西气东输工程中长输管道站场建筑模块化设计与应用

1、 西气东输工程中长输管道站场建筑模块化设计与应用西气东输二线管道工程（东段）建设伊始，正当中国石油自然气集团公司在油气长输管道工程建设中大力推广标准化、模块化、信息化（简称三化）时期，因此使其成为第一个在工程设计中全面应用标准化、模块化的工程案例。该管道工程干线长2 473 km、支线长3 142 km，横跨10 个省、市、自治区。管道工程线路长、站场建造类型多，功能相对较复杂，根据传统的设计方法无法保证高质量如期完成设计任务。设计质量与工程进度的冲突成为制约工程顺当完成的瓶颈问题。因为在站场建造设计之初就以三化设计文件为基础，将不同站场建造单体的性质、业主的功能需求，以及当地的自然条件和社会

2、依托条件举行归纳分析，设计出典型的站场图纸，制定出模块化的组合方式，提高了工作效率，缩短了设计周期，保证了设计质量，为西气东输二线管道工程按期投产奠定了基础。 1 模块化设计的基本概念 模块是生产产品系统构成的基本要素，具有可分、可合、可互换、可重复的特点。自1997 年美国哈佛高校提出模块化理论至今，各工程领域对它的研究探究从未停止。该理论的消失转变了人们的思维方式，对科学技术的进展具有重要的推进作用。 1.1 模块化设计的定义 模块化设计的特点在于它不是面对单个产品，而是面对囫囵产品系统（产品族）1，能够产生多种不同功能或相同功能不同性能的系列产品2。模块化思维的基本模式为：系统=模块+接

3、口。模块化设计是一种绿色设计方法3，符合3R 原则（减量化、再利用、再循环），可以同时满意产品的功能属性和环境属性。其一方面可以缩短产品研发与制造周期，增强产品系列，提高产品质量，迅速应对市场变化；另一方面，可以削减或消退对环境的不利影响，便利重用、升级、修理和产品废弃后的拆卸、回收和处理。 1.2 模块化与标准化的关系 模块化是标准化的前沿技术，是解决复杂系统类型多变、功能多变的标准化高级形式4，是现代标准化的重要标志。模块化架构中的模块可以自立进展而不受其他模块的影响，系统可分解、可合并；模块为开放式结构，可以利用外部资源、凝聚化创新、竞争性再集中和改进。模块化形式在中国的仪器、仪表和机器

4、制造业，船舶工业，电子工业，尤其是国防工业中得到广泛应用，效益显著5。理论研究和工程实践证实，模块化既是标准化的一种形式，又是产品设计的科学方法，对标准化学科建设具有极其重要的意义。 1.3 建造模块化设计 建造模块化设计是近十年建造工业进展中的新课题，是对传统设计方法的一次改革。它受其他制造行业的启发，将建造物作为一个能够标准化设计、工业化批量生产的产品，对其举行功能模块划分、部品部件拆分组合、模块系统集成升级、材料重复利用与再生。建造模块化设计更注重模块系统、部品部件和建造材料三者之间的关系及其设计原则。建造模块化设计解决的是建造建构逻辑、标准化的设计、模块的拆分组合、模块的依靠性及交互作

5、用、模块的空间构成与结构体系的关系等基本问题，以及如何将设计转化成模块化建造或具有模块化建造功能空间的建造产品。 2 管道站场的建造特点 2.1 站场类型多，工程规模大 西气东输二线管道工程（东段）设有12 座压气站、15 座分输站、新建维抢修机构9 个、88 座阀室。建造单体种类较复杂，办公性建造有综合值班室、维抢修综合楼、门卫，生产性建造有综合设备间、压缩机厂房、压缩机备品备件库、110 kVA 变电所、35 kVA/10 kVA变电所及机柜间、变频装置室、车库、库房等。涉及的建造类型是迄今为止自然气管道工程站场中最多的，建造规模也名列榜首，其中大型压气站站场建造总建造面积达上万平方米。

6、2.2 站场环境多变，设计条件复杂 西气东输二线管道工程（东段），北起中卫，南到广州。气候条件多变，有严寒地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、和气地区等多种气候区域。地质条件复杂，有盐渍土地区、膨胀土地区、湿陷性黄土地区等。站场地理位置有内陆，也有沿海地区。除此之外，建造设计还要考虑防台风、防盐雾、防酸雨侵蚀等问题。影响建造设计的因素是迄今为止自然气管道工程站场设计中最多的。 2.3 站场需求增强，设计要求提高 站场所处位置不同，社会依托条件差异较大，人员需求也不同。依托条件好的站场，运营人员不住在站场内；远离城镇的站场，不仅运营人员需要住在站场内，而且还要考虑服务人员、巡线人员等的住宿。对于地

7、块紧急的站场或山区，还要考虑建造单体集成建设问题。此外，因为管理制度的制约，员工生活习惯的不同以及对于生活品质的追求，站场建造的差异化和人性化是设计要考虑的必定因素。 2.4 建造功能复杂，设计协调量大 站场建造类型的多样性，建造功能的复杂性，增强了各设计专业的协调难度。不同功能的站场对生产性功能用房的要求差异较大，涉及的专业有工艺、给排水、消防、暖通、电力、通信、仪表、热工、机械等，设计中需要各专业之间的分工合作。因为西气东输二线管道工程采用多家设计单位联合设计的模式，不同的设计习惯无疑又增强了设计协调的难度。面向庞大的工程设计和紧迫的时光，如何将多专业的设计产品有机地结合在一起，是设计人员

8、需要解决的一个难题。 3 建造模块化设计的应用 站场建造模块化设计（图1），首先将站场建造单体根据功能划分为办公性建造模块和生产性建造模块两大类，然后按需求举行二级模块的划分，最后举行房间模块的细分。模块化设计遵循的基本原则为以少变应对多变，以容易应对复杂，以集成应对凝聚。 3.1 办公性建造的模块化设计 综合值班室为办公性建造，按人员需求将二级模块划分为5、16、25、35、46 人等综合值班室；按房间尺寸的建造模数举行三级模块的划分，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。一栋综合值班室建造，其基本模块占总模块

9、的比例为75，保证了标准化的统一性、通用性，同时兼顾可变性。 在基本模块的基础上，举行部品部件及材料结构模块的划分。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 m、1.2 m2.1 m 等；天花板材料尺寸为0.3 m0.6 m、0.3 m0.3 m ；地砖尺寸为0.3 m0.6 m、0.3 m0.3 m 等。将全部结构模块根据尺寸、材质、色彩等举行标准化设计、模块化组合，形成终于的建造产品。 3.2 生产性建造的模块化设计 生产性建造模块有变电所、综合设备间、压缩机厂房等，可以按规模举行二级模块的划分，如110 kVA、35 kVA、10 kVA

10、 变电所；或按功能需求举行二级模块的划分，如综合设备间带地上消防泵房、综合设备间带地下消防泵房。 各二级模块的基本模块按照其重要性和平安性决定，例如：在变电所设计中将高、低压空间作为基础模块，首先依据平安性要求决定模块的定位，然后按照功能关系布置其他辅助模块。仍旧是在基本模块的基础上，举行其建造部品部件及建造材料结构模块的划分与组合。 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特点，增加了模块的交互性，削减了彼此的依靠性，使模块可自立进展创新。例如：综合值班室用房与修理队办公用房的组合，只需增强基本功能模块，更换部分部品部件的尺寸即可满意使用功能的需求；35 kVA 与10 kVA 变电所的组合，只需调节基本模块的位置，将性质相同的模块组合在一起，并增强辅助模块的规模即可。 4 模块化设计的持续改进 正是因为坚决不移地在西气东输二线管道工程（东段）站场建造设计中采用建造模块化设计的方法，自上而下将复杂系统化为容易系统、将复杂问题拆分为容易问题，增加了设计质量与工程进