海上“巨无霸”老曲新唱

时间：2022-02-19 23:08:51 来源：作者：

新金融记者宁广靖袁诚

　　编者按

　　“高端装备”是一个很大的概念，“产业链”也是。纵观天津高端装备产业，大致分为航天航空、海洋工程装备、智能制造装备、轨道交通装备等。我们选取了两条较有代表性的链条：千吨海上作业平台的海工装备产线和要求绝对精准的机器人产线。

　　当我们去到码头、车间、堆场等一系列作业场景的时候，一度抽象的产业链条“活了”。一块块锈迹斑斑的钢板在“智能化”的加持下变成千吨海上作业平台；一个不起眼的机器人会在一个高铁集成项目中担任异常精细的工作……一条条产业链，串联的不只是“产品”，还有无缝对接的“智能化产业环节”，这些元素使整个链条变得丰满且有了实际意义。在我们日常生活中不常接触的领域，一些看似“不可能”的蜕变正在发生。　　

　　半个多月前，一个体积64000立方米、重达3590吨的油气生产作业平台被套上钢绳，拖上驳船，从天津港航道出发，送往位于渤海湾的油气田。

　　半个多月后，新的“庞然大物”即将进入生产流程：它从一块块很不起眼、锈迹斑斑的钢板开始，经过打砂、切割、焊接、喷漆、组装等一系列工序，最终变身成一个由几万甚至几十万个构件组成，具有多样化复杂功能，能够在狂风巨浪中平稳生产的超级海工平台。

　　从“一张图纸”到“万吨重器”，海上油气平台的雏形在海洋石油工程股份有限公司（下称“海油工程”）EPCI（设计、采办、建造、安装）四大业务板块流转中变得愈加丰满。“十一”前后，新金融记者循着一块正在自动辊道上前行的钢板原料出发，近观其从设计、建造、总装到运输安装的产业链图景，以管中窥豹的视角探寻“锈钢变重器”的天津高端装备制造魅影。

　　不只是“铁裁缝”

　　在天津海洋工程智能制造基地，眼前这个2.2万平方米的堆场现在还不那么忙碌，一些钢管、钢板和尺寸不一的H型钢静静地躺在那；红色的桥吊和地面上的钢轨已经准备就绪。半个月后，这里就会出现繁忙作业的场景：一台台桥吊缓缓地伸出“大手”稳稳地抓住钢板原材料，平稳地放置在上料辊道上，一块块锈迹斑斑的钢板随着输送辊道排队进入车间，开启了它们的“变形”之旅。

　　海工平台是典型的大型钢结构物，建造它的人则自称为“铁裁缝”。一块块钢板原料要变身为万吨体量的海工平台，需要经过预处理、切割、组对、焊接、总装等重重考验。

　　“这些钢板、型钢经过预制，一个就几吨重，来了就用桥吊把它们放到对应的位置，为下一个工序做好准备。”海油工程基地建设项目副经理杨朝辉告诉新金融记者，现在整个堆场像这样的桥吊一共有67台，单台最重可起吊75吨钢板或型材。

　　一个海工平台动辄几千吨甚至几万吨，它对原材料的需求非常大。“做一个4000吨的平台，大概需要4000吨的钢制材料，这里未来可能同时运转几个甚至十几个项目。”杨朝辉说。

　　新金融记者在现场看到，在海工平台建造车间的入口处，有两台预处理设备负责对钢板原料进行打砂和喷底漆处理。由于钢材表面易生锈，在进入车间前先用高速运转的钢丸把锈处理掉，再喷一层保护性底漆，这是第一道工序。

　　钢材预处理后便进入正式的重器建造环节。“这条产线预计一年能够切割5000张钢板。切割、分拣完便会被一台带有电磁吸盘装置的（AGV）小车吊装到对应的工位进行初步组装，原先的小部件经过多次焊接组装后，形成一个组件。”杨朝辉指着一个按钮说，从起吊、切割到运送至对应的位置，整个过程都是自动化的。人只需要按一个生产开始的按钮，剩下的工序都可以交给智能设备和机器手。

　　这点在车间施工负责人耿孝敏的眼里更为直接：“物料进来的时候一般是经过预处理的钢板。出去的时候是大个头的组块，有的长宽可达40米，有的则更大。由一辆SPMT自行模块运输车运往舾装场地，进行一些散件的设备安装。”

　　海工平台是一个超级海上工厂，有的用作油气开采，有的用于海上发电等，门类多样。但建造时也有一些共性，比如定制化和离散制造。据了解，整个海工平台建设是一个离散制造的过程，会根据不同海域、地质条件等自然环境进行定制化开发。由于具有多品种、小批次的特点，一些离散型产品只建造一次，完全是非标准化的。

　　“我们尽量在本地完成建造工作，目前我们也在整合周边的一些资源来完善整个产业链。因为一个平台从建造角度来说，它需要各类外协单位，尤其是钢材的一些预制工作，我们会通过分包单位来完成，这是产业链的一个部分。我们有自己核心的东西，并通过与外部单位协作完成部分工作。”杨朝辉给新金融记者举例称，管线的预制、钢板的卷制，或者喷砂喷漆，还有一些酸洗电仪产品的供给，很多都能在天津找到供应商。比如，天津市隆电电气工程有限公司给海油工程供应电气设备；天津环亚船用热交换器有限公司供应换热器；天津华利保温建材有限公司供应保温材料等等。

　　有着12年建造经验的杨朝辉说，建造海工平台组块有点像盖房子，一个是在陆地上用混凝土盖房子；一个是用钢结构在海上盖房子。“海工平台质量标准高，我们会以焊接作业为主，来确保平台状态的稳定性。同时我们会把每一层建造好的甲板片先组装好，然后再一层一层地往上摞，最终形成一个大型的上部组块。”此后，组装好的多层甲板片将被能吊装900吨重物的龙门吊吊起，放在能够载重2000多吨的SPMT自行模块化运输车，往厂区附近的码头上运。

　　“大钢腿”深海立脚

　　当“铁裁缝”把平台组块建造好后，如此庞然大物如何顺利运往指定海域？

　　要在波涛汹涌的大海上定点“站位”30年，海工平台从设计、建造到后期运输、安装调试、运维的每一个环节都处于精密测算之中。对于负责运输安装的人员来说，海工平台订单自诞生起便进入了计划清单。“我们从项目的设计环节开始就要跟踪它的进度，关注完工日期是否提前或后移，每天都会跟项目建造部门交流。”海油工程安装事业部项目管理公司副总经理谢维维告诉新金融记者，他们一般会提前3个月来进行装船设计，做好重控报告，对其重心位置、重量分布有一个全面把控。然后进行物料准备，采购钢丝绳、钢绞线、润滑油等耗材。

　　据了解，海工平台组块装船一般是“两步走”：先运输深潜海底的导管架，将其精准就位后进行打桩作业，然后再运输海工平台的上部组块。这是个精细的技术活。开篇提到的“半个多月前运输的平台组块”早在今年3月就启动了装船运输的方案设计，7月进行物料准备，9月装船。“我们会考虑天气、潮汐、调载等因素，一般选择5级风以下、没有恶劣天气的日子装船。如果没能充分考虑天气因素，或因途中遭遇台风暴雨等灾害性天气导致必须返港避风，多船作业下产生的损失会非常大，整个船队每天待机成本动辄超过千万元，所以前期的安装运输设计、天气考察等就显得尤为重要。”谢维维说，装船前一天，工作人员会提前到码头精准复核潮汐变化的幅度，模拟计算海水涨潮的速度和驳船排载的基数等，以保证装船时驳船甲板和码头的水平面几乎等平，误差控制在5厘米之内。

　　与桥梁等面载荷结构不同，油气类海工平台组块多为点载荷，成千上万吨的重量落在了6—8个直径2米左右“大钢腿”上。如果不想办法分散载荷或进行加固处理的话，“大钢腿”很可能会将驳船横腰截断或刺穿。所以，分散载荷、固定组块是必不可少的步骤。“我们前期会根据组块的重心、重量设计一个承重强的钢结构垫在驳船的承压面下方，把载荷分散开来。”谢维维告诉新金融记者，通常三四千吨的组块装船需要三四个小时，上万吨的则需要10多个小时，之后用拖轮牵引驳船航行。通常去渤海湾等近距离海域的话，一天往返的路费在40万元左右，吨数更大的则上百万元。

　　当“大块头”坐船来到指定海域后，“大钢腿”需要与前期安置的导管架进行“穿针引线”，精准对接，为开展联调联试和平台生产作业做足准备。

　　眼下，海工装备行业发展势头良好，海油工程的业务量增长很快。“现在我们每年大约安装四五十个大项目。”谢维维说，目前海油工程拥有 3 级动力定位深水铺管船、7500 吨起重船、水下工程船、深水挖沟船等 19 艘船舶组成的专业化海上施工船队，亚洲领先的海上安装与铺管能力将助力更多的“大块头”深海遨游。海油工程2021半年报显示，下半年公司面临更大的工作强度和工作压力，预计将进行 27 座导管架、28座组块和 37 座模块的陆地建造，建造加工量可能超过18万结构吨。

　　按“百年一遇”出图

　　尽管这些“大块头”动辄几千吨，甚至上万吨，但它们最初的构想和雏形是从一张张图纸开始的。以一个15000吨左右的海上采油作业平台为例，这类平台通常由上下两部分组成——上半部分采油及生产模块和下半部分的基础模块。从基本设计到详细设计，大概需要五六十个工程师花一年到一年半的时间合力完成。

　　对于油气生产平台来说，工程设计的要义在于“动态平衡”。“设计要平衡项目的经济性、安全性、完善程度、工期要求以及各专业之间的需求，还要考虑工作量和便捷性，以及后期建造、安装、运维等方方面面的因素。”海洋石油工程股份有限公司设计院浮体工程设计研究所副经理杨小龙在接受新金融记者采访时表示，相比于传统结构的制造业，海上油气平台设计要格外注重风险性。

　　“风险性是我们在做设计时考虑最多的一个问题。海上平台有油气操作区和生活区两部分，因此有油气爆炸的风险。我们在设计时要考虑油气、天然气等品类隐藏的风险，尽量将油气平台和生活楼间隔拉远。另外，平台对重量有要求，太轻难以满足安全性需求，我们会考虑一些新型的复合材料来保证人员居住的安全，但也要确保其结构平台的重量不能超过规定的限制。”杨小龙说。

　　事实上，海上作业平台最大的风险除了油气爆燃，还有海洋环境。一个平台的服役期可能要20—30年，平台遭受极端天气的概率可能达到60%或者更高，因此，能抵抗“百年一遇”极端天气成为海工装备设计的标准。杨小龙介绍说：“‘百年一遇’的环境条件最大波高可能达到二十六七米。在这样的一个波高下，平台要保证它的功能性和安全性是一个非常大的挑战。”

　　船小好调头，但像这样“大块头”的重器设计，在一个环节的小失误就可能对整个平台带来重大影响。因此，“能在设计阶段解决的问题就不放在现场，能在现场解决的问题绝不留到海上”，这是设计的最基本原则。为了将误差降到最低，一个项目的设计要磨合很久。“整个项目从建造到安装，设计人员会全程跟踪做技术支持。”杨小龙说。

　　据了解，天津海洋工程智能制造基地的部分项目正在设计当中。作为全国首个海洋油气装备制造“智能工厂”，其产品在生产环节较之前传统生产流程有很大的不同。因此在设计环节，更多的磨合讨论聚焦在如何将“智能”和“制造”有机地结合起来。海油工程经过几十年的积累，已经有一套成熟的设计理念和模板。“从长远来看，智能制造会节省整个工程的成本，也会带来质量的提升。基于此，我们想走出一条新路来，以‘智能化’减少各环节成本，提高生产效率。”杨小龙说。

　　“智能化”探索

　　在天津海洋工程智能制造基地有一个立体仓库，这里有2400个库位和一辆像平板火车一样的“可伸缩”ADV运输车。新金融记者注意到，一个长方形的银色激光反射条被“贴在”了门边。据杨朝辉介绍，那辆“大车”就是靠这个“小长条”定位指引作业的。

　　在这个基地，智能化的体现还有很多。一直以来，天津在传统的海洋油气装备制造领域保持领先优势，但传统制造存在诸多业务痛点，诸如设计在生产全链条中的作用发挥不足；制造环节缺乏系统的数据采集环境和单元，全生命周期数据集成和关联分析能力不足；人工成本逐年递增，用工荒问题凸显；经营管控能力不足等。在此背景下，全流程“智能海工制造”被寄予厚望。

　　“数字化转型和智能制造是相辅相成的，在这个智能化基地，我们首先要实现工艺管理的数字化，通过前端的信息手段和设计手段，把之前的图文格式变成数字格式。另外就是生产任务的‘工单化’，一个个独立的工单有对应的工程师或操作工人来完成，这样便于精准统计。在生产过程‘可视化’方面，我们通过整场的传感器、摄像头等信息化手段进行管理。每天工厂要生产什么部件，半成品是多少，每个工作任务的执行情况怎样，我们通过硬件和软件的结合把整个生产信息汇总上来，方便生产管理者分析决策，进而提升生产效率。”杨朝辉说。

　　据了解，整个天津海洋工程智能制造基地有2600多块仪表分布在现场的各个区域，以便对场内能源做出实时的分析和优化。“每一度电每一滴水都是有实时统计的。现在我们基本可以细到工位，一个工位有一块仪表，会统计闲时用多少电，忙时用多少电，在整个数据采集的过程中，会根据分析来调整操作，降低能耗。”杨朝辉告诉新金融记者，“智能化”还体现在生产设备上。现在，板材的切割、甲板片的焊接、钢材的下料工艺管预制，这些都可以由自动化设备完成。可24小时运作的机器提高了生产效率、节省了人力，也改变了工人的作业环境。更为重要的是，“智能化”操作对质量的追溯与分析可起到积极的作用。

　　但数字化、智能化的实现是一个循序渐进的过程，是一个破除壁垒、改革创新的过程，除需要行业内成熟实用的专业装备和技术的支撑外，更需要企业具备一定的信息化、数字化基础。数字化管理、智能制造将会对公司现有的工艺流程、生产方式形成冲击，从运营管理到生产组织进行全方位的系统调整、管理变革。这需要以“大设计”为龙头，深化设计对全生产流程的支持和引领作用，打通公司内设计、项目管理、采办、仓储物流、生产等环节之间的数据流。数字化、智能化作为一个新兴事物，无论是软件还是硬件，在海工行业内都鲜有系统的成功案例可供完全复制，“摸着石头过河”将成为一种常态。

　　打造产业集群

　　高端装备产业是制造业发展的基石，处于价值链高端和产业链核心环节，是决定区域综合竞争力的战略性新兴产业，是推动工业转型升级的重要引擎。太重（天津）滨海重型机械有限公司相关负责人在接受新金融记者采访时称，发展高端装备行业最重要的抓手有两个，一是注重区域化优势发展，打造各区域特色产业集群，二是破解技术难题，加强研发工作。

　　此前，天津发布的《天津市产业链高质量发展三年行动方案（2021—2023年）》中提出，到2023年，培育形成一批具有自主知识产权的标志性产品，突破一批行业发展关键核心零部件与基础制造技术，形成一批技术标准，转化一批重大科技成果，健全高端装备产学研用协同机制，重点企业信息技术集成应用和数字化水平显著提高。可以看到，含海洋装备制造在内的高端装备产业链迎来新的发展机遇。

　　一直以来，天津在传统的海洋油气领域保持领先优势，现在在海洋风电、海水淡化、水面光伏等领域也开始发力，针对海洋工程装备领域的行业机会逐渐增多。整体上看，天津在海洋工程装备行业蕴藏着较大的潜力。在天津港保税区，海油工程、博迈科、新港船舶、太重滨海等天津市海洋装备龙头企业的制造基地根植于此，企业特点鲜明，相互协作，可协同发挥海工装备龙头制造商各自的最大潜能，形成有效合力。与此同时，天津大学、中船九院、东北石油大学等高校及科研院所分别在保税区临港区域建立起各类高技术公司，形成协同创新体系，续航持续创新能力，带动产业全面发展。天津在聚集海工装备产业链中形成了一定的地缘优势。

　　可以看到，天津正在围绕海洋油气装备、高技术船舶、港口航道工程装备、海水淡化装备、海洋能开发利用装备等领域，打开产业链条，强链、补链、串链，聚焦微笑曲线两端高附加值部分，完善上游装备设计、中游装备制造到下游维修服务等关键环节，重点引育工程总承包商和装备集成供应商，带动整体设计和配套供应商聚集。放眼未来，天津在发展海洋装备产业前景可期。

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