海洋工程總體布置中的人性化設計探討

李 韜， 劉錦偉

(中海油能源發展裝備技術有限公司工程設計研發中心，天津 300452)

海洋工程總體布置中的人性化設計探討

李 韜， 劉錦偉

(中海油能源發展裝備技術有限公司工程設計研發中心，天津 300452)

隨著社會和技術的不斷進步，對人的工作環境和健康的要求也在不斷完善，而人性化設計在海洋工程總體布置中仍然有待系統化、規范化。結合以往項目經驗和相關標準規范，多角度探討了總體布置中的人性化設計要求和注意事項。

海洋工程；總體布置；人性化設計

0 引 言

人性化設計的前身為人機工程學，人機工程學起源于歐洲(在歐洲較為常用的名稱為Ergonomics)，在美國形成并廣泛發展，主要研究人、機器、環境三者之間的相互關系，并運用生理學、心理學和其他相關專業知識，使人的工作環境安全、舒適，工作效率達到最優[1]。

海洋工程包括固定式平臺、浮式生產儲卸裝置(FPSO)等各種型式的離岸設施，與陸地設施相比，其工作環境具有一定的局限性和特殊性。總體布置設計則需要在有限的空間中盡可能使工作環境達到最優，因此，人性化設計愈發顯得重要。

海洋工程總體布置的人性化設計目前暫無專門的規范可依。在實際工程項目中，應在滿足安全規范的前提下，至少遵循以下原則：

(1)優化總體方位、區域劃分，使環境因素對人員工作、生活、逃生的不利影響降到最低；(2)優化通道的設計，使人員手動負重操作時的風險降到最低；(3)最大限度地避免振動和噪聲對人員工作、生活的影響；(4)統籌布局，使人員操作/維修的工作內容或程序達到最優；(5)進行必要的油、氣、煙擴散分析，優化工作環境和直升機起降環境；(6)以人為本，優化生活區域的層高、空間和設施布置。

由此可知，人性化通常體現于設計的各個細節，往往容易被忽略。本文將結合相關規范和實際項目中的典型案例，對總體布置中的人性化設計進行多角度的闡述。

1 區域劃分

在總體布置中，環境因素中風的影響是關鍵因素之一。在國內外規范(包括海上、陸地等可用來參考的規范)中，規定也不盡相同，如API 14J中是以主導風向為設計依據[2]，而國內陸地規范(如SH 3011—2011)則以最小風頻為設計依據[3]。雖然依據不同，但最終各層甲板區域劃分的結果應是相似的，即相對于工藝設備區域，火炬布置于下風向位置；相對于火炬和工藝設備區域，生活區布置于上風向位置。

以圖1中的某海洋平臺中層甲板布置圖為例，風玫瑰圖中的主導風向為平臺西側吹向平臺東側；而次主導風向的出現頻率與主導風向基本相當，由平臺西北側吹向平臺東南側。

圖1 某海洋平臺中層甲板布置Fig.1 General layout drawing for a platform middle deck

因此，區域劃分時，可將房間和安全的公用系統布置在平臺西側，危險的油氣處理系統布置于平臺東側(而溢散風險更大的天然氣壓縮機等設備布置于平臺東南側)，較為安全的水處理系統布置于兩者之間作為緩沖區。其他各層甲板也依此原則進行區域劃分和布置。

在滿足規范的前提下，此區域劃分可最大限度地降低環境對人員的不利影響，同時清晰簡潔、工藝流程順暢，可以使操作人員的操作環境更為安全、便捷。

2 通 道

2.1 機械運輸通道

參考國內外工程公司的相關經驗和要求，一般將25kg定為手動操作的極限重量。此外，國外公司通常附有更加詳細的人性化要求，如不允許兩人或兩人以上抬、扛重物；不允許雙手負重上下樓梯，等等。為了盡量減少手動負重操作，總體布置設計中，可以考慮將相似設備盡量集中布置，同時，需要針對不同布置區域設備的維修要求，維修/更換的部件尺寸/重量、維修/更換頻率、與卸貨區之間的距離等因素，預留相應的機械運輸通道。

機械運輸通道的高度、寬度，通常需要滿足所要運輸最大、最重部件的要求，且應充分考慮運輸設施(吊機、滑道梁等)、作業順序、輔助機具等的空間要求。

以圖2中某海洋平臺中層甲板布置圖為例，圖中的甲板東側為泵區，西側為井口區管匯和計量設備。為了方便泵及附屬設施的維修/更換，總體布置中考慮了機械運輸通道的共用(如圖中箭頭所示)，可通過滑道梁將需要維修/更換的部件直接運輸至卸貨區，然后通過吊機運走，從而將手動負重操作的頻率和風險降到最低。

2.2 斜梯

海洋工程一般為多層的鋼結構設施，上下層之間以及操作維修頻率高的操作平臺等處會設置大量的斜梯。考慮到人體運動的安全和舒適度，斜梯角度應采取人性化的設置。根據以往項目經驗及可參考的相關規范，關于斜梯角度的相關規定匯總如下。

(1) 在國外公司(如Chevron、 BHPB等)的設計規定中，斜梯角度一般允許值是26.5°～45°，推薦值為30°～38°。

(2) 國內的陸地規范也對此進行了更新。如： SH 3011—2011的第6.3.4節規定“斜梯的傾斜角不應大于45°，經常性雙向通行的傾斜角度不宜大于38°”[3]；GB 4053.2—2009的第4.2.1節規定“固定式鋼斜梯與水平面的傾角應在30°～75°范圍內，優選傾角為30°～35°，偶爾性進入的最大傾角宜為42°，經常性雙向通行的最大傾角宜為38°”[4]。

圖2 泵區的機械運輸通道Fig.2 Mechanical handling routing of pump area

(3) 而在國內的海洋工程領域，《海上固定平臺安全規則》的第11.2.2節規定“扶梯斜度應不陡于50°″[5]。

由以上對比可看出，國內海洋工程規范的相關規定仍需要更新和進步，斜梯角度的設置宜采用更具人性化的參數。

此外，發生危險需要撤離時，各層甲板的工作人員需要首先撤離至生活區側的人員聚集區，如果最后一個斜梯的朝向是對著聚集區，就會對撤離人員產生較好的心理影響。這種情況一般體現在FPSO等浮式設施上，因此，FPSO等浮式設施各上部模塊連接主甲板的各個斜梯，均應按照朝向生活區方向設置為宜。

3 降振降噪設計

振動和噪聲是影響人員身心健康的一大危害源，相關規范中也進行了相應的規定，如《海上固定平臺安全規則》中第18.3節，對噪聲控制要求進行了詳細規定，并對不同的處所，如生產作業辦公處所、生活起居處所、機器處所(封閉機器處所、開敞機器處所)等進行了噪聲控制值的量化規定[5]。

在實際的項目運行中，對于大型的動設備(如泵、壓縮機、電站等易產生振動和噪聲的設施)本身，在招標文件中對其振動和噪聲進行了限制。盡管如此，部分設施如渦輪機的噪聲級別仍然較高，因此，在總體布置時，需要將振動源、噪聲源盡量遠離生活區和人員工作時間較長的區域；如有必要，可采取物理隔音等措施。

然而，如何進行詳細的定量分析，在國內項目中仍然需要進一步突破和提高。圖3為國外某海洋平臺定量分析后得到的其中一張噪聲等高線圖，在此基礎上，就可以完成更為詳細的總體布置方案分析與優化、噪聲預防、設置噪聲限制區域等一系列的工作，最終的目的，仍然是為現場人員提供一個更為安全、健康、舒適的工作環境。

圖3 噪聲等高線圖Fig.3 Noise contours drawing

4 人性化設計與投資

總體布置需要盡量降低投資，但是設計也需要考慮人性化操作，兩者的矛盾經常不可避免，此時就需要綜合考慮兩者孰輕孰重，權衡利弊。

以某平臺上層甲板布置為例，圖4的方案將管子堆場(包含枕木、鉆桿及附屬設施)布置于井口區西側，占用了較大空間；圖5的方案將管子堆場布置于南北兩井口區之間，使得2軸東側的甲板外懸由圖4中的11.5m優化為8m，但是由于下面各層甲板中房間、設備的布置空間緊張，仍無法優化軸間距。

圖5的布置方案優化了部分甲板面積，節省了部分成本。但是，由于鉆修井作業時，管子堆場將會覆蓋部分井口區域，因此，作業期間會涉及堆場的移動，從而增加了額外的海上工作量和一定的操作風險，同時也間接增加了平臺的后期運營成本。而圖4的方案雖然增加了部分甲板面積，但是不會存在上述問題，在人性化操作方面是相對較好的選擇。這種情況下，就需要詳細核實兩個方案之間綜合成本的差異，并咨詢業主和操作方的意見或建議，解決好節省投資與人性化操作的矛盾。

圖4 布置方案一Fig.4 General layout plan 1

圖5 布置方案二Fig.5 General layout plan 2

5 結 語

人性化設計是一個復雜的、多專業的系統性工程。除了總體布置以外，還包括工藝、機械、結構、管道、安全、舾裝、電氣、儀表等各專業的內容。目前在海洋工程領域沒有統一的標準，只是因工程公司規定、業主要求、項目要求而異。

而建立一套全面、合理的海洋工程人性化設計體系，需要詳細的調查研究做基礎，并由多專業、具有豐富經驗的技術團隊進行設計，同時需要業主方、操作方的參與，共同完成。

隨著社會文明和技術的不斷進步，工程設計的國際化、現代化也在日趨成熟。相信在不久的將來，人性化設計的理念和規范會不斷創新、完善，并會體現到一個又一個的精品工程之中。

[1] 丁玉蘭.人機工程學(第三版)[M].北京： 北京理工大學出版社，2005.

[2] American Petroleum Institute. API 14J. Recommended practice for design and hazards analysis for offshore production facilities [S].2001.

[3] 中華人民共和國工業和信息化部.SH 3011，石油化工工藝裝置布置設計規范[S].2011.

[4] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局/中國國家標準化管理委員會.GB 4053.2，固定式鋼梯及平臺安全要求第2部分： 鋼斜梯[S].2009.

[5] 中華人民共和國國家經濟貿易委員會.海上固定平臺安全規則[S].2000.

HumanizationDesignDiscussionforOffshoreEngineeringGeneralLayout

LI Tao, LIU Jin-wei

(CNOOCEnergyTechnology&Services-OilfieldConstructionEngineeringCo.,Tianjin300452,China)

With the continuous improvement of society and technology, the requirements for working environment and healthy are also optimized continuously, but the humanization design for offshore engineering general layout design still needs systematization and standardization. Combined with previous project experience and related standards, we discuss the design requirements and attention of humanization design for general layout from multiple views.

offshore engineering; general layout; humanization design

P752

A

2095-7297(2017)01-0048-05

2016-12-16

李韜(1980—)，男，工程師，主要從事海洋工程總體布置及管道設計工作。