李 韜， 劉錦偉

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司工程設(shè)計(jì)研發(fā)中心，天津 300452)

海洋工程總體布置中的人性化設(shè)計(jì)探討

李 韜， 劉錦偉

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司工程設(shè)計(jì)研發(fā)中心，天津 300452)

隨著社會(huì)和技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)人的工作環(huán)境和健康的要求也在不斷完善，而人性化設(shè)計(jì)在海洋工程總體布置中仍然有待系統(tǒng)化、規(guī)范化。結(jié)合以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，多角度探討了總體布置中的人性化設(shè)計(jì)要求和注意事項(xiàng)。

海洋工程；總體布置；人性化設(shè)計(jì)

0 引 言

人性化設(shè)計(jì)的前身為人機(jī)工程學(xué)，人機(jī)工程學(xué)起源于歐洲(在歐洲較為常用的名稱為Ergonomics)，在美國(guó)形成并廣泛發(fā)展，主要研究人、機(jī)器、環(huán)境三者之間的相互關(guān)系，并運(yùn)用生理學(xué)、心理學(xué)和其他相關(guān)專業(yè)知識(shí)，使人的工作環(huán)境安全、舒適，工作效率達(dá)到最優(yōu)[1]。

海洋工程包括固定式平臺(tái)、浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸裝置(FPSO)等各種型式的離岸設(shè)施，與陸地設(shè)施相比，其工作環(huán)境具有一定的局限性和特殊性。總體布置設(shè)計(jì)則需要在有限的空間中盡可能使工作環(huán)境達(dá)到最優(yōu)，因此，人性化設(shè)計(jì)愈發(fā)顯得重要。

海洋工程總體布置的人性化設(shè)計(jì)目前暫無(wú)專門(mén)的規(guī)范可依。在實(shí)際工程項(xiàng)目中，應(yīng)在滿足安全規(guī)范的前提下，至少遵循以下原則：

(1)優(yōu)化總體方位、區(qū)域劃分，使環(huán)境因素對(duì)人員工作、生活、逃生的不利影響降到最低；(2)優(yōu)化通道的設(shè)計(jì)，使人員手動(dòng)負(fù)重操作時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低；(3)最大限度地避免振動(dòng)和噪聲對(duì)人員工作、生活的影響；(4)統(tǒng)籌布局，使人員操作/維修的工作內(nèi)容或程序達(dá)到最優(yōu)；(5)進(jìn)行必要的油、氣、煙擴(kuò)散分析，優(yōu)化工作環(huán)境和直升機(jī)起降環(huán)境；(6)以人為本，優(yōu)化生活區(qū)域的層高、空間和設(shè)施布置。

由此可知，人性化通常體現(xiàn)于設(shè)計(jì)的各個(gè)細(xì)節(jié)，往往容易被忽略。本文將結(jié)合相關(guān)規(guī)范和實(shí)際項(xiàng)目中的典型案例，對(duì)總體布置中的人性化設(shè)計(jì)進(jìn)行多角度的闡述。

1 區(qū)域劃分

在總體布置中，環(huán)境因素中風(fēng)的影響是關(guān)鍵因素之一。在國(guó)內(nèi)外規(guī)范(包括海上、陸地等可用來(lái)參考的規(guī)范)中，規(guī)定也不盡相同，如API 14J中是以主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)樵O(shè)計(jì)依據(jù)[2]，而國(guó)內(nèi)陸地規(guī)范(如SH 3011—2011)則以最小風(fēng)頻為設(shè)計(jì)依據(jù)[3]。雖然依據(jù)不同，但最終各層甲板區(qū)域劃分的結(jié)果應(yīng)是相似的，即相對(duì)于工藝設(shè)備區(qū)域，火炬布置于下風(fēng)向位置；相對(duì)于火炬和工藝設(shè)備區(qū)域，生活區(qū)布置于上風(fēng)向位置。

以圖1中的某海洋平臺(tái)中層甲板布置圖為例，風(fēng)玫瑰圖中的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠脚_(tái)西側(cè)吹向平臺(tái)東側(cè)；而次主導(dǎo)風(fēng)向的出現(xiàn)頻率與主導(dǎo)風(fēng)向基本相當(dāng)，由平臺(tái)西北側(cè)吹向平臺(tái)東南側(cè)。

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

因此，區(qū)域劃分時(shí)，可將房間和安全的公用系統(tǒng)布置在平臺(tái)西側(cè)，危險(xiǎn)的油氣處理系統(tǒng)布置于平臺(tái)東側(cè)(而溢散風(fēng)險(xiǎn)更大的天然氣壓縮機(jī)等設(shè)備布置于平臺(tái)東南側(cè))，較為安全的水處理系統(tǒng)布置于兩者之間作為緩沖區(qū)。其他各層甲板也依此原則進(jìn)行區(qū)域劃分和布置。

在滿足規(guī)范的前提下，此區(qū)域劃分可最大限度地降低環(huán)境對(duì)人員的不利影響，同時(shí)清晰簡(jiǎn)潔、工藝流程順暢，可以使操作人員的操作環(huán)境更為安全、便捷。

2 通 道

2.1 機(jī)械運(yùn)輸通道

參考國(guó)內(nèi)外工程公司的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和要求，一般將25kg定為手動(dòng)操作的極限重量。此外，國(guó)外公司通常附有更加詳細(xì)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(fù)重上下樓梯，等等。為了盡量減少手動(dòng)負(fù)重操作，總體布置設(shè)計(jì)中，可以考慮將相似設(shè)備盡量集中布置，同時(shí)，需要針對(duì)不同布置區(qū)域設(shè)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(qū)之間的距離等因素，預(yù)留相應(yīng)的機(jī)械運(yùn)輸通道。

機(jī)械運(yùn)輸通道的高度、寬度，通常需要滿足所要運(yùn)輸最大、最重部件的要求，且應(yīng)充分考慮運(yùn)輸設(shè)施(吊機(jī)、滑道梁等)、作業(yè)順序、輔助機(jī)具等的空間要求。

以圖2中某海洋平臺(tái)中層甲板布置圖為例，圖中的甲板東側(cè)為泵區(qū)，西側(cè)為井口區(qū)管匯和計(jì)量設(shè)備。為了方便泵及附屬設(shè)施的維修/更換，總體布置中考慮了機(jī)械運(yùn)輸通道的共用(如圖中箭頭所示)，可通過(guò)滑道梁將需要維修/更換的部件直接運(yùn)輸至卸貨區(qū)，然后通過(guò)吊機(jī)運(yùn)走，從而將手動(dòng)負(fù)重操作的頻率和風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

2.2 斜梯

海洋工程一般為多層的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施，上下層之間以及操作維修頻率高的操作平臺(tái)等處會(huì)設(shè)置大量的斜梯。考慮到人體運(yùn)動(dòng)的安全和舒適度，斜梯角度應(yīng)采取人性化的設(shè)置。根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)及可參考的相關(guān)規(guī)范，關(guān)于斜梯角度的相關(guān)規(guī)定匯總?cè)缦隆?/p>

(1) 在國(guó)外公司(如Chevron、 BHPB等)的設(shè)計(jì)規(guī)定中，斜梯角度一般允許值是26.5°～45°，推薦值為30°～38°。

(2) 國(guó)內(nèi)的陸地規(guī)范也對(duì)此進(jìn)行了更新。如： SH 3011—2011的第6.3.4節(jié)規(guī)定“斜梯的傾斜角不應(yīng)大于45°，經(jīng)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(jié)規(guī)定“固定式鋼斜梯與水平面的傾角應(yīng)在30°～75°范圍內(nèi)，優(yōu)選傾角為30°～35°，偶爾性進(jìn)入的最大傾角宜為42°，經(jīng)常性雙向通行的最大傾角宜為38°”[4]。

圖2 泵區(qū)的機(jī)械運(yùn)輸通道Fig.2 Mechanical handling routing of pump area

(3) 而在國(guó)內(nèi)的海洋工程領(lǐng)域，《海上固定平臺(tái)安全規(guī)則》的第11.2.2節(jié)規(guī)定“扶梯斜度應(yīng)不陡于50°″[5]。

由以上對(duì)比可看出，國(guó)內(nèi)海洋工程規(guī)范的相關(guān)規(guī)定仍需要更新和進(jìn)步，斜梯角度的設(shè)置宜采用更具人性化的參數(shù)。

此外，發(fā)生危險(xiǎn)需要撤離時(shí)，各層甲板的工作人員需要首先撤離至生活區(qū)側(cè)的人員聚集區(qū)，如果最后一個(gè)斜梯的朝向是對(duì)著聚集區(qū)，就會(huì)對(duì)撤離人員產(chǎn)生較好的心理影響。這種情況一般體現(xiàn)在FPSO等浮式設(shè)施上，因此，F(xiàn)PSO等浮式設(shè)施各上部模塊連接主甲板的各個(gè)斜梯，均應(yīng)按照朝向生活區(qū)方向設(shè)置為宜。

3 降振降噪設(shè)計(jì)

振動(dòng)和噪聲是影響人員身心健康的一大危害源，相關(guān)規(guī)范中也進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定，如《海上固定平臺(tái)安全規(guī)則》中第18.3節(jié)，對(duì)噪聲控制要求進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，并對(duì)不同的處所，如生產(chǎn)作業(yè)辦公處所、生活起居處所、機(jī)器處所(封閉機(jī)器處所、開(kāi)敞機(jī)器處所)等進(jìn)行了噪聲控制值的量化規(guī)定[5]。

在實(shí)際的項(xiàng)目運(yùn)行中，對(duì)于大型的動(dòng)設(shè)備(如泵、壓縮機(jī)、電站等易產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的設(shè)施)本身，在招標(biāo)文件中對(duì)其振動(dòng)和噪聲進(jìn)行了限制。盡管如此，部分設(shè)施如渦輪機(jī)的噪聲級(jí)別仍然較高，因此，在總體布置時(shí)，需要將振動(dòng)源、噪聲源盡量遠(yuǎn)離生活區(qū)和人員工作時(shí)間較長(zhǎng)的區(qū)域；如有必要，可采取物理隔音等措施。

然而，如何進(jìn)行詳細(xì)的定量分析，在國(guó)內(nèi)項(xiàng)目中仍然需要進(jìn)一步突破和提高。圖3為國(guó)外某海洋平臺(tái)定量分析后得到的其中一張?jiān)肼暤雀呔€圖，在此基礎(chǔ)上，就可以完成更為詳細(xì)的總體布置方案分析與優(yōu)化、噪聲預(yù)防、設(shè)置噪聲限制區(qū)域等一系列的工作，最終的目的，仍然是為現(xiàn)場(chǎng)人員提供一個(gè)更為安全、健康、舒適的工作環(huán)境。

圖3 噪聲等高線圖Fig.3 Noise contours drawing

4 人性化設(shè)計(jì)與投資

總體布置需要盡量降低投資，但是設(shè)計(jì)也需要考慮人性化操作，兩者的矛盾經(jīng)常不可避免，此時(shí)就需要綜合考慮兩者孰輕孰重，權(quán)衡利弊。

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

圖5的布置方案優(yōu)化了部分甲板面積，節(jié)省了部分成本。但是，由于鉆修井作業(yè)時(shí)，管子堆場(chǎng)將會(huì)覆蓋部分井口區(qū)域，因此，作業(yè)期間會(huì)涉及堆場(chǎng)的移動(dòng)，從而增加了額外的海上工作量和一定的操作風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也間接增加了平臺(tái)的后期運(yùn)營(yíng)成本。而圖4的方案雖然增加了部分甲板面積，但是不會(huì)存在上述問(wèn)題，在人性化操作方面是相對(duì)較好的選擇。這種情況下，就需要詳細(xì)核實(shí)兩個(gè)方案之間綜合成本的差異，并咨詢業(yè)主和操作方的意見(jiàn)或建議，解決好節(jié)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(jié) 語(yǔ)

人性化設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的、多專業(yè)的系統(tǒng)性工程。除了總體布置以外，還包括工藝、機(jī)械、結(jié)構(gòu)、管道、安全、舾裝、電氣、儀表等各專業(yè)的內(nèi)容。目前在海洋工程領(lǐng)域沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只是因工程公司規(guī)定、業(yè)主要求、項(xiàng)目要求而異。

而建立一套全面、合理的海洋工程人性化設(shè)計(jì)體系，需要詳細(xì)的調(diào)查研究做基礎(chǔ)，并由多專業(yè)、具有豐富經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)需要業(yè)主方、操作方的參與，共同完成。

隨著社會(huì)文明和技術(shù)的不斷進(jìn)步，工程設(shè)計(jì)的國(guó)際化、現(xiàn)代化也在日趨成熟。相信在不久的將來(lái)，人性化設(shè)計(jì)的理念和規(guī)范會(huì)不斷創(chuàng)新、完善，并會(huì)體現(xiàn)到一個(gè)又一個(gè)的精品工程之中。

[1] 丁玉蘭.人機(jī)工程學(xué)(第三版)[M].北京： 北京理工大學(xué)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(guó)工業(yè)和信息化部.SH 3011，石油化工工藝裝置布置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2011.

[4] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局/中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 4053.2，固定式鋼梯及平臺(tái)安全要求第2部分： 鋼斜梯[S].2009.

[5] 中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).海上固定平臺(tái)安全規(guī)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(shè)計(jì)工作。