石油化工項(xiàng)目中控制室的建筑設(shè)計(jì)探討

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

隨著石油化工企業(yè)向著大型化、綜合化、智能化的方向轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的監(jiān)控和生產(chǎn)管理模式也在發(fā)生著改變。目前控制室通常具有生產(chǎn)操作、過(guò)程控制、安全保護(hù)、儀表維修等功能，有些大型控制室的操作室會(huì)是一個(gè)全封閉的操作空間。解決封閉空間帶來(lái)的環(huán)境壓抑感、提高工作效率，是設(shè)計(jì)師需要解決的問(wèn)題，從而打造出一個(gè)平面布置合理、空間利用高效及可持續(xù)發(fā)展的控制室建筑。

1 控制室的分類及相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范

控制室是位于石油化工裝置或聯(lián)合裝置內(nèi)具有生產(chǎn)操作、過(guò)程控制、安全保護(hù)、儀表維護(hù)等功能的建筑物。控制室就是石油化工項(xiàng)目運(yùn)行集中控制、調(diào)度、觀測(cè)、監(jiān)視和對(duì)外聯(lián)系的中樞。根據(jù)控制室的不同功能及所處控制的裝置區(qū)域，可分為中心控制室、現(xiàn)場(chǎng)控制室及現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室。

中心控制室：位于石油化工工廠內(nèi)具有生產(chǎn)操作、過(guò)程控制、安全保護(hù)、先進(jìn)控制與優(yōu)化、儀表維護(hù)、仿真培訓(xùn)、生產(chǎn)管理及信息管理等功能的綜合性建筑物[1]。

現(xiàn)場(chǎng)控制室：位于石油化工工廠內(nèi)公用工程、儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、輔助單元、成套設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)，具有生產(chǎn)操作、過(guò)程控制、安全保護(hù)等功能的建筑物[1]。

現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室：位于石油化工工廠現(xiàn)場(chǎng)，用于安裝儀表、控制系統(tǒng)機(jī)柜及其他設(shè)備的建筑物[1]。

控制室的使用空間和環(huán)境質(zhì)量的要求較高，在滿足儀表專業(yè)及電氣、暖通等相關(guān)專業(yè)要求的基礎(chǔ)上，遵循相應(yīng)的國(guó)家規(guī)范、規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。控制室的設(shè)計(jì)主要需遵循的設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)有：GB 50016—2014（2018年版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GB 50160—2008（2018年版）《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》、SH/T 3017—2013《石油化工生產(chǎn)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》、SH/T 3006—2012《石油化工控制室設(shè)計(jì)規(guī)范》，有爆炸危險(xiǎn)的石油化工裝置的控制室設(shè)計(jì)還應(yīng)符合國(guó)家規(guī)范GB 50779—2012《石油化工控制室抗爆設(shè)計(jì)規(guī)范》及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH/T 3160—2009《石油化工控制室抗爆設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。

2 設(shè)計(jì)原則

控制室的總體規(guī)劃布局應(yīng)科學(xué)規(guī)劃，規(guī)劃在總圖中的位置選擇應(yīng)合理。在石油化工項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，“安全”這一理念貫穿始終，為了操作人員和控制系統(tǒng)的安全，控制室應(yīng)盡可能位于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域外。

建筑平面應(yīng)科學(xué)合理地進(jìn)行空間布局。室內(nèi)空間既要簡(jiǎn)便通順，又要最大限度地降低各操作空間的相互干擾，滿足使用功能要求，并滿足防火、防爆、防腐、防塵、恒溫控濕等規(guī)范要求，設(shè)計(jì)時(shí)引入人性化的設(shè)計(jì)理念，營(yíng)造“以人為本”的工作環(huán)境。

3 建筑設(shè)計(jì)

3.1 建筑總圖布置

在確定控制室建筑總圖位置的時(shí)候，除了考慮建設(shè)地塊及風(fēng)向的因素，還要特別注意控制室應(yīng)位于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域外；不宜靠近運(yùn)輸物料的主干道布置；應(yīng)遠(yuǎn)離高噪聲源、振動(dòng)源和存在較大電磁干擾的場(chǎng)所；不應(yīng)與危險(xiǎn)化學(xué)品庫(kù)相鄰布置；并不宜與總變電所、區(qū)域變配電所相鄰，如受條件限制相鄰布置時(shí)，不應(yīng)共用同一建筑[1]。

抗爆控制室應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，不得與非抗爆建筑物合建，至少在兩個(gè)方向設(shè)置人員的安全出口，且不得直接面向甲、乙類工藝裝置[2]。

3.2 建筑物的結(jié)構(gòu)形式

控制室的結(jié)構(gòu)形式一般為單層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，按其是否具有抗爆防護(hù)，圍護(hù)做法有所不同：

抗爆控制室的結(jié)構(gòu)形式一般為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)+鋼筋混凝土剪力墻抗爆圍護(hù)，此結(jié)構(gòu)形式按其抵抗爆炸力的計(jì)算方式又可以分為剛性抗爆和彈性抗爆。所謂剛性抗爆就是框架柱與剪力墻緊密連接在一起，其計(jì)算模型為：在外部爆炸沖擊波的影響下，抗爆墻能輕易抵抗，且墻體的變形可以忽略。彈性抗爆則是將框架柱與剪力墻完全脫開(kāi)，框架和剪力墻各司其責(zé)，允許剪力墻在抵抗爆炸沖擊波時(shí)有輕微變形，變形尺寸在可控范圍內(nèi)，不影響框架的承重能力。

非抗爆控制室的結(jié)構(gòu)形式一般為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)+砌塊填充墻圍護(hù)。

抗爆控制室的結(jié)構(gòu)形式采用剛性抗爆還是彈性抗爆一般由結(jié)構(gòu)專業(yè)根據(jù)建筑物的平面尺寸、高度及爆炸沖擊波的數(shù)值決策。

3.3 建筑平面設(shè)計(jì)

控制室的各功能房間的布置是控制室設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，它不僅關(guān)系到各功能區(qū)域的劃分，還涉及電纜進(jìn)出線的位置合理性及日常維護(hù)的便捷性，這些直接影響到建筑的外部造型。

控制室的主要功能房間包括操作室、機(jī)柜室、工程師室、空調(diào)機(jī)室、UPS室及備件室等。

輔助用房包括交接班室、會(huì)議室、更衣室、辦公室、資料室、休息室及衛(wèi)生間等。

控制室內(nèi)房間布置應(yīng)符合以下規(guī)定：

（1）操作室宜與機(jī)柜室、工程師室相鄰布置，并有門相通；

（2）機(jī)柜室、工程師室與輔助房間相鄰時(shí)，不宜有門相通；

（3）UPS室宜與機(jī)柜室相鄰布置；

（4）空調(diào)機(jī)房不宜與操作室、工程師室相鄰布置，如受條件限制相鄰布置時(shí)，應(yīng)采取減振和隔音措施?？照{(diào)機(jī)房應(yīng)設(shè)通向建筑物室外的門，并應(yīng)考慮進(jìn)出設(shè)備的需要。

3.3.1 核心功能要求

控制室建筑的核心功能主要是操作室、機(jī)柜間和工程師室。在建筑平面設(shè)計(jì)時(shí)，需合理設(shè)置功能房間及輔助房間，既要避免擁擠造成空間狹小、操作不便，又要避免房間太大造成的空間浪費(fèi)。根據(jù)SH/T 2006—2012《石油化工控制室設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)具有兩個(gè)操作站的操作室，建筑面積宜為40～50 m2，每增加一個(gè)操作站，面積可增加5～8 m2，并可根據(jù)所布置的設(shè)備數(shù)量及布置方式等進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)設(shè)置大屏幕顯示器時(shí)，操作站距大屏幕的水平凈距離不宜小于3 m。

在對(duì)操作室和機(jī)柜室進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)會(huì)考慮今后生產(chǎn)發(fā)展的需求，根據(jù)生產(chǎn)發(fā)展規(guī)模適當(dāng)預(yù)留擴(kuò)展空間。

3.3.2 功能區(qū)域劃分

為了打造結(jié)構(gòu)清晰，分區(qū)明確，緊湊連續(xù)的室內(nèi)空間，合理劃分功能區(qū)與輔助用房的區(qū)域，經(jīng)濟(jì)合理地布置功能房間尤為重要。

圖1為華東某石化項(xiàng)目的聚丙烯裝置現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間平面布置圖，建筑東西寬16 m，南北長(zhǎng)27 m，主要包括有機(jī)柜室、儀表工程師室、工藝工程師室、操作間、UPS室、空調(diào)機(jī)房及備品備件室等房間。該現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間為抗爆機(jī)柜間，無(wú)人值守。平面布置時(shí)，主要考慮操作室、機(jī)柜室和工程師室相鄰布置；UPS室與機(jī)柜室相鄰布置；空調(diào)機(jī)房則遠(yuǎn)離操作室與機(jī)柜室、工程師室?？紤]到工作人員的操作便捷及裝置電纜的合理布線，盡可能減少電纜的長(zhǎng)度，便于施工、維護(hù)及管理。操作室內(nèi)的操作站可按直線、折線或弧線布置，當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上相對(duì)獨(dú)立的工藝裝置操作站時(shí)，操作站宜分組布置。機(jī)柜室內(nèi)的機(jī)柜宜按照功能相近、方便配線原則布置機(jī)柜，滿足安裝、接線、檢修需要?？照{(diào)機(jī)室宜遠(yuǎn)離操作室與機(jī)柜室、工程師室，避免對(duì)操作室與機(jī)柜室造成噪音、振動(dòng)及電磁干擾。

該機(jī)柜間的主入口在東、西側(cè)各設(shè)置一個(gè)，避免直對(duì)工藝裝置。人員通道外門的內(nèi)側(cè)設(shè)置隔離前室，隔離前室上的門為連鎖。東側(cè)入口處在室外還設(shè)置了門斗，對(duì)人員入口設(shè)置防護(hù)，確保人員的安全出口的安全性。東側(cè)的出入口設(shè)置在操作室和工程師室附近，便于人員的安全疏散；西側(cè)的出入口設(shè)置在空調(diào)機(jī)房和UPS室之間，有效避免了空調(diào)機(jī)房在運(yùn)行中的產(chǎn)生的噪音對(duì)操作室和工程師室的干擾。

3.3.3 非抗爆控制室設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮更多的自然采光

非抗爆控制室在平面布置時(shí)，除了考慮平面布置上的經(jīng)濟(jì)合理，操作室、機(jī)柜室和工程師室宜采用人工照明，員工經(jīng)常停留的場(chǎng)所如辦公、會(huì)議室，交接班室、休息室等輔助用房應(yīng)盡量靠近采光好的南邊布置，充分利用自然采光和自然通風(fēng)，增加辦公環(huán)境的舒適度。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間一層平面布置Fig.1 Plan for first floor of local control room

3.3.4 抗爆控制室設(shè)計(jì)造型宜規(guī)整，交通流線合理

設(shè)在廠區(qū)或生產(chǎn)裝置區(qū)域的抗爆控制室，建筑平面宜為矩形，這樣建筑整體剛度最大，爆炸荷載相對(duì)較小，并且可以得到較大的圍合空間，平面上的利用率高，建筑的能耗較低。

圖2為江蘇省某石化項(xiàng)目中的中心控制室，為抗爆結(jié)構(gòu)。建筑平面布置呈矩形，建筑東西寬79 m，南北長(zhǎng)44.5 m，本單體共設(shè)5個(gè)人員出入口和一個(gè)設(shè)備出入口。人員主入口布置在南面，其余四個(gè)安全出口均勻地布置在東、西和北面。在人員通道外門的內(nèi)側(cè)設(shè)置了隔離前室，隔離前室上的門為連鎖，這樣能有效地保持室內(nèi)的正壓環(huán)境，隔離前室的內(nèi)外側(cè)均設(shè)有抗爆門，內(nèi)外抗爆門具備不同時(shí)開(kāi)啟的連鎖功能，以確保建筑內(nèi)部的安全。該建筑進(jìn)深有44.5 m，環(huán)形的走廊較好地將房間分隔為主要功能房間和輔助房間，平面的中心位置為中央控制室，各裝置和部門的控制機(jī)柜分片布置，條理分明，并預(yù)留有擴(kuò)建的空間；環(huán)形走廊的北側(cè)為機(jī)柜間，同樣按各使用部門布置，對(duì)管理十分有利；環(huán)形走廊的南側(cè)為本建筑的主入口，人員較為集中，布置有各裝置和使用部門的交接班室等房間；走道的東西側(cè)，則主要布置空調(diào)機(jī)房、配電室、電信室等功能房間和衛(wèi)生間、茶水間等生活輔助用房。整個(gè)建筑平面，通過(guò)環(huán)形走廊使主要功能房間與輔助用房區(qū)域聯(lián)系起來(lái)，不僅滿足各房間消防疏散要求，還起到了交通組織的作用。操作室、機(jī)柜室、工程師室及其他輔助用房等相對(duì)獨(dú)立的用房圍繞中央控制室這個(gè)核心布置，矩形的平面布置，使得整體空間被有效利用，室內(nèi)空間合理緊湊，交通流線清晰明了。

圖2 中心控制室一層平面布置Fig.2 Plan for first floor of central control room

圖3是中心控制室的二層平面，主要是利用中心控制室層高較高的特點(diǎn)，將一些相關(guān)的會(huì)議室、值班室、更衣室等布置在對(duì)層高要求較低的交接班室等輔助用房的上方，巧妙地利用空間解決管理房間不足的問(wèn)題，從而使得整個(gè)建筑的空間利用率提高，布局更趨合理。

3.3.5 控制室防火分區(qū)及疏散距離的探討

圖3 中心控制室二層平面布置Fig.3 Plan for second floor of central control room

在石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定中，控制室屬于工業(yè)建筑，其生產(chǎn)的火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為丁類[3]，建筑的耐火等級(jí)為一級(jí)[1]。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第3.3.1條的規(guī)定，單層和多層的控制室其建筑的防火分區(qū)面積不限[4]，根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第3.7.4條的規(guī)定，單層和多層的控制室疏散距離可以不限[4]。

但從工程實(shí)際來(lái)看，有時(shí)控制室特別是工廠中央控制室，由于抗爆控制室的安全性（抗爆維護(hù)）、舒適性（中央空調(diào)）較高，業(yè)主往往要求將一些非控制室必需的功能房間，比如各種會(huì)議室、辦公室、資料室等功能間布置在控制室建筑物內(nèi)，從而導(dǎo)致建筑物內(nèi)人員密集，建筑面積龐大，往往一個(gè)中央控制室的面積可達(dá)4 000～5 000 m2，此時(shí)，若還是按照丁類工業(yè)建筑來(lái)設(shè)計(jì)，不考慮建筑物防火分區(qū)及人員疏散距離，人員的安全會(huì)存在隱患。

如何合理地解決這個(gè)問(wèn)題？根據(jù)本人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及審圖公司、消防審查專家的審查意見(jiàn)，筆者認(rèn)為應(yīng)從以人為本的角度出發(fā)，對(duì)于人員較為密集的控制室，其使用性質(zhì)實(shí)際上已經(jīng)不能算是純粹的工業(yè)建筑，更接近于公共建筑。所以，在此類控制室的設(shè)計(jì)時(shí)，特別是中心控制室設(shè)計(jì)，建議建筑物室內(nèi)的防火分區(qū)面積及疏散距離，可參照GB 50016—2014（2018年版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[5]中第五章《民用建筑》的相關(guān)防火分區(qū)、安全疏散的規(guī)定設(shè)計(jì)。

圖4為上述中心控制室設(shè)計(jì)時(shí)的防火分區(qū)示意圖，整棟建筑設(shè)劃分為三個(gè)防火分區(qū)，各防火分區(qū)用防火墻分隔，防火分區(qū)的面積均控制在2 500 m2內(nèi)，疏散距離按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第5.5.17條執(zhí)行，較好地體現(xiàn)了以人為本的設(shè)計(jì)理念。

3.4 立面設(shè)計(jì)

控制室建筑的立面設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合平面功能，建筑立面造型主要以簡(jiǎn)潔大方為主，并與周邊建筑物風(fēng)格相融合，力求風(fēng)格統(tǒng)一。

非抗爆控制室在立面設(shè)計(jì)時(shí)相對(duì)靈活，可通過(guò)外裝飾的材料、顏色、窗戶的設(shè)置以及建筑體塊的穿插，來(lái)豐富立面造型。隨著社會(huì)的進(jìn)步，許多企業(yè)對(duì)自身企業(yè)文化形象的追求越來(lái)越高，對(duì)建筑外立面的美觀性也越來(lái)越重視。在立面材料的選擇上，可根據(jù)周邊建筑的立面風(fēng)格及業(yè)主的需求，從美觀上考慮可選用幕墻系統(tǒng)：如石材、金屬、陶板幕墻等；從經(jīng)濟(jì)合理性角度出發(fā)可選用外墻涂料。隨著科技的不斷發(fā)展，新材料的不斷涌現(xiàn)，如仿石材涂料、仿金屬涂料，這些材料既美觀又經(jīng)濟(jì)，符合控制室建筑設(shè)計(jì)的工業(yè)特性。

抗爆控制室因要抵抗外部的爆炸荷載，減輕裝置爆炸后可能產(chǎn)生的次生破壞，因此要求立面造型簡(jiǎn)潔，不應(yīng)做過(guò)多的裝飾，不設(shè)置雨篷、挑檐等構(gòu)件，主要以涂料的色彩、立面分倉(cāng)縫進(jìn)行立面裝飾。從立面材料的合理性上考慮，應(yīng)優(yōu)先選擇采用外墻涂料。

圖4 中心控制室防火分區(qū)平面示意Fig.4 Fire compartment plan for central control room

不論是非抗爆控制室還是抗爆控制室，在立面材料的選擇上尚需要考慮與外墻保溫材料的結(jié)合性。因此在選用外墻涂料時(shí)，可采用仿石材涂料，既能提升建筑外立面的美觀性，又極大地降低了因外墻外保溫材料的施工而引起的立面開(kāi)裂、不平整性的現(xiàn)象。

3.5 構(gòu)造設(shè)計(jì)

由于控制室是全廠生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)所有的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。控制室建筑在設(shè)計(jì)時(shí)尤其要注意保溫、防水、防屏蔽及抗爆等構(gòu)造節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)控制室所處的不同地區(qū)，做好屋面、外墻及地面的保溫系統(tǒng)及防水系統(tǒng)。建筑保溫材料的燃燒性能不應(yīng)低于B1級(jí)的材料。

操作室、機(jī)柜室及工程師室一般均要求做抗靜電活動(dòng)地板及吊頂，由于機(jī)柜的重量較大，一般活動(dòng)地板采用鋼制結(jié)構(gòu)；抗爆結(jié)構(gòu)對(duì)吊頂?shù)脑O(shè)置有更多的要求：為防止爆炸導(dǎo)致外墻變型從而引起次生災(zāi)害，吊頂?shù)闹苓吪c建筑外墻之間應(yīng)設(shè)置變形縫，變形縫寬度不應(yīng)小于50 mm；鋼制主龍骨材料厚度不應(yīng)小于1.0 mm，布置間距不應(yīng)大于1.2 m，表面應(yīng)鍍鋅；吊頂面板應(yīng)選擇輕質(zhì)材料，不得選用水泥及玻璃制品裝飾板材；自重大于1 kg的燈具應(yīng)采用鋼筋吊桿直接固定在混凝土屋面板上，吊桿直徑不宜小于6 mm[5]。

抗爆控制室由于要抵抗外部爆炸的破壞性，因此在結(jié)構(gòu)上采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式，女兒墻高度應(yīng)在滿足屋面泛水構(gòu)造要求的同時(shí)取最小值。外墻采用鋼筋混凝土抗爆墻時(shí)，墻體厚度及構(gòu)造通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定。不得在室內(nèi)地面以上的外墻上開(kāi)設(shè)電纜進(jìn)線洞口，室外電纜進(jìn)入室內(nèi)可采用電纜溝進(jìn)線的方式，且電纜穿墻入口處宜采用專用的電纜穿墻密封模塊，并滿足抗爆、防火、防水、防塵要求。

抗爆控制室外門、隔離前室內(nèi)門應(yīng)選用抗爆防護(hù)門，其耐火完整性不應(yīng)小于1.0 h，抗爆等級(jí)以安全專業(yè)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際計(jì)算而得。一般不設(shè)外窗，若確實(shí)需要設(shè)置時(shí)，應(yīng)選用固定抗爆防護(hù)窗；內(nèi)窗及室內(nèi)疏散通道兩側(cè)的玻璃隔墻應(yīng)采用金屬框架，并應(yīng)配置夾膜玻璃或鋼化玻璃，使之具有抵抗超壓荷載的基本強(qiáng)度，同時(shí)避免在爆炸荷載作用下破碎了形成次生傷害。建筑外墻宜采用外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)，其外層裝飾面應(yīng)選用整體構(gòu)造形式。

4 結(jié)論

綜上所述，控制室的建筑設(shè)計(jì)，隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施以及社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，工業(yè)建筑的設(shè)計(jì)也在不斷地發(fā)生改變，對(duì)設(shè)計(jì)師提出了許多新的要求。伴隨著工業(yè)建筑、科學(xué)技術(shù)的日趨復(fù)雜，我們所要設(shè)計(jì)的控制室建筑應(yīng)以滿足社會(huì)生產(chǎn)需求，反映其技術(shù)性、科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性為主要特征，將控制室建筑的特點(diǎn)、功能與生產(chǎn)需求相結(jié)合，從而創(chuàng)造出符合現(xiàn)代工業(yè)控制要求的控制室建筑新形象。