“五化”建设模式在顺北五号联工程中的应用实践

汤晟

中国石油化工股份有限公司西北油田分公司

“五化”是油气田地面工程建设模式的一种创新，内容包括标准化设计、工厂化预制、模块化施工、机械化作业、信息化管理。“五化”之间紧密相连，环环相扣，是一个有机的整体[1]。与传统工程建设模式相比，“五化”建设模式具有施工效率大幅提高、项目组织及管理更简易有效、作业安全性更高、工程质量更加可靠、工程建设周期更短等优势[2]。当前，中石化西北油田分公司提出了建设“顺北智能化油气田”的发展目标，顺北五号联合站作为分公司上游油气处理功能最齐全、自动化程度最高的大型联合站，大力推进“五化”建设模式成为油田智能化发展的必然选择。

1 工程概况

顺北五号联合站地处塔克拉玛干沙漠北缘，顺北油气田1号、5号断裂带之间，距沙雅县城约86 km，地处偏远，环境温差极大，夏季气温高达40℃，冬季气温低至-29 ℃，且该区域属于典型的流沙区，年平均沙尘暴天气达50 天，扬沙天气多达90天，沙丘年移动速度达20～30 m，自然环境极为恶劣。联合站设计原油处理规模100×104t/a，天然气处理规模3.8×108m3/a，污水处理规模1 500 m3/d，主体工程分为原油处理区、天然气处理区及辅助生产区，包括原油脱水、原油稳定、天然气脱硫、脱水及轻烃回收、污水处理、轻烃液化气及原油储存、天然气外输等14 个工艺单元。工程立足于实现顺北区块百万吨产能建设，针对顺北油气田环境恶劣、施工难度大、设计与施工技术要求高、建设工期紧、安全风险高等特点，以打造中石化“五化”示范工程为目标，积极推进“五化”建设模式。

2 “五化”建设成效

顺北五号联合站地面工程建设结合现场实际，积极探索，大胆实践，充分发挥“五化”建设模式优势，加强设计、预制、施工、机械和信息各专业的深度融合与协作配合[3]，工程建设效率、质量稳步提升，工程投资得到有效控制，施工现场管理水平得到进一步提高，“五化”建设成效显著。

2.1 标准化设计成果丰硕

顺北五号联合站以“六个统一”为核心实施标准化设计。在工艺流程上，站内原油、天然气及采出水等处理单元核心工艺充分利用标准化设计，实现了工艺路线及控制逻辑统一，标准化流程占比90%，设计效率提高近30%。在设备选型上，对于非标设备，统一设备规格，实现了不同处理规模的系列化设计，形成了塔器、容器等方面43 类成果；对于物资采购，统一设备选型，优化物资分类，工程356 项物资中，236 项实现了标准化框架采购，标准化采购占比66.3%。在工艺选材上，按照“源头防、重管控”的思路，通过材料、防腐专项论证，形成了7大类14小类工艺选材标准。

在平面布局上，考虑顺北油气田碳酸盐岩油藏滚动开发特征，采用列装化设计理念，按照“油预留、气列装”建设，在解决联合站后期扩建位置的同时，站场占地面积由0.249 km2优化为0.182 km2，减小22%。在站场设计上，5 大工艺单元实现模块化设计，62台设备中有50台形成了22个橇装一体化模块，模块化率达80.6%，缩短设计周期约30%。在视觉形象上，根据功能单元及规模，确定11 种典型的功能处理平面布置，统一了建筑物、构筑物、围墙等5类建筑元素的外观、标识及内饰标准化风格。

在标准化设计过程中，构建了一套较为完备的工艺、设备定型图库，编制了包含统一技术规定、定型设备库、配管数据库及标准、技术规格书、计算书、站场标准化视觉风格等137项技术文件。标准化设计的成功开展为工程后续工厂化预制、模块化施工、机械化作业及数字化管理打下了坚实的基础[4]。

2.2 工厂化预制能力显著增强

顺北五号联工程采用“东、西部预制+市场化预制”的联合作业模式，新建标准化西部预制厂1座，厂区面积达0.22×104m2，预制能力最大可达1.0×104t/a。全站累计预制管道直径达2.794×106mm、非标容器56 台、橇块21 套、球罐4 座。其中，管道预制（图1）采用三维二次加工设计，细化管道管件、阀门位置及管段长度，最大化管道预制深度，且首次采用全自动化焊接技术，焊接效率显著提高；非标容器预制（图2）采用统一排版排料、数控自动卷制，分段同步预制与检测，整体热处理、试压、出厂；在管道预制与非标容器预制的基础上，预组装成橇，并开展气密性以及强度试验，检验合格后出厂；球罐球壳板采用“数控+双割炬柔性导轨法”下料预制。

图1 管道预制现场Fig.1 Pipe prefabrication site

图2 非标容器预制现场Fig.2 Prefabrication site of non-standard vessels

在工厂化预制施工过程中，建立并完善与工厂化预制相关的安全、质量、生产等管理制度4 项，制定操作岗位规范8项，新购数控软件50余套，增加自动化设备30 余件，工厂信息化管理水平显著提高，预制能力明显增强[5]。

2.3 施工周期明显缩短

以站场模块化及设备橇装化为基础，以机械化作业为手段，联合站工程大量采用模块化施工技术，形成了“工厂预制、现场橇装、整体拼装、分段施工”的模块化建设模式[5]（图3），现场机械化作业率达到80%，实现了作业面布置、施工工序的最优化，场地平行施工、交叉施工有序开展，现场安装工作量减少50%，现场人工时节约30%，建设周期缩短30%。

图3 工厂化预制模块Fig.3 Factory prefabricated module

同时，项目团队创新应用“IPMT+工程监理一体化+EPC”项目管理模式，使团队管理目标更加一致，管理专业化程度和效率得到明显提升，工作管理更加协调高效，工程设计、预制、采购、施工之间整合度和契合度明显提升，施工等待期、调整期明显缩短，工序衔接更为流畅，基本实现了工厂预制“不滞留”，进站“不落地”安装，大大缩短了施工周期。

2.4 工程质量显著提高

通过采用标准化设计、工厂化预制、模块化施工以及机械化作业，现场作业环境及施工条件得到明显改善，施工工序标准化、工程管理精细化、施工现场样板化水平得到进一步提升，高空作业、深基坑作业、受限空间作业、交叉作业等危险作业面显著减少，总体实现了设备、材料合格率100%，单项工程合格率100%，焊接一次合格率98%以上，工程质量验收合格率100%。

2.5 信息化管理有序推进

项目管理方面，在整个工程建设阶段，初步完成数字化交付系统和工程建设一体化信息管理平台开发，实现了建设期数据和建设期工作流程的系统信息管理，初步实现工程建设一体化线上、线下同步管理。

设计管理方面，在工程设计阶段，考虑生产数据、安防数据全采集，顺北生产应急指挥中心设立了SCADA 系统，通过全面感知物联网对整个区块进行实时监视、控制、预警和分析。设计完成后进行数字化交付，从而以工程建设期地面工程数字化交付为先导，以运维期的数字化运营为依托，打造全面感知、自动操作、辅助预测决策的智能化油气田[6-7]（图4）。

图4 全生命周期数字化管理Fig.4 Digital management of full life-cycle

施工管理方面，通过安装模型EP3D 二次设计、数字化交互等，首次实现焊口自动编号，拆分组合，进行有序排产；首次实现站内自动采集焊接过程数据，自动校验焊接工艺执行情况，从源头控制焊接质量；首次实现EP3D 自动化管线下料等施工数据自动化采集等，材料管理精准度大大提升。并且，将施工进度与三维模型进行关联，通过模型变色，实时跟踪施工进度，优化施工策略与施工工序。

现场管理方面，通过安排部署标准化工地，利用视频监控远传化，智能门禁系统等，实现安全设施标准化、视频监控智能化、人员入场实名化、工序安全标准化，大大提升了现场管理的信息化水平。

3 提升“五化”建设水平的途径

当前，国内三大石油公司在油气田地面建设工程中积极推行“五化”建设模式，取得了显著成效，形成了一大批“五化”建设成果，但就整体而言，“五化”建设水平还存在较大的提升空间，需要在工程实践中不断探索、总结和提高。提升“五化”建设水平可从发挥标准化设计的基础和龙头作用、提升工厂化预制能力、提高模块化施工水平、推广机械化作业、加强信息化建设、创新管理模式等途径实现[3]。

（1）发挥标准化设计的基础和龙头作用。标准化设计是“五化”的基础和龙头，是工厂化预制、模块化施工的先决条件。标准化设计水平的提高需要在制定统一的设计数据标准前提下，建立统一的设计体系和作业平台，实现标准化设计成果的存储、分类、调用、共享、二次设计、优化及不断更新，不断突破模块化设计关键技术[3，8]。

（2）提升工厂化预制能力。工厂化预制是实施模块化建设的前提。提升工厂化预制能力需要优化预制工厂的作业和管理程序，优化作业区布置，不断提高预制工厂的二次加工设计能力，提升预制工厂信息化管理及设备自动化水平，加强大型及精细化程度高的模块预制组装技术及产品检验技术研发与引进，从而不断提高工厂预制的加工深度和精度[9]。

（3）提高模块化施工水平。相比于传统建设模式，模块化建设具有增强施工安全性、提高工程质量、缩短工程周期、节约工程投资等优点。建立完善模块化施工标准规范、作业程序和工法（如大型模块吊装作业程序、模块精准对接作业程序及技术等），充分发挥工厂化预制与模块化施工的异地协同优势，做到工厂预制与模块施工的无缝衔接是提高模块化施工水平的关键[10]。

（4）推广机械化作业。机械化作业的全面推广是提高工程质量、缩短施工周期的重要手段，是工厂化预制及模块式施工的必然选择。当前，加强大型化、智能化、多功能化机械化设备的引进及研发，规范机械化作业组织管理及作业程序，普及先进小型工具的使用是提高机械化作业率的主要手段。

（5）加强信息化建设。信息化管理贯穿工程建设始终，是建设施工各环节协调统一、高效运转的有力保障。当前，信息化建设需要运用云计算、互联网、大数据和移动应用等先进技术，应建立适应项目全生命周期的信息化管理平台，推进工程建设物资编码技术的应用，以实现工程项目数字化移交以及智能化运营[3，11]。

（6）创新项目管理模式。构建工程项目全流程管理体系，建立工程项目管理总体流程、业务管理流程以及作业处理流程是实现“五化”协调统一、无缝衔接、真正发挥“五化”建设优势的关键。

4 结束语

“五化”建设模式是建设高质量工程的需要，是适应工程建设市场发展的需要，必将成为今后的主流工程建设模式。“五化”的实施是一项系统工程，实施难度大，时间跨度长，工作任务重。油气田地面建设系统必须紧跟时代潮流，锐意进取，积极实践，勇于创新，不断深化改革，积极推进“五化”建设模式的完善与发展，才能在工程建设模式改革过程中增强竞争力与创造力。