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摘 要：本文将对配扣的原理及影响配扣的相关因素进行分析研究，再利用EXCEL表格编制配扣计算公式为工程实例设计吊装索具，最后对在工程实践中出现的关于索具配置的相关问题进行梳理和总结。
关键词：海洋结构物 吊装索具 配扣计算
针对海洋石油开采的的复杂性特点，各种海洋结构物及相关设备的安装形式多样。海洋结构物安装流程主要有三个过程，分别是装船、运输、海上安装。结构物的装船方式主要有拖拉装船及吊装装船两种，而海上安装作业形式主要有滑移下水（导管架）、吊装（导管架/组块）、浮托法 。
对于海洋结构物整个安装工程中，涉及设备及人员起吊作业的多多，如船舶间的倒驳作业、主工程船上设备就位、作业人员的上下船、插桩作业、打桩作业等等。同时码头装船的工艺流程中，小型导管架、小型组块可以直接用浮吊吊装装船，而组块上相关设备也可用履带吊吊装装船。另外在海上安装作业时，小中型导管架及小中型组块海上安装方式则基本用于吊装。总而言之，对于上述诸多涉及到吊装的作业，吊装索具是整个工程中不可获缺的，故而配置出安全、经济的索具是决定海洋结构物成功安装的关键 。
一、吊装索具的配置分析
首先使用SACS软件结构建模进行起吊分析计算，得出实际结构重心及各吊扣吊绳力，然后 根据计算数据配置合适的索具 。为了节约项目成本，一般优先考虑库存的高效旧扣，如果没有合适的旧扣，则配置采办新扣。索具配置完成后，旧扣需要提前安排做拉力试验，新扣则需及时采购。配扣实际操作时，考虑工期紧张，可先采用详设的起吊分析配扣，但新扣采办前要与安装设计的起吊分析配置的索具比较核实是否在误差范围（ 0.25%） 内。如在误差范围内，则依据详设起吊分析配的扣可以使用，如不在误差范围内，最终依据安装设计起吊分析结果为标准配扣。同时还要准备备用扣，为施工中可能出现的索具问题做准备。
1.配扣原理
不同结构物的（影响配扣的因素各异），但是吊装索具的配扣计算原理都是一样的，为了描述出配扣计算的基本原理，这里选择比较理想的结构物的（长方体）进行建模，实体模拟吊装情况如图1所示。
如图1示，根据详设图纸确定吊点的设计位置，为了计算方便，这里以重心点为原点，建立绝对坐标系（X-Y）。a、b、c、d四点为起重船舶吊机的主钩钩齿重心，扒杆轴向在投影平面为Y正向，L1′、L2′、L3′、L4′为索具L1、L2、L3、L4的水平面投影。
图2中吊耳式吊点配扣原理模拟形式，H为吊高，实际吊高要满足设计吊高要求，而设计吊高要保证每一根索具与水平面的夹角大于60度 。
a、b、c、d（x，y）及吊点坐标（x′，y′）已知。根据如下公式：
计算出L1、L2、L3、L4的平面投影长度，而又已知吊高为H，则索具的长度
图2中吊柱式吊点配扣原理模拟形式，配置的吊扣为环形扣。
H-吊高；Ls-环形吊扣的一部分；La-钩头到吊扣环套吊柱截面中心距离的
水平投影；R-吊柱半径；C-吊柱半周长。配扣计算公式如下：
2.影响配扣的因素
配扣计算时，影响因素很多，大致有如下几个：（1）起重船吊机的钩齿距 （2）导管架的斜度（3）导管架、组块吊点的形式（4）平均吊高。
由结构物起吊形式，选定船舶资源。再据港池水深、码头标高、起重船的吊高、跨距等，确定起重船舶是否满足起吊要求。根据施工方案确认起吊位置。之后进行索具配备，配扣时要处理好各影响因素。
2.1起重船吊机的钩齿距
吊机钩齿距不同，即使用不同的起重船，则a、b、c、d的坐标（图1所示）不同，直接影响着索具配置的长度。起吊方案确定以后，钩齿距即确定了。
吊机有单钩、双钩、四钩形式，不同形式的吊机主钩，其钩心距的选择方式不同，上述图3表示出了钩心距的基本选择方法，进而可在配扣时确定a、b、c、d的坐标。
2.2 导管架腿的倾斜
当结构物固定为导管架时，导管架的形式决定着导管架腿的倾斜方式，由于吊点纵剖面与导管架腿轴面垂直，因而导管架的斜度影响带吊耳形式吊点的斜度，因而在配扣时的索具水平投影面上，吊点的坐标也需要投影到水平面上。根据导管架腿的倾斜可将分为单斜、双斜、垂直三种形式。单斜只在x及y轴其中一轴方向偏斜，双斜则为两轴方向上偏斜，垂直则是两轴都不偏斜。
图4所示，AB为导管架退，整体坐标系X-Y-Z，局部坐标系x-y-z，bc为吊点纵向长，d为c点在水平面上投影，此水平面为吊高末端的平面。如已知到导吊点纵向轴与Y、X的夹角为α、β，导管架与水平面的夹角为γ，S1为水平面，S2为管腿纵轴与吊点纵向轴构成的剖面。由管腿的长度AB及其竖向高度AC，即可得到γ值，从而求得吊点坐标：
2.3 结构物吊点的形式
吊点的形式有带吊耳吊点的及柱式的吊点，一个结构物的吊点可能都是带吊耳的吊点，也可能都是吊柱形式的吊点，也可能是带吊耳的与吊柱形式的混合。带吊耳的吊点依据不同结构物形式也有所不同，组块上、导管架上、吊装框架上及撑杆上的各有区别。柱式吊点也因钢丝绳索具的缠绕方式不同而有所不同，有缠套在主立柱上，有缠套在柱式臂上。
带吊耳的吊点有导管架腿上的与组块上的及单点的三种形式，吊柱式的吊点则有：钢丝绳琵琶头环套在立柱上，钢丝绳琵琶头环套在水平柱上两种形式。
2.4 平均吊高
当结构物的吊点构成一个水平面时，吊点的吊高相同。当结构物的吊点不构成一个水平面时，吊点的吊高不全一样。对于这两种情况，在配扣计算时，要慎重处理。
带吊耳的吊点与吊柱组合，使得带吊耳的吊点与吊柱的竖向平均吊高不同，因而在配口计算时，两种形式的吊点的平均吊高不相同，计算表格中要体现出来。各吊点不在同一个水平面。 二、吊装索具的工程设计
1.实例描述
SZ36-1延伸平台WHPG导管架项目，业主是中海油天津分公司。此导管架为二腿，有一腿在x轴方向倾斜γ。设计四个吊点，二个带吊耳的，二个为吊柱形式，单斜处为两吊柱式吊点。根据详设资料进行如下吊装索具配置。
此导管架起吊重量为4350KN，高36.2m，在青岛中油海海工码头建造，青岛中油海码头水深10m，码头标高5.4m。根据方案设计决定工程船舶选用四行奋进，因而使用四行奋进进行实际配置吊装索具。
此导管架的四个吊点分为两种类型，根据详设图纸得到：类型二为带吊耳的两个吊点，定义为吊点1、吊点2，其最大吊绳力为217KN；类型一为吊柱式吊点，定义为吊点3、吊点4，其最大吊绳力为5132KN。
2.影响配扣的因素及简化模型
2.1平均吊高
由图6所示，四个吊点的平均吊高不同，吊点的类型一及类型二的中心不在同一个水平面内，因而配扣时，特别注意两者的平均吊高。设计要求导管架的吊高要满足 ，根据图5吊点图中的参数，可以核算出结果：柱式吊点（类型一）比带吊耳的吊点（类型二）的平均吊高之间的关系满足 。配扣计算时需要将此因素考虑进去。
2.2吊点形式
类型二为带吊耳的吊点，类型一为柱式吊点，如图5所示。带吊耳的吊点中心在水平面上的二维坐标有偏移，柱式吊点中心取柱式臂的中心，可将两种类型吊点的水平面合成一个，那么即可在这样的平面内分别求出他们的中心二维坐标。这样的平面如图7所示，X-Y平面坐标系中的X轴向平行结构物的1、2轴，Y轴向平行结构物的C轴。
由图7所示，我们可以看出导管架重心位置，以及带吊耳的吊点在水平面的夹角关系，从而可以得出此类型吊点的偏移量，进而得到其吊点坐标。同时根据导管架外形尺寸也可求得柱式吊点中心坐标。
2.3单斜（简化配扣模型）
吊点标识号详见图8，导管架中C1腿为Y轴向单斜，C2腿为竖向垂直。T1为重心到吊点1所在立柱中心距离在x轴的投影长，T2为重心到吊点4所在立柱中心距离在x轴的投影长， 、 为吊扣在x-y坐标系上的投影长度（不考虑钩头的影响），R为吊耳式吊点所连接的立柱半径，R=1200， R′为柱式吊点对应的立柱半径，R′=1700， 为吊耳式吊点的纵轴在水平面投影长，S为吊臂长=475，S′为吊臂纵轴投影平面
通过上述数据比较，得出结论：一腿的单斜对其索具长度的影响可以忽略，配扣时可以将单斜的影响忽略。因而柱式的两个吊点在同一水平面，吊点中心为柱式吊臂的中心。从而有：
2.4钩距
主工程船为四行奋进，最大吊高为75m，两个扒杆，四个主钩，起吊最大重量为2600T，单钩起吊最大重量650T，其钩齿距为589mm。
以导管架重心为原点，建立绝对坐标系，则四行奋进钩的钩齿坐标位置即可得到，配扣时还要注意吊机从导管架哪个轴向起吊，它决定着钩的布局，决定两个钩齿坐标。
3.配扣计算
图8为实际的配扣图，如图示：以重心点坐标为原点（0，0），建立平面绝对坐标系X-Y，进而得出四个钩的坐标，以及四个吊点中心的二维坐标。吊机扒杆纵轴朝向Y轴，故L1、L4为连类型二吊点的索具，L2、L3为连接类型一吊点的索具。图中标示了四行奋进单钩钩齿的布局，L1′、L2′、L3′、L4′表示为考虑钩头影响的实际吊扣。
按照两种类型的吊点所对应的索具配置计算原理，利用excel做出计算表格，进而根据实际情况配出工程索具。
上述表1为索具配置计算表，由于导管架偏心，且考虑库存的索具，经过反复尝试，最终只能找到两根满足连接吊柱的钢丝绳索具，而由这两根旧扣长度算出吊高，再接着换算出类型一吊点所连的索具的吊高，从而用对应的计算表格算出两根新扣。公式（24）为核算误差的公式，需满足（±0.25%） 。
4.索具配置结果
由破断荷载可确定钢丝绳直径，最小破断荷载要求：
连吊柱的两根旧扣：（L3′、L2′）
环形扣 192mm×28943mm，
MBL=32410KN>5132×4=20528KN。
环形扣 180mm×28582mm，
MBL=25480>5132×4=20528KN。
连带吊耳式吊点的两根新扣：（L4′、L1′）
钢芯 52×26683，1670Mpa下，MBL=1610>217×4=868KN；
钢芯 52×26630，1670Mpa下，MBL=1610>217×4=868KN。
三、结论
1.对不同形式的结构物配扣，要处理好各影响因素，如吊点形式、平均吊高、立柱的倾斜、吊钩。注意这些影响因素并灵活处理，配扣才能准确，索具配置才能安全。
2.吊耳式吊点及吊柱式吊点连接的索具形式不同，配扣的基本原理一样，但简化模拟的形式不一样。吊耳式吊点连接的索具，一般将耳孔、卡环、吊扣、钩头整体简化成线性；吊柱式吊点连接的索具基本是环形扣，一般将吊柱、吊扣、钩头整体简化成环形。
3.单斜或双斜的导管架，吊点有偏移，灵活处理倾斜影响的偏移坐标及吊高。偏移坐标需要在配扣时考虑，但由于小角度倾斜影响的吊高差一般较小，可以忽略不考虑，简化配扣模型，使得配扣工作简单化。
4.将常见结构物吊装的配扣计算做成excel表格，配扣操作时简易方便。依据实际结构特点，活用excel计算表格，即可在实际工程中快速配出吊装索具，加快工程进度。
参考文献
[1]海洋石油工程安装设计指南.北京：石油工业出版社，1997.
[2]Rules for Planning and Execution of Marine Operation，Det norske Veritas，Oslo，January 1996.
关键词：海洋结构物 吊装索具 配扣计算
针对海洋石油开采的的复杂性特点，各种海洋结构物及相关设备的安装形式多样。海洋结构物安装流程主要有三个过程，分别是装船、运输、海上安装。结构物的装船方式主要有拖拉装船及吊装装船两种，而海上安装作业形式主要有滑移下水（导管架）、吊装（导管架/组块）、浮托法 。
对于海洋结构物整个安装工程中，涉及设备及人员起吊作业的多多，如船舶间的倒驳作业、主工程船上设备就位、作业人员的上下船、插桩作业、打桩作业等等。同时码头装船的工艺流程中，小型导管架、小型组块可以直接用浮吊吊装装船，而组块上相关设备也可用履带吊吊装装船。另外在海上安装作业时，小中型导管架及小中型组块海上安装方式则基本用于吊装。总而言之，对于上述诸多涉及到吊装的作业，吊装索具是整个工程中不可获缺的，故而配置出安全、经济的索具是决定海洋结构物成功安装的关键 。
一、吊装索具的配置分析
首先使用SACS软件结构建模进行起吊分析计算，得出实际结构重心及各吊扣吊绳力，然后 根据计算数据配置合适的索具 。为了节约项目成本，一般优先考虑库存的高效旧扣，如果没有合适的旧扣，则配置采办新扣。索具配置完成后，旧扣需要提前安排做拉力试验，新扣则需及时采购。配扣实际操作时，考虑工期紧张，可先采用详设的起吊分析配扣，但新扣采办前要与安装设计的起吊分析配置的索具比较核实是否在误差范围（ 0.25%） 内。如在误差范围内，则依据详设起吊分析配的扣可以使用，如不在误差范围内，最终依据安装设计起吊分析结果为标准配扣。同时还要准备备用扣，为施工中可能出现的索具问题做准备。
1.配扣原理
不同结构物的（影响配扣的因素各异），但是吊装索具的配扣计算原理都是一样的，为了描述出配扣计算的基本原理，这里选择比较理想的结构物的（长方体）进行建模，实体模拟吊装情况如图1所示。
如图1示，根据详设图纸确定吊点的设计位置，为了计算方便，这里以重心点为原点，建立绝对坐标系（X-Y）。a、b、c、d四点为起重船舶吊机的主钩钩齿重心，扒杆轴向在投影平面为Y正向，L1′、L2′、L3′、L4′为索具L1、L2、L3、L4的水平面投影。
图2中吊耳式吊点配扣原理模拟形式，H为吊高，实际吊高要满足设计吊高要求，而设计吊高要保证每一根索具与水平面的夹角大于60度 。
a、b、c、d（x，y）及吊点坐标（x′，y′）已知。根据如下公式：
计算出L1、L2、L3、L4的平面投影长度，而又已知吊高为H，则索具的长度
图2中吊柱式吊点配扣原理模拟形式，配置的吊扣为环形扣。
H-吊高；Ls-环形吊扣的一部分；La-钩头到吊扣环套吊柱截面中心距离的
水平投影；R-吊柱半径；C-吊柱半周长。配扣计算公式如下：
2.影响配扣的因素
配扣计算时，影响因素很多，大致有如下几个：（1）起重船吊机的钩齿距 （2）导管架的斜度（3）导管架、组块吊点的形式（4）平均吊高。
由结构物起吊形式，选定船舶资源。再据港池水深、码头标高、起重船的吊高、跨距等，确定起重船舶是否满足起吊要求。根据施工方案确认起吊位置。之后进行索具配备，配扣时要处理好各影响因素。
2.1起重船吊机的钩齿距
吊机钩齿距不同，即使用不同的起重船，则a、b、c、d的坐标（图1所示）不同，直接影响着索具配置的长度。起吊方案确定以后，钩齿距即确定了。
吊机有单钩、双钩、四钩形式，不同形式的吊机主钩，其钩心距的选择方式不同，上述图3表示出了钩心距的基本选择方法，进而可在配扣时确定a、b、c、d的坐标。
2.2 导管架腿的倾斜
当结构物固定为导管架时，导管架的形式决定着导管架腿的倾斜方式，由于吊点纵剖面与导管架腿轴面垂直，因而导管架的斜度影响带吊耳形式吊点的斜度，因而在配扣时的索具水平投影面上，吊点的坐标也需要投影到水平面上。根据导管架腿的倾斜可将分为单斜、双斜、垂直三种形式。单斜只在x及y轴其中一轴方向偏斜，双斜则为两轴方向上偏斜，垂直则是两轴都不偏斜。
图4所示，AB为导管架退，整体坐标系X-Y-Z，局部坐标系x-y-z，bc为吊点纵向长，d为c点在水平面上投影，此水平面为吊高末端的平面。如已知到导吊点纵向轴与Y、X的夹角为α、β，导管架与水平面的夹角为γ，S1为水平面，S2为管腿纵轴与吊点纵向轴构成的剖面。由管腿的长度AB及其竖向高度AC，即可得到γ值，从而求得吊点坐标：
2.3 结构物吊点的形式
吊点的形式有带吊耳吊点的及柱式的吊点，一个结构物的吊点可能都是带吊耳的吊点，也可能都是吊柱形式的吊点，也可能是带吊耳的与吊柱形式的混合。带吊耳的吊点依据不同结构物形式也有所不同，组块上、导管架上、吊装框架上及撑杆上的各有区别。柱式吊点也因钢丝绳索具的缠绕方式不同而有所不同，有缠套在主立柱上，有缠套在柱式臂上。
带吊耳的吊点有导管架腿上的与组块上的及单点的三种形式，吊柱式的吊点则有：钢丝绳琵琶头环套在立柱上，钢丝绳琵琶头环套在水平柱上两种形式。
2.4 平均吊高
当结构物的吊点构成一个水平面时，吊点的吊高相同。当结构物的吊点不构成一个水平面时，吊点的吊高不全一样。对于这两种情况，在配扣计算时，要慎重处理。
带吊耳的吊点与吊柱组合，使得带吊耳的吊点与吊柱的竖向平均吊高不同，因而在配口计算时，两种形式的吊点的平均吊高不相同，计算表格中要体现出来。各吊点不在同一个水平面。 二、吊装索具的工程设计
1.实例描述
SZ36-1延伸平台WHPG导管架项目，业主是中海油天津分公司。此导管架为二腿，有一腿在x轴方向倾斜γ。设计四个吊点，二个带吊耳的，二个为吊柱形式，单斜处为两吊柱式吊点。根据详设资料进行如下吊装索具配置。
此导管架起吊重量为4350KN，高36.2m，在青岛中油海海工码头建造，青岛中油海码头水深10m，码头标高5.4m。根据方案设计决定工程船舶选用四行奋进，因而使用四行奋进进行实际配置吊装索具。
此导管架的四个吊点分为两种类型，根据详设图纸得到：类型二为带吊耳的两个吊点，定义为吊点1、吊点2，其最大吊绳力为217KN；类型一为吊柱式吊点，定义为吊点3、吊点4，其最大吊绳力为5132KN。
2.影响配扣的因素及简化模型
2.1平均吊高
由图6所示，四个吊点的平均吊高不同，吊点的类型一及类型二的中心不在同一个水平面内，因而配扣时，特别注意两者的平均吊高。设计要求导管架的吊高要满足 ，根据图5吊点图中的参数，可以核算出结果：柱式吊点（类型一）比带吊耳的吊点（类型二）的平均吊高之间的关系满足 。配扣计算时需要将此因素考虑进去。
2.2吊点形式
类型二为带吊耳的吊点，类型一为柱式吊点，如图5所示。带吊耳的吊点中心在水平面上的二维坐标有偏移，柱式吊点中心取柱式臂的中心，可将两种类型吊点的水平面合成一个，那么即可在这样的平面内分别求出他们的中心二维坐标。这样的平面如图7所示，X-Y平面坐标系中的X轴向平行结构物的1、2轴，Y轴向平行结构物的C轴。
由图7所示，我们可以看出导管架重心位置，以及带吊耳的吊点在水平面的夹角关系，从而可以得出此类型吊点的偏移量，进而得到其吊点坐标。同时根据导管架外形尺寸也可求得柱式吊点中心坐标。
2.3单斜（简化配扣模型）
吊点标识号详见图8，导管架中C1腿为Y轴向单斜，C2腿为竖向垂直。T1为重心到吊点1所在立柱中心距离在x轴的投影长，T2为重心到吊点4所在立柱中心距离在x轴的投影长， 、 为吊扣在x-y坐标系上的投影长度（不考虑钩头的影响），R为吊耳式吊点所连接的立柱半径，R=1200， R′为柱式吊点对应的立柱半径，R′=1700， 为吊耳式吊点的纵轴在水平面投影长，S为吊臂长=475，S′为吊臂纵轴投影平面
通过上述数据比较，得出结论：一腿的单斜对其索具长度的影响可以忽略，配扣时可以将单斜的影响忽略。因而柱式的两个吊点在同一水平面，吊点中心为柱式吊臂的中心。从而有：
2.4钩距
主工程船为四行奋进，最大吊高为75m，两个扒杆，四个主钩，起吊最大重量为2600T，单钩起吊最大重量650T，其钩齿距为589mm。
以导管架重心为原点，建立绝对坐标系，则四行奋进钩的钩齿坐标位置即可得到，配扣时还要注意吊机从导管架哪个轴向起吊，它决定着钩的布局，决定两个钩齿坐标。
3.配扣计算
图8为实际的配扣图，如图示：以重心点坐标为原点（0，0），建立平面绝对坐标系X-Y，进而得出四个钩的坐标，以及四个吊点中心的二维坐标。吊机扒杆纵轴朝向Y轴，故L1、L4为连类型二吊点的索具，L2、L3为连接类型一吊点的索具。图中标示了四行奋进单钩钩齿的布局，L1′、L2′、L3′、L4′表示为考虑钩头影响的实际吊扣。
按照两种类型的吊点所对应的索具配置计算原理，利用excel做出计算表格，进而根据实际情况配出工程索具。
上述表1为索具配置计算表，由于导管架偏心，且考虑库存的索具，经过反复尝试，最终只能找到两根满足连接吊柱的钢丝绳索具，而由这两根旧扣长度算出吊高，再接着换算出类型一吊点所连的索具的吊高，从而用对应的计算表格算出两根新扣。公式（24）为核算误差的公式，需满足（±0.25%） 。
4.索具配置结果
由破断荷载可确定钢丝绳直径，最小破断荷载要求：
连吊柱的两根旧扣：（L3′、L2′）
环形扣 192mm×28943mm，
MBL=32410KN>5132×4=20528KN。
环形扣 180mm×28582mm，
MBL=25480>5132×4=20528KN。
连带吊耳式吊点的两根新扣：（L4′、L1′）
钢芯 52×26683，1670Mpa下，MBL=1610>217×4=868KN；
钢芯 52×26630，1670Mpa下，MBL=1610>217×4=868KN。
三、结论
1.对不同形式的结构物配扣，要处理好各影响因素，如吊点形式、平均吊高、立柱的倾斜、吊钩。注意这些影响因素并灵活处理，配扣才能准确，索具配置才能安全。
2.吊耳式吊点及吊柱式吊点连接的索具形式不同，配扣的基本原理一样，但简化模拟的形式不一样。吊耳式吊点连接的索具，一般将耳孔、卡环、吊扣、钩头整体简化成线性；吊柱式吊点连接的索具基本是环形扣，一般将吊柱、吊扣、钩头整体简化成环形。
3.单斜或双斜的导管架，吊点有偏移，灵活处理倾斜影响的偏移坐标及吊高。偏移坐标需要在配扣时考虑，但由于小角度倾斜影响的吊高差一般较小，可以忽略不考虑，简化配扣模型，使得配扣工作简单化。
4.将常见结构物吊装的配扣计算做成excel表格，配扣操作时简易方便。依据实际结构特点，活用excel计算表格，即可在实际工程中快速配出吊装索具，加快工程进度。
参考文献
[1]海洋石油工程安装设计指南.北京：石油工业出版社，1997.
[2]Rules for Planning and Execution of Marine Operation，Det norske Veritas，Oslo，January 1996.