海外油气输送管道站场装配式钢结构优势分析.pdf

.-1122023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备海外油气输送管道站场装式钢结构优势分析王汉文刘哲?李兵兵张平2（1 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）(2中油国际管道有限公司，北京，1 0 0 0 2 9)摘要】近年来，装配式钢结构因其施工便捷、绿色环保、产品质量高、可缩短工期的特点而逐渐受到建筑业的青睐。对于油气输送管道站场，尤其是所处高烈度地区的输油气站场工程而言，发展和应用装配式钢结构技术有助于解决施工过程社会依托差、建筑材料匮乏、施工工期和质量控制难度大、现场施工管理及劳务配备等系列问题，同时也符合我国建筑工业化的发展趋势和节能减排和大力推广钢结构建筑的基本理念，在海外项目中研究、推广应用装配式钢结构建筑有利于我国技术标准和建筑产业发展和布局中亚地区市场。基于此，本文结合中亚地区油气输送管道站场建筑现状调研结果，对装配式钢结构的优势进行分析，对促进装配式钢结构建筑在海外项目的应用具有十分重要的意义。【关键词】装配式钢结构；中亚地区；油气站场；优势引言装配式钢结构建筑体系在国内外项目中的应用越来越广泛1-4。近年来，国家大力发展装配式建筑，发展装配式建筑已经上升到我国的基本国策，这要求我们大力发展装配式钢结构，完善部品部件标准，实现建筑部品部件产业化生产，鼓励建筑企业装配式施工，建设国家级装配式建筑生产基地5 。根据国家与各省市政府提出的发展目标，中石油集团公司提出“五化”要求，提升站场工程的装配化程度，响应国家政策，于站场工程建设中发展绿色建筑，实现节能减排的目标。研究适合油气站场工程的“工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用”的装配式建造技术6 7 ，可以为油气输送管道工程的全面数字化、全生命周期管理和智慧管道奠定基础，也有助于实现土建工程产品化，达到提质增效的目的，同时可有效避免油气站场分布地域广、社会依托差，受制于施工水平、材料供应、分包管理、环境保护和季节性气候等不利影响1中亚地区气象地质情况及现状1.1中亚地区气象地质情况中亚地区一般指哈萨克斯坦，乌兹别克斯坦，塔吉克斯坦等五个国家8 ，气候属大陆性气候，高山区随海拔高度增加大陆性气候加剧，其中塔吉克斯坦大部分地区地震设防烈度9 度（0.4g）以上。同时南北温差较大，1 月平均气温为零下9 至2.3；7 月平均气温为2 0 至31.4。年降水量为3 0 0 mm至9 0 0 mm，且年内各季节降水极不均匀。3、4月为主要降雨季节，7 月至9月为旱季。通常1 0 或1 1 月开始降雪，第二年2 月或3 月终止。平原区一般不会形成持续积雪，高山区每年有8 0 至9 0 天积雪期，年最大降雪1 1 8 cm，冻土深度在8 0 cm，主要集中在高山区。塔吉克斯坦气象要素见表1。表1 塔吉克斯坦气象要素表年平均降降水集中1 月平均7 月平均月平均风极端风速最大积雪厚气象站海观测站名称主要风向水量（mm）季节气温（）气温（）速(m/s)(m/s)度(cm)拔高度(m)KIHMaT584春、冬-1.126.6西、东1.01.92522768capCKaA西、东25（2 0 年810（河谷杜尚别653春、冬2.327.11.01.918东北一遇）平原）作者简介：王汉文（1 9 9 7-），男，硕士，助理工程师，目前主要从事结构设计工作。113-第1 0 期王汉文等海外油气辅冈结构优势分析36（2 0 年1215（河谷a3a6a841春、冬0.425.5东北1.66.726一遇）平原）24.6（81258（河HyPOBA884春、冬-3.0北、东北0.81.990月份）谷）23.5（81316（河PAIIT741春、冬-3.5东1.93.62492月份）谷）20.0（82000（山JIAXIII416春、冬-9.095月份）坡）管道沿线地质构造活动强烈，出露地层较多，西天山南部和塔吉克盆地的北东部，新构造运动以强烈的地壳缩短为主，表现为大面积的间歇性构造隆升，以发育多期夷平面和河流阶地为特征。综上所述，中亚地区地质情况复杂，气象条件不稳定，这会对油气管道站场的施工建设造成非常不利的影响，而海外项目中现浇框架结构施工具有施工周期长，养护、质量控制难度大的特点，所以发展以功能模块化，建筑设计标准化为基础的装配式钢结构建筑，可提升施工质量、降低施工难度、极大的缩短现场施工工期，对海外油气输送管道站场的建设十分有利。1.2中亚地区站场建筑现状中亚A、B、C线建成后，由于前期标准化设计不完善，不同承包商建设的建筑形态和质量存在较大差异，如图1(a)-(d)所示。图(a)与图(b)为压缩机厂房现场实施效果现场对比图，图(c)与图(d)为其它辅助用房现场对比图。在以往项目的建设过程中，中亚地区管道沿线社会依托差、站场分布区域广，建设过程受现场施工技术水平、材料供应、劳务配比和其它不可控因素的影响极大。同时土建施工期间现场人数多，水电用量大，产生的建筑和生活垃圾也较多。传统湿作业施工的弊端日益显露。在未来中亚地区的油气站场建设中，应统一建筑标准，提升施工品质，力求建筑的标准化，通过建筑标准化研究，实现站场建筑因地制宜，站场建筑在满足使用功能的基础上做到建筑能涵盖建筑艺术、企业文化、人文关怀、提升企业形象的目标。为达成此目标，以功能模块为基础，研究中亚地区建筑标准和装修标准、全面推广装配式建筑势在必行。(a)压缩机厂房（一)(b)压缩机厂房（二)(c）辅助用房（一）(d)辅助用房（二)图1 现状对比图2023年第2 6 卷114-维修改造石油和化工设备2国内油气管道站装配式建筑现状已建中亚项目的实施过程中，由于其项目穿越范围广、施工难度大、施工周期长，传统的施工作业方式已很难满足建筑工业化要求，采用装配式钢结构建筑可有效解决中亚地区建材供应紧缺的问题，并达成缩短现场施工周期、降低工程建设风险的目标，通过选择合适的内装部品和装配式内装，有效提升建筑品质。同时，预制装配化的施工工法也在中亚地区更被接受，也更适合中亚地区承包商的施工习惯，符合我国一路一带的基本国策，有利于我国建筑产品走出去，布局海外市场，也符合我国技术标准和产能输出的要求。通过几年的不断研究和推广，国内油气输送管道站场的装配式建筑体系和标准已经基本成型，并在中俄济南西站、西三中以及某高原管道项目中进行了推广应用，建筑品质良好，极大的缩短了现场工期，降低了现场管理难度。其在济南西站、西三中的装配式建筑效果如图2(a)-(b)所示。口(a)济南西(b)西三中图2 国内油气输送管道站场装配式建筑效果3装配式钢结构在油气站场中的优势分析通过对以往项目的对比分析，可以发现装配式钢结构建筑无疑是最适合于工厂预制现场装配的一种结构形式。相比装配式混凝土结构建筑，钢结构建筑具有绿色环保、减少现场湿作业工程量的特点，有助于减少建筑垃圾及粉尘等有害物质的产生，符合可持续化发展的方针9-1 1 。采用装配式钢结构建筑也可带动钢材冶炼、制造等产业的共同发展，提高装配式结构的建设水平，促进经济增长的同时实现提质增效1 2 。所以对于油气站场建设而言，在综合考虑施工质量控制、运输和安装难度等因素后，装配式钢结构是最优选择。依据已建油气输送管道站场的实际情况，笔者认为装配式钢结构在油气站场建设中的优势如下：3.1模块化、标准化3.1.1建筑功能模块化通过对油气输送管道站场建筑的功能分析，确定基本的功能模块，通过功能模块组合或功能组团实现建筑功能需求，在油气输送行业建筑功能模块化的基础上，采用装配式钢结构，可使建筑部品部件实现规模化生产，达到通用性和互换性的目的，实现算短项目实施周期，提高施工质量和效率，综合降低建造成本的目的。3.1.2建筑设计标准化在建筑功能模块化的基础上，构件按标准化建筑设计，并采用装配式钢结构体系，达到建筑构配件的工厂标准化生产加工以节约工期的目标，满足节能减排的要求。同时工厂化预制部品外观优美、质量可靠，各站按统一标准进行采购，现场安装，可实现从功能到风格，从外观到细节处理的协调统一。3.1.3建筑产品集成化根据建筑功能模块化分析和建筑标准化设计，有序组合核心模块和辅助模块，构建出各区域内满足生活和生产需要的工作空间，创建出可组合、可复制、可生长的功能组织，达到功能完善，动线合理，兼顾私密的建筑功能空间，同时，在此基础上对各部品进行集成化设计，提升装配式建筑部品质量和现场安装速度。115第1 0 期王汉文等海外油气输送管道站场装配式钢结构优势分析3.2数字化钢结构体系与BIM技术相融合，对钢结构构件和“三板”材料赋予属性，通过协同平台，加强构件工厂与装配式设计和工程项目现场之间的协同管理1 3 ，实现不同订单、不同产品、不同工厂、不同物料之间的协同生产，从而降低库存和成本，提高效率和应变能力，减少人为操作失误和提高工程品质。从全寿命周期角度来看，采用装配式钢结构更易于建立项目的设计、生产、运输、施工、装修、运维和拆除等多阶段的信息共享模型，实现流水线“智造”加装配化施工，从而使设计、生产和施工周期的大幅缩减，带来运营维护、更新改造效率的提高，在延长建筑寿命的同时，能提高各阶段工作效率。3.3提升工程质量中亚地区劳动力人口短缺，劳务许可办理制约因素多，传统的现浇混凝土结构施工和养护对当地承包商来说，实施存在一定的困难，建筑工期和品质较难保障。而采用装配式钢结构建筑，可实现工厂化生产、装配化施工、一体化装修，提高工程项目建管运营水平、缩短现场施工工期。工厂化制造的建筑构件和部品，保证建筑品质的同时，极大的降低现场工作量，减少现场用工人数，可有效降低工程建设风险，采用预制部品现场安装的施工习惯符合项目所在地区承包商或分包商的施工习惯，有利于控制施工进度和施工质量。3.4减少施工工期在施工组织安排上，装配式建筑工厂预制可与现场土建三通一平（土方工程）同步施工，不受现场气候环境（冬季施工和雨雪影响）、不受地方性材料供应紧缺的影响，具体实施过程中可根据工程项目进度要求灵活安排建筑现场装配时间。根据国内近年来示范项目的统计数据，装配式钢结构建筑较传统建筑可节约3 0%至5 0%的建设周期1 4。对于油气站场而言，装配式钢结构相较于传统结构的施工工期减少量同样可观，依据已建项目统计，油气站场中装配式综合值班室的施工周期为5 9 天，装配式变电所的施工周期为5 3天，而传统现浇综合设备间及空压机房的施工周期为3 3 8 天，可见装配式建筑所提升的施工效率是十分可观的。3.5材料性能强钢结构自重轻，同等体量的建筑采用钢结构比采用混凝土结构自重轻3 0%至5 0%，这就大大降低了基础工程的造价。同时相较于混凝土结构，钢结构施工周期短，工业化程度高，施工现场产生的粉尘、扬沙减少，更加满足绿色环保的要求。钢结构另一大优势为抗震性能好，更适合在高烈度区或地震频发的地区应用。因其具有良好的延性，所以在地震作用下，钢结构可以更好地吸收耗散地震产生的能量。并且装配式钢结构也可便于在震后拆卸、更换，减少建材消耗与建筑垃圾的产生，进一步提升经济效益。3.6装配率高装配率指在单体建筑室外地坪以上的主体结构、围护墙和内隔墙、装修和设备管线等采用预制部品部件的综合比例。装配式建筑评价标准1 5 中规定了当装配率为6 0%至7 5%时，评价为A级装配式建筑；装配率为7 6%至9 0%时，评价为AA级装配式建筑；装配率为9 1%及以上时，评价为AAA级装配式建筑。对于油气站场中的单体建筑而言，笔者结合评价指标对装配式综合值班室、综合设备间以及变电所进行评价，结果见表2。从表中结果可以发现，除综合楼以外，其余单体建筑装配率评价均可达到AAA级，这也充分体现了装配式钢结构的优势所在。表2 油气站场单体建筑装配率评价表评价项评价要求评价分值综合值班室综合设备间变电所柱、支撑、承重墙等35%比例8 0%20-30303030竖向构件主体结构梁、板、楼梯、阳70%比例8 0%10-20202020台、空调板等构件116-2023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备非承重围护墙非砌筑比例8 0%5555围护墙与保温、隔50%比例8 0%2-5555围护墙热、装饰一体化内隔墙内隔墙非砌筑比例5 0%5555内隔墙与管线、装修50%比例8 0%2-5555一体化全装修一60（可得6 分）66干式工法地面、楼面比例7 0%666装修集成厨房集成厨房3-66二一设备管线集成卫生间集成卫生间3-660一管线分离管线分离4-6655合计88100100装配率P=（Q 1+Q 2+Q 3）/（1 0 0-Q 4)x 1 0 0%（Q 4为评价项缺少的分值和）88%92%100%评价等级：6 5 P70为A级，7 6 P90为AA级，P91为AAA级，AAAAAAAA3.7节能省材、绿色环保装配式钢结构的预制部件由工厂制造，现场组装，这极大地减少了现场施工的作业量，使得施工现场的建筑垃圾、粉尘以及噪音的污染大量减少，从而更加环保。同时由于装配式钢结构现场工作量少、湿作业少，与传统作业方式相比，其建筑垃圾减排率可达5 3.5 1%，节水率可达42.5 5%，节电率可达2 4.6 0%，碳排放量降低22.08%，相关汇总数据见表3。表3 油气站场装配式钢结构节能减排量对比分析项目号传统现浇式结构装配式钢结构减少量节约（减排）率建筑垃圾排放量/（kg/m）23.76410.33613.42753.51%水资源/（/）0.0940.0540.04042.55%电力消耗量/（kwh/m）10.377.822.5524.60%PM2.5浓度/（g/m)65511421.54%碳排放/（kg/m)297.5231.865.722.08%耗油量/(MJ/m)14.367.087.2850.70%注：表中数据均为统计后的平均值。此外，装配式钢结构在建造过程中也可以大幅节省建筑材料，其主体结构采用钢结构，可回收冶炼，循环利用，装配式钢结构建筑直接回收和回收利用率高达9 0%以上1 6 。与传统现浇结构相比，装配式钢结构也可大幅减少水泥、砂石等资源消耗，从而大幅减少矿物开挖。在装配式钢结构施工过程中基本无需木模板与脚手架，可减少现场施工场地5 0%左右，节约木材9 0%左右。4结论本文结合中亚地区的油气输送管道站场建筑现状，分析了装配式钢结构在油气站场建设领域应用、推广的必要性与重要性，并着重分析了装配式钢结构在油气站场建设过程中的独特优势。自古以来，建筑业的发展往往代表着整个人类社会的发展理念与发展水平，在当今“双碳”的大背景之下，随着社会建造技术与科技水平的不断提升，装配式建筑，特别是装配式钢结构建筑定会脱颖而出，它符合建筑业转型升级的需要，符合未来社会对绿色建筑的期待，装配式钢结构建筑必将成为建筑业生产方式变革的新主角。笔者认为，不仅仅限于中亚地区，在未来国内外的油气站场工程项目建设中，装配式钢结构值得扮演更重要的角色。参考文献1刘冠芳.变电站混凝土结构和装配式钢结构的对比分析1 .中国科技投资,2 0 2 1(3):1 7 5,1 8 3.2 曾维湘.装配式钢结构在实际工程中的应用.中国建筑金属结构,2 0 2 0(8):1 1 0-1 1 1.3乔明明.装配式钢结构建筑的研究及应用一以豫盐大厦项目为例.砖瓦世界,2 0 2 3(8):1 3-1 5.收稿日期：2 0 2 3-0 5-0 5 修回日期：2 0 2 3-0 9-0 4(上接1 1 1 页）收稿日期：2 0 2 3-0 4-1 3 修回日期：2 0 2 3-0 9-0 9(上接1 0 7 页）收稿日期：2 0 2 3-0 5-2 5 修回日期：2 0 2 3-0 9-0 9117第1 0 期王汉文等海外油气输道站场装：式钢结构优势分析4张马斌.装配式建筑中钢结构的应用探讨.山西建筑,2020,46(13):32-34.5曲圣玉.装配式钢结构建筑优势分析.城市住宅,2 0 2 0,27(7):227-228.6主海明.论大力发展和应用装配式钢结构建筑的必要性1 建筑机械化,2 0 2 1,42(5):7 6-7 9.7】陈孟鑫.高层钢结构住宅应用J.中国房地产业，2018(23):18-19.8彭云，聂正雅，熊靓，等.中亚地区天然气合作形势及策略建议.国际石油经济,2 0 2 2,3 0(8):7 9-9 2.9 刘永琴.钢结构在绿色建筑设计中的应用与发展.建材发展导向（上）2 0 2 2,2 0(6):1 6 3-1 6 5.10许佳为.绿色理念推动装配式钢结构建筑优化应用一以厦门市为例.江西建材,2 0 2 2(2):1 6 3-1 6 4,1 6 9.参考文献1潤洲1 2-1 撇油罐污水处理效能下降原因分析与解决措施.沈林冬.天津化工,2 0 2 0(0 3).2油水分离旋流器地面试验研究.林博;张琪;戴俊生;薄启炜.油气田地面工程,2 0 0 5(1 1).3海上平台新型撇油罐的改造.杨相伟;张文海;何绪伟.石油化工设备,2 0 1 0(0 3)4应用浅池理论与聚结技术改进油田污水处理系统.徐应波;王树祥;杨相伟.水处理技术,2 0 1 0(1 0)5新型撒油罐的研究及模拟现场试验.胡畔;陈文才;李伟更具复杂，并且操作也有较大风险，是一个涉及更多技术领域的综合性的系统工程。并且，由于受多种因素的制约，不能将其视为安装过程的逆过程4。关于废弃桩基式导管架拆除的吊装分析，应尽量考虑多种工况来精确模拟现场操作中可能遇到的问题，并进行详细的结构模拟和荷载模拟。由于本项目是关于废弃桩基式导管架拆除的项目，在泰国湾属于较典型平台拆除案例，所以对该项目所进行的吊装分析，则为今后泰国湾同类项目的吊装分析积累了宝贵的工程经验，具有较大的参考价值。11周清汉.探析绿色装配式钢结构建筑可持续发展路径.建材与装饰,2 0 2 1,1 7(1 5):1 1 7-1 1 8.12矫霞.预制装配式钢结构建筑经济性研究J.价值工程,2020,39(18):171-172.13陈静,何洪银.装配式建筑全产业链智能建造平台建设智能建筑与智慧城市,2 0 2 1(1 0):9 6-9 7.14曾智明.装配式钢结构集成模块化建筑体系J.建筑,2021(11):32-33.15GB/T51129-2017.装配式建筑评价标准S.16屠海军.分析钢结构在装配式建筑工程中的施工优势建筑与装饰,2 0 2 0(3):1 6 4,1 6 7.成.钻采工艺,2 0 1 6(0 6)6南海某FPSO生产工艺系统扩容实践J.于成龙.船海工程,2 0 1 5(0 5)7新型波纹板油水分离器结构性能研究.曹建树,李卫清,郑远扬.流体机械,2 0 0 2(0 7)8浅谈崖城气田降压后生产水工艺系统改造.陈军;王海华;马杰;江陵.石油化工设备,2 0 1 4(0 5)参考文献1海洋石油平台弃置管理暂行办法S国家海洋局发布，2002.2，海洋石油工程设计指南编委会海洋石油工程设计指南（第4册）M北京：石油工业出版社，2 0 0 6.3 American Petroleum Institute.Recommended practice forplanning,designing and constructing for fixed offshore platformS.APIRP2A-WSD2007.4刘建峰，王彦多，武斌斌国内首例废弃桩基式导管架拆除的吊装分析海洋石油工程技术论文，2 0 1 5，9：2 6 5-271.