的使用大大提高了水下法蘭螺栓安裝的質(zhì)量及效率。

圖4　環(huán)形海管切割機及液壓螺栓拉緊器

4 施工方法及過程

本次海管修復(fù)工程施工的主體思路是由潛水員在受損海管拐點位置附近切除彎曲受損的海管，在切割后的直管頭末端安裝機械連接器，再依次安裝4段總長與被切割海管長度大致相同的直管來達到海管修復(fù)的目的。按照施工順序，主要需要完成受損海管的切割及端部打磨、安裝機械連接器及新的四節(jié)替代直管、沙包及水泥壓塊的墊放、清管試壓支持等工作。

海管修復(fù)的主要施工如下：

1.“深潛號”到達A平臺預(yù)定位置附近，進行DP測試；

2.潛水員沿受損海管調(diào)查，潛水員手持信標配合定位人員進行位置記錄，確定海管拐點的準確位置；調(diào)查海管原設(shè)計路由上海床的平整度、水泥壓塊、漁網(wǎng)等障礙物，并配合“深潛號”吊機移除原海管路徑附近50m內(nèi)的遺留障礙物；

3.海管受損情況及切割位置確認（主要確認機械連接器安裝的位置）；

4.潛水員拆除受損海管頭漁網(wǎng)及法蘭盲板進行海管內(nèi)壓力的泄放；

5.各方確認海管切割位置及機械連接器的安裝位置后，潛水員使用高壓水槍、液壓打磨刷和刮刀等工具處理需環(huán)形海管切割機切割位置附近的水泥層及防腐層；按機械連接器安裝的要求打磨需插入連接器內(nèi)部的海管表面（此處需特別注意，不可使用液壓鎬、鑿子等沖擊性工具清理海管表面，以防行程凹坑和損傷，影響機械連接器的密封性能）；

6.吊機下放環(huán)形海管切割機，潛水員將切割機安裝到位；環(huán)形切割機完成指定位置的切割；

7.潛水員配合吊機移除切下的彎曲海管至指定的廢棄區(qū)域；

8.QCS機械連接器廠方代表確認海管頭打磨處理符合安裝要求；甲板吊放GLC機械連接器下水，到達指定深度后開啟升沉補償模式；潛水員引導(dǎo)機械連接器安裝到打磨好的管頭上；按照機械連接器安裝程序，使用液壓拉伸器對相應(yīng)螺栓進行拉伸，使機械連接器夾緊海管并密封；按要求進行試壓并完成保壓試驗，最后向連接器內(nèi)加注黃油并完成所有安裝步驟。

圖5　QCS機械連接器

9.駁船靠“深潛號”，甲板準備起吊第一根62m替代直管（安裝吊裝索具、導(dǎo)向牽引繩、綁扎信標、法蘭螺栓及水下空氣浮袋等）；潛水員在水下安裝法蘭捕捉器；

10.吊機起吊并下放第一根直管至指定位置；潛水員引導(dǎo)第一根直管與機械連接器法蘭靠近，安裝法蘭密封圈后安裝螺栓及螺帽；潛水員在螺栓上安裝液壓拉伸頭及液壓管線，按施工方案完成螺栓拉伸；

11,潛水員回收安裝工具；移船到第一根直管末端，吊放第二根直管下水，潛水員配合吊機將第二根直管端法蘭與第一根末端法蘭組對，安裝密封圈、螺栓及螺帽；安裝液壓拉伸器并按程序進行螺栓拉伸；拆除回收安裝工具；

圖6　吊裝第一段替代直管

12.重復(fù)以上步驟完成第三、四根63m替代直管的安裝。

13.四段直管完成安裝后；潛水員在機械連接器下方凹坑中墊放水泥沙包對連接器及海管進行支撐；ROV配合吊機在替代直管上布放水泥壓塊，保護海管；

14.最后ROV進行施工后調(diào)查。

至此，受損海管的修復(fù)工作已全部完成后，在另一項目中，“深潛號”又完成了第四段直管與導(dǎo)管架立管之間膨脹彎的安裝，完成了整條海管和平臺立管的最終對接，最后對CEP 至A平臺的整條管線進行清管及試壓工作，完成了試壓壓力的24小時穩(wěn)定，標志著受損海管的修復(fù)取得了圓滿成功，達到了設(shè)計及生產(chǎn)要求。

5 工程經(jīng)驗總結(jié)

在東海某氣田受損海管的修復(fù)工程中，上海打撈局急業(yè)主之所急，技術(shù)人員憑借豐富的經(jīng)驗及創(chuàng)造力，提出了可行性的施工方案，大膽使用新的施工方法和設(shè)備提高工作效率，如QCS機械連接器、環(huán)形海管切割機、法蘭捕捉器、超長直管的高效吊放和水下安裝等。按照業(yè)主施工要求，在現(xiàn)場業(yè)主代表的指導(dǎo)及支持下，在施工人員的共同努力下，圓滿完成了受損海管的修復(fù)工作。工程的施工中積累了很多寶貴的經(jīng)驗和值得推廣的方法，主要包括：

1.此次受損的12″海管水深約100m，海管的修復(fù)難度較大，施工復(fù)雜，單獨使用ROV等無人水下工具很難完成，普通的空氣潛水無法到達此深度，因此必須使用作業(yè)深度更大、效率更高及更為先進的飽和潛水才能完成。

2.合理施工工具的選擇和施工方案的設(shè)計是工程順利高效完成的保障。經(jīng)過多次比較，最終選擇QCS公司的GripLock型機械連接器，主要因為其具有潛水員操作相對簡便、抱緊力大、密封性好等特點。同時環(huán)形海管切割機的使用大大的提高了海管切割的效率，較傳統(tǒng)電氧切割方法不僅提高了效率，切割端面的平整度也非常高。受損的約240m海管的替代直管的選擇也是對海上施工難度的巨大挑戰(zhàn)。經(jīng)過綜合考慮直管長度、所使用法蘭總數(shù)量及經(jīng)濟性、海上施工的難度等因素，技術(shù)人員決定使用4根62m的超常規(guī)直管，并設(shè)計了對應(yīng)的吊梁和索具方便海上吊裝。同時在水下安裝過程中，施工人員結(jié)合安裝導(dǎo)向鋼絲、定位信標及吊機的升沉補償功能，準確的將直管下放到指定位置并精確對接法蘭。

3.液壓螺栓拉緊器是一種在法蘭對接及螺栓拉緊施工中非常高效的系統(tǒng)。此次工程中所使用的拉緊器能夠通過液壓動力同時對法蘭上所有螺栓進行同步拉緊，這樣保證了所有螺栓的上緊都使用相同的力，也保證了法蘭面的對接精度。相比于傳統(tǒng)的使用液壓扳手依次順序上緊螺栓的方法，此套系統(tǒng)可靠，高效，值得在今后類似作業(yè)中推廣使用。

以上先進的施工工具和施工工藝的使用，大大的提高了作業(yè)效率。此次項目中，一根62m直管從吊放到完成法蘭對接、安裝，最快在8小時內(nèi)即可完成，刷新了國內(nèi)已知的類似管端安裝的記錄。相對于以往將海管吊放到海底，潛水員利用壓重塊、空氣浮袋、倒鏈等工具逐步調(diào)整法蘭和海管的位置的方法，施工效率有了成倍的提高。

這些寶貴的受損海管維修的經(jīng)驗，在以后的類似作業(yè)中值得借鑒和推廣。同時此次施工中上海打撈局的動力定位船“深潛號”、飽和潛水、深沉補償?shù)鯔C等先進技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用配合也起到了非常大的作用，也為上海打撈局積累了更豐富的海上施工經(jīng)驗。

6 展望

隨著我國海上資源的逐步開發(fā)，尤其是東海、南海海域近年迎來的大規(guī)模油氣勘探和開采，海上油田的大規(guī)模開發(fā)和建設(shè)已經(jīng)隨之興起。海底管道是海上油氣集輸和生產(chǎn)系統(tǒng)的生命線，一旦出現(xiàn)泄漏，不僅造成油氣集輸和生產(chǎn)中斷，更會造成對海洋環(huán)境的污染，如不及時修復(fù)，后果十分嚴重。我國已投產(chǎn)的海上油田海底輸油輸氣管道相應(yīng)總長度已達6 000多km，95%以上在水深300m內(nèi)。海底管道相對陸上管道投資大施工難度高質(zhì)量要求嚴格，一旦泄漏修復(fù)難度很大。

飽和潛水能夠完成300m內(nèi)水深的各種作業(yè)，同時可以實現(xiàn)大深度、長時間作業(yè)，與空氣潛水或氦氧潛水相比，有效潛水時間增長可達10倍以上，可大幅度提高潛水作業(yè)效率，從而減少施工時間，節(jié)約成本。同時飽和潛水進行海底管道修復(fù)動用大型工程船舶少，全過程僅需配置一艘主要動力定位施工母船，施工過程全部在水下實現(xiàn)，與使用大型鋪管船等進行將海管撈起至水面修復(fù)相比，船舶費用減少約三分至二。同時使用機械連接器和替代直管修復(fù)損壞海管段，技術(shù)新穎，施工簡便，質(zhì)量有保證，水下工作僅為連接法蘭，與使用水下干式艙等修復(fù)的海管方式相比，技術(shù)可靠，效率高。

綜上所述，此次海管修復(fù)工程的高效、順利完成，積累了豐富的海管維修經(jīng)驗，檢驗了新的施工工具和施工方法的可行性，成套施工方法值得在類似海管維修工程中推廣。

作者簡介：[1]邢偉坡（1983-），男，河北保定人，工程師，碩士，2009年畢業(yè)于北京師范大學地圖學與地理信息系統(tǒng)專業(yè)，主要從事海洋測繪技術(shù)研究等工作。