油气管道站场建筑工程的工业化与信息化探索.pdf

石油天然 气学报 江汉石 油学 院学报2 0 1 4 年 8 月 第3 6 卷 第 8 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I A u g ． 2 0 1 4 V o 1 ． 3 6 N o ． 8 油气 管道站场 建筑 工程 的工业化 与信 息化探索 赵海 峰 中国 石油 天然气管 道局国际 事业部， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 陈弱 ，张帆 中国 石油 天然气管 道工 程有限 公司， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 [ 摘要] 管道站场建筑工程为例 阐述 了标准化、模 块化、工业化 与信 息化的概念 及实际应用情况 。建筑 设计的标 准化、模块 化是 实现 工程建设 工业 化的技术基 础；信息 化则是将 现代科技和 管理模 式 融合 到工 业化进程 中，使 设计、制造、施工 、采 办、运维 等各方面共 享数 字化移交成果 ，实现工 程建设 全过 程 的 可视化协作和动态管理。 [ 关键词]标准化 ；模块化 ；工业化 ；信息化；站场建 筑 [ 中图分类号]T E 9 7 8 [ 文献标志码]A [ 文章编号]1 0 0 09 7 5 2 2 0 1 4 0 8 0 3 1 8 0 5 长距离石油天然气管道运输行业是我 国继公路 、铁路 、航运、海运之后的第五大运输行业 ，它的主 要作用是将石油 、天然气通过管道从油气 田输送到客户端 。为保障输送介质能安全、平稳 、高效地完成 输 送任 务 ，在 长输管 道 的首末端 及 中间 每 隔一 定 距 离要 设 置 油 气 管 道站 场 ，对 输 送 介质 进 行 收 集 、计 量 、净化 、储运 等方 面 处理 。 油气管道站场主要由综合值班室、生产厂房、辅助生产用房 、工艺设备区组成。由于各条管线的距 离较长 ，虽然每个站的建筑工程量不大 ，但各条管线的建筑工程总量较大。又由于实行 区域化管理且建 管分 离 ，加之 施工 工期 紧张 ，随 之而来 的工程 建设 问题 逐渐 突显 出来 。 比如 各条管 线 的站场 建筑形 式百 花齐 放 ，建设 标准 参差 不齐 ，前期 方案论 证 各持 己见 、久议 不决 ，施工 质量 难 以把 控等 ，严重 制 约 了管 道建 设 的质量 和速 度 。 为了适应快速发展的建设需求，实现长输油气管道工程建设的工业化和信息化，中国石油天然气股 份公司 自 2 0 0 8年首先启动了 “ 三化设计”工作 ，即标准化 、模块化 、信息化 ，建立 了标准体系 ，编制 了标 准 图集 和技术 规定 。其 中 ，站场建 筑及 总 图的标 准化设 计和 建造 在长输 管道 工程 建设 中发挥 了重要 作用 ，为今后 管道 工程 建设 全面 实现工 业化 和信 息化 奠定 了基础 。 1 站场建筑的特点 油气管道 由于输送介质的性质不同 天然气 、原油 、成品油等 ，相应的工艺流程及配套设施也不 尽相同。油气管道长距离输送的性质决定了管道站场建筑的规模和性质 ，而站场所处地理位置 、气象条 件 、地域文化等决定了站场建筑的特点。其主要特点归纳如下 。 1 类型 多但 功能单 一且 可重 复利 用 站 场建 筑 主要 分为 2大类 办 公 性建 筑 和 生产 性 建 筑 。办公 性建筑主要有 综 合 值班 室 及倒 班 宿 舍 ；生 产性 建 筑 主 要有 压 缩 机 厂房 、压 缩 机 备件 库 、变 电所 1 1 0 k V、3 5 k V／ 1 0 k V 、变频设备间、综合设备间、输油泵房 、消 防泵房等。每个 建筑单体规模不大 ， 但 沿 管线 每隔 约 l O O k m 就需 建站 ，所 以 ，建筑工 程 总量大 且可重 复利 用率 高 。 2 涉及专业 多且安全要求高站场建筑涉及到的专业较多 ，有工艺、总图 、建筑 、结构、给排水 、 消防、暖通、电力 、通信 、仪表、热工 、防腐等。建筑预留洞多、管线交叉复杂、设计和施工协调工作 量大 ，而 且部 分设 备和功 能 房问有 易燃 易爆 的危 险 。建 筑 的模 块 、配 件及 部 件 如何 定 义 、划 分 、组 合 、 重复利 用 成 为标 准化 首 先要考 虑 的问题 。 [ 收稿日期 ]2 0 1 40 71 0 [ 作者 简介]赵海峰 I 9 6 2一 ，男，1 9 8 1 年大学毕业 ，工程师 ，现主要从 事国际市场开发方面的研 究工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 6 卷 第 8期 赵海峰 等 油气 管道 站场建筑工程 的工业化与信 息化探索 3 地域 跨 度 大适应 性要 求 高 仅 以西 气 东输 二 线 管道 工 程为 例 ，干线 总 里程 约 8 0 0 0多 k m，途 经 多种气候及恶劣 自然环境地区。站场位置既有位于内陆平原 、黄土高坡及山区，又有的位于沿海及湿地 区域 。复杂的 自然条件对建筑标准化设计提出了较高的适应性要求 。 4 依托条件差 ，个性化要求多 站场不可避免地要设置在社会依托条件较差、人员较稀少的偏僻 地 区 ，甚 至 有些 站场 没有 水 源 、电源 。另 外 ，有些 地 方用 地 紧张或 有效 用地 范 围有 限 ，需 要考 虑集 约化 建设 以及施工条件差等的问题 。因此 ，特殊的依托条件和工作性质产生了特殊的管理模式 ，直接影响到 建筑 功 能 的布局 和建 筑形 象 ，建 筑 的通用 性 与个性 成 为标 准化 要考 虑 的重点 问题 。 2 标准化与模块化 2 ． 1 建 筑标 准化 与模 块 化 的概 念 建筑 模块 化 是近 十多 年来 工程 建 设 向工 业 化 发 展 中需 面 临一 个 新 课 题 。模 块 化 是 标 准化 的一 种 方 式，是解决复杂系统类型多变 、功能多变的标准化高级形式 ，是现代标准化的重要标志，同时 ，也是对 建筑业传统设计和建造方式的一次改革。它受其它制造行业的启发 ，将建筑物作为一个能够标准化的设 计 、丁业化批量生产的产 品。对其进行功能模块划分 、部件拆分组合、模块系统集成升级 、材料重复利 用 与再生 。 建筑模 块化更 注重 的是模 块 系统 、部件 和建筑材 料这 3 者 之问 的关 系 以及设 计 、建造原 则 。建筑 模块 化解 决的是建 构规律 、标 准化 的设 计和施 工 、模块 的拆分组 合 、模块 的依赖 性及 交互 作用 、模 块 的空间构 成与结构体系的关系等基本问题 ，以及如何转化成模块化建筑或具有模块化建筑功能空问的建筑产品。 窗 结构模块 门 拆分 组 合 基 基 辅 太 本 助 模 模 模 块 块 块 基 基 辅 本 本 助 模 模 模 块 块 块 组合模块 基 辅 本 助 模 模 块 块 基 基 太 本 模 模 块 块 。 图 1 建 筑 模 块 组 合 概 念 示 意 图 2 ． 2 站 场建筑 模 块划 分与 定 义 ． 站场建筑模块化设计是实现工业化的必要条件 ，其主要思路为 首先 ，将站场建筑单体按照功能划 分为办公性建筑模块和生产性建筑模块 2大类 ；第二，按建筑单体性质进行二级模块 的划分并形 成系 列；第 三，进行房间模块的细分。另外 ，建筑的部件按其属性进行结构模块的划分 。模块化设计遵循的 基本原则为以少变应对多变 ，以简单应对复杂 ，以集成应对分散 。图 1为建筑模块组合概念 的示意 图， 它是系统构成的基本要素 ，具有可分 、可合 、可互换、可重复的模块特点 。 站 场建 筑模 块 的划分 与定 义是 模 块化设 计 的第 一步 ，根据建 筑 的使用 性质 及功 能将 模块 分为上 述 的 三级 ，在每一级中又将其系列化。一 、二级模块属于功能模块 ，能独立完成某种使用要求；三级模块属 于结构模块 ，它具有特定的功能 ，但不能单独使用 ，必须与其它的模块组合 ，共 同完成某种使用要求 。 油气 管 道站 场建 筑模 块库 构成 的框 架 示意 如 图 2所 示 ，其 中三级 模 块 中还 可 以 继续 进 行 子 系统 的划 分 ， 比如门窗、天花 、墙面及地面等系列 。 2 ． 3办公 性建筑 的 模块 化设 计 综合值班室为办公性建筑 ，按人员规模将二级模块划分为 5 、1 0 、1 6 、2 5 、3 4 、4 6人等综合值班 室 ；按房间尺寸进行三级模块 的划分 ，基本模块为 7 ． 2 m3 ． 9 m 长 宽 ，辅助模块为 7 ． 2 m5 ． 4 m、 7 ． 2 m6 ． 6 m、 7 ． 2 m7 ． 2 m等。一栋综合值班室建筑，其基本模块所 占比例为 7 5 以上，保证 了标准 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 油 气管道 工程 2 0 1 4 年 8月 油气站场建筑模块库框架 l 维抢 修建筑 办公 性建筑 J } 办公 性建筑 1 综 合 值 班 室 I l 维 抢 修 综 合 楼 I 5 人单层 I I 1 0 人单层 l l 1 6 人单层 I l 1 6 人二层 l } 2 5 人二层 I I 3 4 人二层 l I 厶三星 l I 厶三屋 J I-J 3 1 I l 门 卫 ． I 生产性建筑 l 维抢修厂房 I l 设备库房 I I 维抢修车库I 一级 模块 L 尺寸标准化 三级模块 l 宣盒I， 、 匝圈耋 i l 匾屋 I I会议量 一 j 匡 圃 獭] i 厂 ； 圈 2油气管道站场建筑模块库框 架示意 图 化 的统 一性 、通用 性 ，同时兼 顾 可变性 。 在 基本 模块 的基 础 上 ，进 行 建 筑 部 件 以 及 建 筑 材 料 结 构 模 块 子 系统 的 划 分 。例 如 ， 窗 户 尺 寸 为 1 ． 5 m1 ． 5 m、 1 ． 5 m1 ． 8 m 等 ； 门的尺 寸为 1 ． 0 m2 ． 1 I T I 、1 ． 2 m2 ． 1 r l l 等 ；天花 的材 料 尺寸 为0 ． 6 mx 0 ． 6 m、0 ． 3 m0 ． 3 m；地 砖 尺 寸 为 0 ． 6 m0 ． 6 m、0 ． 3 m0 ． 3 m 等 。将 所 有 的结 构 模 块 按 照 尺 寸 、材 质 、颜色 等进 行标 准化 设计 ，模 块 化 组 合 ，形 成 最 终 的 建 筑 产 品 。综 合值 班 室 建 筑模 块 化 设 计产 品 如 图 3 所 示 。 图 3综合值班室建筑模块化设计 产品图 首层平面 2 ． 4生产 性建 筑 的模块 化 设计 生产性 建 筑 的二级 模块 有压 缩机 厂 房 、变 电所 、综合 设备 间等 。其 中 ，按规 模或功 能进 行二 级模块 的系列划分，例如，l l O 、3 5 、1 0 k V变电所系列 ，带化验室 、带 消防泵房或空压机房的综合设备间系 列等 。 一 一 一 一 一 一 一 ～ 一 一 一 一 一 一 餮 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 6 卷 第 8期 赵海峰 等 油气管道站场建筑 工程 的工业化与信息化探索 ⑩ ④ 图 4综合设备间建筑模块化设 计产品图 平面图 ⑩ 各 二级 模块 的基本 模块 根据 其 重要性 和安全 性确 定 ，例 如 ，在综 合设 备 问系 列模块 的设 计 『 f ] ，将 机 柜 、UP S问 和 具 问作 为基 本模块 l ；高 、低压 变 配 电机和 发 电机 问作 为基本 模 块 2 。首 先 依据 安 全 性 要 求确 定 基 本模块 的位 置 ，而后根 据 功能 关 系布置 其他 辅助 模块 。仍 在 基本模 块 的基础 I I 』 一 - ，进行 建筑 部件 以及建筑材料结构模块的划分与组合。综合设备 间建筑模块化设计产品如同 4所示。 上 述模 块 的划 分均 考虑 到模 块 可分 、可 合 、可重 复 的特 点 ，同时 ，结 合现代 模块 的理 念 ，增强 了模 块 的交 互性 、减 少 彼此 的依 赖性 ，使模块 可 独立 发 展 、创新 。 3 工业化 与信 息化 3 ． 1 建筑 工业 化 与信 息化 的概 念 建筑 l丁业 化是 指采 用 大_T业 的生产 方式 替 代传 统 的粗放 式建 设方 式 ，“ 制造 ” 而不 是 “ 建造” 建筑 。 在 建 筑_丁业化 体 系 巾 ，把 不 同类型 的建 筑 作 为 工 业 产 品 ，分 别 采 用统 一 的结 构 形式 和 成套 的标 准 构 配 件 ，采用 先进 的 工艺 ，按 专业 分工 ，使 大 部分 构件集 中在 T 厂批 量 生 产 ，使 少 部分 在 现 场机 械 化 预制 ， 然后进行施工安装 。使建筑业从分散落后的手工业生产方式逐渐转变到现代大工业生产的轨道上来 。 建筑 信息 化是 利用 建筑 信 息模 型 B I M b u i l d i n g i n f o r ma t i o n mo d e l i n g 对 建筑 产 品 从设 计 、施 T 、 使 川 直至 寿命 终结 进行 全 周期 的数 字化 管理 。应 用 B I M 参数 化 建模 技 术 ，从 整 体 建筑 模 型 、部 件 到 没 备管 网 的定位 、截面 尺寸 、材 料属 性 、概 预算 等全 部都 具有 可 控 的数 字信 息 ，使所 有 的丁作 文件 和 图纸 可 即时检 查修 改 ，相关 专 业协 同工 作 ，建筑 产 品成 果 可 以追 溯 ，而且 使 项 目各 方 能够实 现 T程建设 进 程 的 f 1 『 视化协作及动态管理 ，为建筑工程工业化提供更加可靠 的科学依据。 3 ． 2站 场建 筑 的工 业化 站场 建筑 工 业化 的 主要 内容包 括 建筑 结构 体 系及 建设 标准 的确 定 、构配 件及 部件 生产 的 T _ 业化 、物 料配 送 的现 代化 、建 筑施 工 的机械 化 、组 织管 理 的科 学化 等 。 1 建筑结构体 系 站场建筑结 构体 系的确定 主要考虑其建筑使用功能 、地基基础 、结构承载力、 现场 依托 条件 及 施T 技术 水平 等 因素 。规模 较 大 的生 产性 厂房 、厂 棚 、设备 问 、库房等 采用 钢结 构 ． 占 总 建筑 工程量 的 8 0 左 右 ；规模 较 小 或 荷 载较 小 的建 筑 采用 钢 结 构 或轻 钢 结 构 ， 比如移 动 料棚 、阀 事 设 备问 、阀组 间防护 罩 等 ；办公性 建 筑采 用钢 筋混 凝 土结 构 。 2 工程 建设标 准 首先 要严 格执 行 上述 标准 化 和模 块 化设 计 原 则及 标 准 ；其 次 是 建筑 构 配件 及 部 件 的设 计 和选用 执 行 。 目前 ，已经建 立 的站场 建筑 工 程建 设标 准有 站 场 建筑及 总 图标准 图集 、 站 场 建筑室 内装修标准罔集 、 站场建筑给排水标准图集 、 站场建筑暖通标准图集 、 站场建筑电力标准 图集 等 。该 系列 标准 图集 中给 出 了应遵 循 的设计 依 据 、设计 原则 、技 术规 定及 通用 网等 。 3 构配件及部件的生产工业化 站场钢结构建筑构配件在T厂制作 ，现场安装 ，采用螺栓连接 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 油 气管道 工程 2 0 1 4年 8月 减少 现场 焊接 的作业 量 ，其主要 的建 筑构 配件有 钢 梁 、钢 柱 、钢节点 等 。站场建 筑 内部 的部 件及 设备 系 统采 用标 准构 件 ，避 免使 用非标 构件 。其 主要 的部件 有 门窗 、厨 卫设 施 、空调机 、灯 具 、配电箱 、墙 面 及地 面 的装 修 材料等 ，设 备系统 主要 有给 排水 、消 防 、暖通 、强弱 电及安监 系统 等 。 4 物料配送的现代化长输油气管道工程是以线路管道与沿途站场为主要内容 的建设工程，其物 资配送有着不同于一般物流管理的特点 ，点多线长 ，且交通不便。经过多年实践积累，总结 出符合长输 管道物资配送特点的运作模式 ，从采购、仓储 、加工、运输等各个环节 ，到机构设置 、计划编制 、成本 控制 等各 个方 面紧 密联 系 ，有 效地 降低 了库存 浪费 。 5 建筑施工机械化工厂生产的建筑构配件和设备到达施工现场后，由专 门的机械化班组进行安装 。用施 工机械取代繁重的手工作业 ， 提高了劳动生产率，确保了工程质量。特别是对于边远地区、环境恶劣地区的站 场，建筑施工机械化不仅有效地解决了用工成本较高的问题，更保证了现场安装的精准性。目前，站场钢结构建 筑全部实现了施工机械化；钢筋混凝土建筑出于综合成本的考虑，部分实现了施工机械化。 6 组 织管理 科 学化站 场 建 筑 的工 业 化 生 产过 程 是 一 项完 整 的 系 统工 程 ，从 设 计 、制 造 、施 工 、 采购到现场安装等各个环节彼此关联。信息化技术 B I M 模型的应用为实现管理科学化搭建了平台 ，可 以利用虚拟模型在现场对工人进行 岗前技术培训和安全教育 ，即时监控现场的工作情况 ，安排施工进度 及采办计划 ，优化资源配置等，将信息化技术融合到站场建筑工程的工业化进程中。 3 ． 3站场建 筑 的信息 化 站 场建 筑信 息化 的核心 是 B I M 模 型 的建 立 。B I M 技术 的设计 对象 是 以参 数 化 的构 件为 基 本 要素 而 不是线 条 。因此 ，首先 需要 在站 场建 筑三级 模块 功 能房 间 模块 的基础 上 再进 行 子 系统 模 块 的细 分 。 以梁、板、柱、门、窗、栏杆、扶手 、设备 、家具及灯具等为基本元素形成标准族库；第二步搭建功能 房间模 块并 赋 以材料属 性 ，进行 家具及 灯具 等 的布置 ；第三 步运用 功 能房 间模块形 成并 完善建 筑单 体模 块 二 级模 块 ；第 四步 布置设 备及管 网并 进行碰 撞检 查 。 由于应用了 B I M 参数化建模技术 ，可以在项 目前期的决策阶段对整体项 目进行预先的测算和评估 ， 以此提 高设计和施工本 身的质量和效率 ，更重要 的是为 E P C e n g i n e e r i n g 、p r o c u r e me n t 、c o n s t r u e t i o n ，设计 、采购、施工项 目管理及后续 的运维管理提供了科学 的依据和现代化的手段 。基 于 B I M 技术的站场建筑产品工作流程框架如图 5 所示 ，从 图中可以看出，B I M 模型作为一个共享的知识资源 ， 可以有效地记载站场建筑设计、招投标 、采办、施工及运营管理等各个阶段的信息 ，随时进行信息的插 入 、提 取 、修改 、存储 ，实现建 筑产 品数 字化管 理 。 图 5基 于 B I M 技 术 的 站 场 建 筑 产 品 工 作 流 程 框 架 图 下转 第 3 2 6页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 油 气管道 工程 2 0 1 4年 8月 根据现场的 的荷 载情 况进行 计算 ，设备 主要 参数 如下 上下 部简体 采用 1 6 8 ． 3 mm7 ． 1 I m， 2 1 9 ． 1 mm9 ． 0 4 m，A1 0 5 Gr ． B钢管 ，底座 采用 2 2 mm 厚 单层 层 基础 环加 筋板 ，并 配 8个 2 0 mm 地 脚螺 栓 ，经核 算设 备完 全满 足工 况要求 。 3 结构特点 同传 统 的拉 索式结 构相 比，该工 程通 信立杆 有 如下特 点 1 占地面积明显减少。采用拉索式结构 ，受到拉索张角的规范限制 ，占地普遍较大 ，而采用 自支 撑结构的通信立杆 ，占地面积普遍减少 ] ／ 2以上 ，较大的节省了工程征地。 2 结构简单 ，便于安装 。取消了拉索结构 ，通信立杆本身仅 由立杆简体、基础座及接管法兰等零 部件 组成 。不 需要 预制 和预埋 土 建锚 固墩 ，减少 了现场安 装 的土建工 作量 。 3 采用法 兰 连接 ，减少 了现 场焊 接工 作量 ，节 省施工 工期 。 4 自支撑通信立杆取消了拉索结构，虽然筒体壁厚有一定增加 ，但 由于取消了拉索式结构，设备 费 与以往 相 比反而 减少 。 5 自支撑通信立杆 ，采用法兰连接形式，给设备运输和加工带来很大方便 。 4 结语 泰缅项 目工程通信立杆安装在山上 ，传统的拉索式结构和塔架式结构都会大大增加项 目成本 ，该工 程采用 自支撑方式不但降低了立杆 的施工难度，又节省项 目的成本 ，为后续的国外工程设计提供了宝贵 的借 鉴经 验 。 [ 参考 文献] [ 1 ]Un i f o r m b u i l d i n g c o d e E s ]． 2 ]Mi n i mu m De s i g n L o a d s f o r b u i l d i n g s a n d o t h e r s t r u c t u r e s E s ]． E 3 3 S p e c i f i c a t i o n f o r s t r u c t u r a l s t e e l b u i l d i n g s ，ANS I ／ AI S C[ s ]． [ 编辑] 苏开科 上接 第 3 2 2页 4结语 全面 实现 长输 油气 管道 站场建 筑 的工业 化与 信息 化任重 道 远 ，而 且 随着科 学技术 的发展会 不 断 出现 新 的问题 。因此，今后一段时间的工作重点应为继续建立并完善站场建筑建设工业化体系和标准 ，将绿 色建筑和智能化建筑技术植入到建筑模块 中，加强信息化与施 工管理及 E P C项 目管理 的深度融合 ，借 助工业化和信息化的平台加速实现长输油气管道站场全生命周期管理 的终极 目标。 [ 编辑] 邓磊 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m