李 韬， 刘锦伟

(中海油能源发展装备技术有限公司工程设计研发中心，天津 300452)

海洋工程总体布置中的人性化设计探讨

李 韬， 刘锦伟

(中海油能源发展装备技术有限公司工程设计研发中心，天津 300452)

随着社会和技术的不断进步，对人的工作环境和健康的要求也在不断完善，而人性化设计在海洋工程总体布置中仍然有待系统化、规范化。结合以往项目经验和相关标准规范，多角度探讨了总体布置中的人性化设计要求和注意事项。

海洋工程；总体布置；人性化设计

0 引 言

人性化设计的前身为人机工程学，人机工程学起源于欧洲(在欧洲较为常用的名称为Ergonomics)，在美国形成并广泛发展，主要研究人、机器、环境三者之间的相互关系，并运用生理学、心理学和其他相关专业知识，使人的工作环境安全、舒适，工作效率达到最优[1]。

海洋工程包括固定式平台、浮式生产储卸装置(FPSO)等各种型式的离岸设施，与陆地设施相比，其工作环境具有一定的局限性和特殊性。总体布置设计则需要在有限的空间中尽可能使工作环境达到最优，因此，人性化设计愈发显得重要。

海洋工程总体布置的人性化设计目前暂无专门的规范可依。在实际工程项目中，应在满足安全规范的前提下，至少遵循以下原则：

(1)优化总体方位、区域划分，使环境因素对人员工作、生活、逃生的不利影响降到最低；(2)优化通道的设计，使人员手动负重操作时的风险降到最低；(3)最大限度地避免振动和噪声对人员工作、生活的影响；(4)统筹布局，使人员操作/维修的工作内容或程序达到最优；(5)进行必要的油、气、烟扩散分析，优化工作环境和直升机起降环境；(6)以人为本，优化生活区域的层高、空间和设施布置。

由此可知，人性化通常体现于设计的各个细节，往往容易被忽略。本文将结合相关规范和实际项目中的典型案例，对总体布置中的人性化设计进行多角度的阐述。

1 区域划分

在总体布置中，环境因素中风的影响是关键因素之一。在国内外规范(包括海上、陆地等可用来参考的规范)中，规定也不尽相同，如API 14J中是以主导风向为设计依据[2]，而国内陆地规范(如SH 3011—2011)则以最小风频为设计依据[3]。虽然依据不同，但最终各层甲板区域划分的结果应是相似的，即相对于工艺设备区域，火炬布置于下风向位置；相对于火炬和工艺设备区域，生活区布置于上风向位置。

以图1中的某海洋平台中层甲板布置图为例，风玫瑰图中的主导风向为平台西侧吹向平台东侧；而次主导风向的出现频率与主导风向基本相当，由平台西北侧吹向平台东南侧。

图1 某海洋平台中层甲板布置Fig.1 General layout drawing for a platform middle deck

因此，区域划分时，可将房间和安全的公用系统布置在平台西侧，危险的油气处理系统布置于平台东侧(而溢散风险更大的天然气压缩机等设备布置于平台东南侧)，较为安全的水处理系统布置于两者之间作为缓冲区。其他各层甲板也依此原则进行区域划分和布置。

在满足规范的前提下，此区域划分可最大限度地降低环境对人员的不利影响，同时清晰简洁、工艺流程顺畅，可以使操作人员的操作环境更为安全、便捷。

2 通 道

2.1 机械运输通道

参考国内外工程公司的相关经验和要求，一般将25kg定为手动操作的极限重量。此外，国外公司通常附有更加详细的人性化要求，如不允许两人或两人以上抬、扛重物；不允许双手负重上下楼梯，等等。为了尽量减少手动负重操作，总体布置设计中，可以考虑将相似设备尽量集中布置，同时，需要针对不同布置区域设备的维修要求，维修/更换的部件尺寸/重量、维修/更换频率、与卸货区之间的距离等因素，预留相应的机械运输通道。

机械运输通道的高度、宽度，通常需要满足所要运输最大、最重部件的要求，且应充分考虑运输设施(吊机、滑道梁等)、作业顺序、辅助机具等的空间要求。

以图2中某海洋平台中层甲板布置图为例，图中的甲板东侧为泵区，西侧为井口区管汇和计量设备。为了方便泵及附属设施的维修/更换，总体布置中考虑了机械运输通道的共用(如图中箭头所示)，可通过滑道梁将需要维修/更换的部件直接运输至卸货区，然后通过吊机运走，从而将手动负重操作的频率和风险降到最低。

2.2 斜梯

海洋工程一般为多层的钢结构设施，上下层之间以及操作维修频率高的操作平台等处会设置大量的斜梯。考虑到人体运动的安全和舒适度，斜梯角度应采取人性化的设置。根据以往项目经验及可参考的相关规范，关于斜梯角度的相关规定汇总如下。

(1) 在国外公司(如Chevron、 BHPB等)的设计规定中，斜梯角度一般允许值是26.5°～45°，推荐值为30°～38°。

(2) 国内的陆地规范也对此进行了更新。如： SH 3011—2011的第6.3.4节规定“斜梯的倾斜角不应大于45°，经常性双向通行的倾斜角度不宜大于38°”[3]；GB 4053.2—2009的第4.2.1节规定“固定式钢斜梯与水平面的倾角应在30°～75°范围内，优选倾角为30°～35°，偶尔性进入的最大倾角宜为42°，经常性双向通行的最大倾角宜为38°”[4]。

图2 泵区的机械运输通道Fig.2 Mechanical handling routing of pump area

(3) 而在国内的海洋工程领域，《海上固定平台安全规则》的第11.2.2节规定“扶梯斜度应不陡于50°″[5]。

由以上对比可看出，国内海洋工程规范的相关规定仍需要更新和进步，斜梯角度的设置宜采用更具人性化的参数。

此外，发生危险需要撤离时，各层甲板的工作人员需要首先撤离至生活区侧的人员聚集区，如果最后一个斜梯的朝向是对着聚集区，就会对撤离人员产生较好的心理影响。这种情况一般体现在FPSO等浮式设施上，因此，FPSO等浮式设施各上部模块连接主甲板的各个斜梯，均应按照朝向生活区方向设置为宜。

3 降振降噪设计

振动和噪声是影响人员身心健康的一大危害源，相关规范中也进行了相应的规定，如《海上固定平台安全规则》中第18.3节，对噪声控制要求进行了详细规定，并对不同的处所，如生产作业办公处所、生活起居处所、机器处所(封闭机器处所、开敞机器处所)等进行了噪声控制值的量化规定[5]。

在实际的项目运行中，对于大型的动设备(如泵、压缩机、电站等易产生振动和噪声的设施)本身，在招标文件中对其振动和噪声进行了限制。尽管如此，部分设施如涡轮机的噪声级别仍然较高，因此，在总体布置时，需要将振动源、噪声源尽量远离生活区和人员工作时间较长的区域；如有必要，可采取物理隔音等措施。

然而，如何进行详细的定量分析，在国内项目中仍然需要进一步突破和提高。图3为国外某海洋平台定量分析后得到的其中一张噪声等高线图，在此基础上，就可以完成更为详细的总体布置方案分析与优化、噪声预防、设置噪声限制区域等一系列的工作，最终的目的，仍然是为现场人员提供一个更为安全、健康、舒适的工作环境。

图3 噪声等高线图Fig.3 Noise contours drawing

4 人性化设计与投资

总体布置需要尽量降低投资，但是设计也需要考虑人性化操作，两者的矛盾经常不可避免，此时就需要综合考虑两者孰轻孰重，权衡利弊。

以某平台上层甲板布置为例，图4的方案将管子堆场(包含枕木、钻杆及附属设施)布置于井口区西侧，占用了较大空间；图5的方案将管子堆场布置于南北两井口区之间，使得2轴东侧的甲板外悬由图4中的11.5m优化为8m，但是由于下面各层甲板中房间、设备的布置空间紧张，仍无法优化轴间距。

图5的布置方案优化了部分甲板面积，节省了部分成本。但是，由于钻修井作业时，管子堆场将会覆盖部分井口区域，因此，作业期间会涉及堆场的移动，从而增加了额外的海上工作量和一定的操作风险，同时也间接增加了平台的后期运营成本。而图4的方案虽然增加了部分甲板面积，但是不会存在上述问题，在人性化操作方面是相对较好的选择。这种情况下，就需要详细核实两个方案之间综合成本的差异，并咨询业主和操作方的意见或建议，解决好节省投资与人性化操作的矛盾。

图4 布置方案一Fig.4 General layout plan 1

图5 布置方案二Fig.5 General layout plan 2

5 结 语

人性化设计是一个复杂的、多专业的系统性工程。除了总体布置以外，还包括工艺、机械、结构、管道、安全、舾装、电气、仪表等各专业的内容。目前在海洋工程领域没有统一的标准，只是因工程公司规定、业主要求、项目要求而异。

而建立一套全面、合理的海洋工程人性化设计体系，需要详细的调查研究做基础，并由多专业、具有丰富经验的技术团队进行设计，同时需要业主方、操作方的参与，共同完成。

随着社会文明和技术的不断进步，工程设计的国际化、现代化也在日趋成熟。相信在不久的将来，人性化设计的理念和规范会不断创新、完善，并会体现到一个又一个的精品工程之中。

[1] 丁玉兰.人机工程学(第三版)[M].北京： 北京理工大学出版社，2005.

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

[3] 中华人民共和国工业和信息化部.SH 3011，石油化工工艺装置布置设计规范[S].2011.

[4] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局/中国国家标准化管理委员会.GB 4053.2，固定式钢梯及平台安全要求第2部分： 钢斜梯[S].2009.

[5] 中华人民共和国国家经济贸易委员会.海上固定平台安全规则[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

李韬(1980—)，男，工程师，主要从事海洋工程总体布置及管道设计工作。