“五化”建設模式在順北五號聯工程中的應用實踐

湯晟

中國石油化工股份有限公司西北油田分公司

“五化”是油氣田地面工程建設模式的一種創新，內容包括標準化設計、工廠化預制、模塊化施工、機械化作業、信息化管理。“五化”之間緊密相連，環環相扣，是一個有機的整體[1]。與傳統工程建設模式相比，“五化”建設模式具有施工效率大幅提高、項目組織及管理更簡易有效、作業安全性更高、工程質量更加可靠、工程建設周期更短等優勢[2]。當前，中石化西北油田分公司提出了建設“順北智能化油氣田”的發展目標，順北五號聯合站作為分公司上游油氣處理功能最齊全、自動化程度最高的大型聯合站，大力推進“五化”建設模式成為油田智能化發展的必然選擇。

1 工程概況

順北五號聯合站地處塔克拉瑪干沙漠北緣，順北油氣田1號、5號斷裂帶之間，距沙雅縣城約86 km，地處偏遠，環境溫差極大，夏季氣溫高達40℃，冬季氣溫低至-29 ℃，且該區域屬于典型的流沙區，年平均沙塵暴天氣達50 天，揚沙天氣多達90天，沙丘年移動速度達20～30 m，自然環境極為惡劣。聯合站設計原油處理規模100×104t/a，天然氣處理規模3.8×108m3/a，污水處理規模1 500 m3/d，主體工程分為原油處理區、天然氣處理區及輔助生產區，包括原油脫水、原油穩定、天然氣脫硫、脫水及輕烴回收、污水處理、輕烴液化氣及原油儲存、天然氣外輸等14 個工藝單元。工程立足于實現順北區塊百萬噸產能建設，針對順北油氣田環境惡劣、施工難度大、設計與施工技術要求高、建設工期緊、安全風險高等特點，以打造中石化“五化”示范工程為目標，積極推進“五化”建設模式。

2 “五化”建設成效

順北五號聯合站地面工程建設結合現場實際，積極探索，大膽實踐，充分發揮“五化”建設模式優勢，加強設計、預制、施工、機械和信息各專業的深度融合與協作配合[3]，工程建設效率、質量穩步提升，工程投資得到有效控制，施工現場管理水平得到進一步提高，“五化”建設成效顯著。

2.1 標準化設計成果豐碩

順北五號聯合站以“六個統一”為核心實施標準化設計。在工藝流程上，站內原油、天然氣及采出水等處理單元核心工藝充分利用標準化設計，實現了工藝路線及控制邏輯統一，標準化流程占比90%，設計效率提高近30%。在設備選型上，對于非標設備，統一設備規格，實現了不同處理規模的系列化設計，形成了塔器、容器等方面43 類成果；對于物資采購，統一設備選型，優化物資分類，工程356 項物資中，236 項實現了標準化框架采購，標準化采購占比66.3%。在工藝選材上，按照“源頭防、重管控”的思路，通過材料、防腐專項論證，形成了7大類14小類工藝選材標準。

在平面布局上，考慮順北油氣田碳酸鹽巖油藏滾動開發特征，采用列裝化設計理念，按照“油預留、氣列裝”建設，在解決聯合站后期擴建位置的同時，站場占地面積由0.249 km2優化為0.182 km2，減小22%。在站場設計上，5 大工藝單元實現模塊化設計，62臺設備中有50臺形成了22個橇裝一體化模塊，模塊化率達80.6%，縮短設計周期約30%。在視覺形象上，根據功能單元及規模，確定11 種典型的功能處理平面布置，統一了建筑物、構筑物、圍墻等5類建筑元素的外觀、標識及內飾標準化風格。

在標準化設計過程中，構建了一套較為完備的工藝、設備定型圖庫，編制了包含統一技術規定、定型設備庫、配管數據庫及標準、技術規格書、計算書、站場標準化視覺風格等137項技術文件。標準化設計的成功開展為工程后續工廠化預制、模塊化施工、機械化作業及數字化管理打下了堅實的基礎[4]。

2.2 工廠化預制能力顯著增強

順北五號聯工程采用“東、西部預制+市場化預制”的聯合作業模式，新建標準化西部預制廠1座，廠區面積達0.22×104m2，預制能力最大可達1.0×104t/a。全站累計預制管道直徑達2.794×106mm、非標容器56 臺、橇塊21 套、球罐4 座。其中，管道預制（圖1）采用三維二次加工設計，細化管道管件、閥門位置及管段長度，最大化管道預制深度，且首次采用全自動化焊接技術，焊接效率顯著提高；非標容器預制（圖2）采用統一排版排料、數控自動卷制，分段同步預制與檢測，整體熱處理、試壓、出廠；在管道預制與非標容器預制的基礎上，預組裝成橇，并開展氣密性以及強度試驗，檢驗合格后出廠；球罐球殼板采用“數控+雙割炬柔性導軌法”下料預制。

圖1 管道預制現場Fig.1 Pipe prefabrication site

圖2 非標容器預制現場Fig.2 Prefabrication site of non-standard vessels

在工廠化預制施工過程中，建立并完善與工廠化預制相關的安全、質量、生產等管理制度4 項，制定操作崗位規范8項，新購數控軟件50余套，增加自動化設備30 余件，工廠信息化管理水平顯著提高，預制能力明顯增強[5]。

2.3 施工周期明顯縮短

以站場模塊化及設備橇裝化為基礎，以機械化作業為手段，聯合站工程大量采用模塊化施工技術，形成了“工廠預制、現場橇裝、整體拼裝、分段施工”的模塊化建設模式[5]（圖3），現場機械化作業率達到80%，實現了作業面布置、施工工序的最優化，場地平行施工、交叉施工有序開展，現場安裝工作量減少50%，現場人工時節約30%，建設周期縮短30%。

圖3 工廠化預制模塊Fig.3 Factory prefabricated module

同時，項目團隊創新應用“IPMT+工程監理一體化+EPC”項目管理模式，使團隊管理目標更加一致，管理專業化程度和效率得到明顯提升，工作管理更加協調高效，工程設計、預制、采購、施工之間整合度和契合度明顯提升，施工等待期、調整期明顯縮短，工序銜接更為流暢，基本實現了工廠預制“不滯留”，進站“不落地”安裝，大大縮短了施工周期。

2.4 工程質量顯著提高

通過采用標準化設計、工廠化預制、模塊化施工以及機械化作業，現場作業環境及施工條件得到明顯改善，施工工序標準化、工程管理精細化、施工現場樣板化水平得到進一步提升，高空作業、深基坑作業、受限空間作業、交叉作業等危險作業面顯著減少，總體實現了設備、材料合格率100%，單項工程合格率100%，焊接一次合格率98%以上，工程質量驗收合格率100%。

2.5 信息化管理有序推進

項目管理方面，在整個工程建設階段，初步完成數字化交付系統和工程建設一體化信息管理平臺開發，實現了建設期數據和建設期工作流程的系統信息管理，初步實現工程建設一體化線上、線下同步管理。

設計管理方面，在工程設計階段，考慮生產數據、安防數據全采集，順北生產應急指揮中心設立了SCADA 系統，通過全面感知物聯網對整個區塊進行實時監視、控制、預警和分析。設計完成后進行數字化交付，從而以工程建設期地面工程數字化交付為先導，以運維期的數字化運營為依托，打造全面感知、自動操作、輔助預測決策的智能化油氣田[6-7]（圖4）。

圖4 全生命周期數字化管理Fig.4 Digital management of full life-cycle

施工管理方面，通過安裝模型EP3D 二次設計、數字化交互等，首次實現焊口自動編號，拆分組合，進行有序排產；首次實現站內自動采集焊接過程數據，自動校驗焊接工藝執行情況，從源頭控制焊接質量；首次實現EP3D 自動化管線下料等施工數據自動化采集等，材料管理精準度大大提升。并且，將施工進度與三維模型進行關聯，通過模型變色，實時跟蹤施工進度，優化施工策略與施工工序。

現場管理方面，通過安排部署標準化工地，利用視頻監控遠傳化，智能門禁系統等，實現安全設施標準化、視頻監控智能化、人員入場實名化、工序安全標準化，大大提升了現場管理的信息化水平。

3 提升“五化”建設水平的途徑

當前，國內三大石油公司在油氣田地面建設工程中積極推行“五化”建設模式，取得了顯著成效，形成了一大批“五化”建設成果，但就整體而言，“五化”建設水平還存在較大的提升空間，需要在工程實踐中不斷探索、總結和提高。提升“五化”建設水平可從發揮標準化設計的基礎和龍頭作用、提升工廠化預制能力、提高模塊化施工水平、推廣機械化作業、加強信息化建設、創新管理模式等途徑實現[3]。

（1）發揮標準化設計的基礎和龍頭作用。標準化設計是“五化”的基礎和龍頭，是工廠化預制、模塊化施工的先決條件。標準化設計水平的提高需要在制定統一的設計數據標準前提下，建立統一的設計體系和作業平臺，實現標準化設計成果的存儲、分類、調用、共享、二次設計、優化及不斷更新，不斷突破模塊化設計關鍵技術[3，8]。

（2）提升工廠化預制能力。工廠化預制是實施模塊化建設的前提。提升工廠化預制能力需要優化預制工廠的作業和管理程序，優化作業區布置，不斷提高預制工廠的二次加工設計能力，提升預制工廠信息化管理及設備自動化水平，加強大型及精細化程度高的模塊預制組裝技術及產品檢驗技術研發與引進，從而不斷提高工廠預制的加工深度和精度[9]。

（3）提高模塊化施工水平。相比于傳統建設模式，模塊化建設具有增強施工安全性、提高工程質量、縮短工程周期、節約工程投資等優點。建立完善模塊化施工標準規范、作業程序和工法（如大型模塊吊裝作業程序、模塊精準對接作業程序及技術等），充分發揮工廠化預制與模塊化施工的異地協同優勢，做到工廠預制與模塊施工的無縫銜接是提高模塊化施工水平的關鍵[10]。

（4）推廣機械化作業。機械化作業的全面推廣是提高工程質量、縮短施工周期的重要手段，是工廠化預制及模塊式施工的必然選擇。當前，加強大型化、智能化、多功能化機械化設備的引進及研發，規范機械化作業組織管理及作業程序，普及先進小型工具的使用是提高機械化作業率的主要手段。

（5）加強信息化建設。信息化管理貫穿工程建設始終，是建設施工各環節協調統一、高效運轉的有力保障。當前，信息化建設需要運用云計算、互聯網、大數據和移動應用等先進技術，應建立適應項目全生命周期的信息化管理平臺，推進工程建設物資編碼技術的應用，以實現工程項目數字化移交以及智能化運營[3，11]。

（6）創新項目管理模式。構建工程項目全流程管理體系，建立工程項目管理總體流程、業務管理流程以及作業處理流程是實現“五化”協調統一、無縫銜接、真正發揮“五化”建設優勢的關鍵。

4 結束語

“五化”建設模式是建設高質量工程的需要，是適應工程建設市場發展的需要，必將成為今后的主流工程建設模式。“五化”的實施是一項系統工程，實施難度大，時間跨度長，工作任務重。油氣田地面建設系統必須緊跟時代潮流，銳意進取，積極實踐，勇于創新，不斷深化改革，積極推進“五化”建設模式的完善與發展，才能在工程建設模式改革過程中增強競爭力與創造力。