石油化工项目中控制室的建筑设计探讨

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

随着石油化工企业向着大型化、综合化、智能化的方向转变，传统的监控和生产管理模式也在发生着改变。目前控制室通常具有生产操作、过程控制、安全保护、仪表维修等功能，有些大型控制室的操作室会是一个全封闭的操作空间。解决封闭空间带来的环境压抑感、提高工作效率，是设计师需要解决的问题，从而打造出一个平面布置合理、空间利用高效及可持续发展的控制室建筑。

1 控制室的分类及相关设计规范

控制室是位于石油化工装置或联合装置内具有生产操作、过程控制、安全保护、仪表维护等功能的建筑物。控制室就是石油化工项目运行集中控制、调度、观测、监视和对外联系的中枢。根据控制室的不同功能及所处控制的装置区域，可分为中心控制室、现场控制室及现场机柜室。

中心控制室：位于石油化工工厂内具有生产操作、过程控制、安全保护、先进控制与优化、仪表维护、仿真培训、生产管理及信息管理等功能的综合性建筑物[1]。

现场控制室：位于石油化工工厂内公用工程、储运系统、辅助单元、成套设备的现场，具有生产操作、过程控制、安全保护等功能的建筑物[1]。

现场机柜室：位于石油化工工厂现场，用于安装仪表、控制系统机柜及其他设备的建筑物[1]。

控制室的使用空间和环境质量的要求较高，在满足仪表专业及电气、暖通等相关专业要求的基础上，遵循相应的国家规范、规定和标准进行设计。控制室的设计主要需遵循的设计规范及标准有：GB 50016—2014（2018年版）《建筑设计防火规范》、GB 50160—2008（2018年版）《石油化工企业设计防火标准》、SH/T 3017—2013《石油化工生产建筑设计规范》、SH/T 3006—2012《石油化工控制室设计规范》，有爆炸危险的石油化工装置的控制室设计还应符合国家规范GB 50779—2012《石油化工控制室抗爆设计规范》及行业标准SH/T 3160—2009《石油化工控制室抗爆设计规范》的规定。

2 设计原则

控制室的总体规划布局应科学规划，规划在总图中的位置选择应合理。在石油化工项目设计中，“安全”这一理念贯穿始终，为了操作人员和控制系统的安全，控制室应尽可能位于爆炸危险区域外。

建筑平面应科学合理地进行空间布局。室内空间既要简便通顺，又要最大限度地降低各操作空间的相互干扰，满足使用功能要求，并满足防火、防爆、防腐、防尘、恒温控湿等规范要求，设计时引入人性化的设计理念，营造“以人为本”的工作环境。

3 建筑设计

3.1 建筑总图布置

在确定控制室建筑总图位置的时候，除了考虑建设地块及风向的因素，还要特别注意控制室应位于爆炸危险区域外；不宜靠近运输物料的主干道布置；应远离高噪声源、振动源和存在较大电磁干扰的场所；不应与危险化学品库相邻布置；并不宜与总变电所、区域变配电所相邻，如受条件限制相邻布置时，不应共用同一建筑[1]。

抗爆控制室应独立设置，不得与非抗爆建筑物合建，至少在两个方向设置人员的安全出口，且不得直接面向甲、乙类工艺装置[2]。

3.2 建筑物的结构形式

控制室的结构形式一般为单层钢筋混凝土框架结构，按其是否具有抗爆防护，围护做法有所不同：

抗爆控制室的结构形式一般为钢筋混凝土框架结构+钢筋混凝土剪力墙抗爆围护，此结构形式按其抵抗爆炸力的计算方式又可以分为刚性抗爆和弹性抗爆。所谓刚性抗爆就是框架柱与剪力墙紧密连接在一起，其计算模型为：在外部爆炸冲击波的影响下，抗爆墙能轻易抵抗，且墙体的变形可以忽略。弹性抗爆则是将框架柱与剪力墙完全脱开，框架和剪力墙各司其责，允许剪力墙在抵抗爆炸冲击波时有轻微变形，变形尺寸在可控范围内，不影响框架的承重能力。

非抗爆控制室的结构形式一般为钢筋混凝土框架结构+砌块填充墙围护。

抗爆控制室的结构形式采用刚性抗爆还是弹性抗爆一般由结构专业根据建筑物的平面尺寸、高度及爆炸冲击波的数值决策。

3.3 建筑平面设计

控制室的各功能房间的布置是控制室设计的重点，它不仅关系到各功能区域的划分，还涉及电缆进出线的位置合理性及日常维护的便捷性，这些直接影响到建筑的外部造型。

控制室的主要功能房间包括操作室、机柜室、工程师室、空调机室、UPS室及备件室等。

辅助用房包括交接班室、会议室、更衣室、办公室、资料室、休息室及卫生间等。

控制室内房间布置应符合以下规定：

（1）操作室宜与机柜室、工程师室相邻布置，并有门相通；

（2）机柜室、工程师室与辅助房间相邻时，不宜有门相通；

（3）UPS室宜与机柜室相邻布置；

（4）空调机房不宜与操作室、工程师室相邻布置，如受条件限制相邻布置时，应采取减振和隔音措施。空调机房应设通向建筑物室外的门，并应考虑进出设备的需要。

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、机柜间和工程师室。在建筑平面设计时，需合理设置功能房间及辅助房间，既要避免拥挤造成空间狭小、操作不便，又要避免房间太大造成的空间浪费。根据SH/T 2006—2012《石油化工控制室设计规范》，对具有两个操作站的操作室，建筑面积宜为40～50 m2，每增加一个操作站，面积可增加5～8 m2，并可根据所布置的设备数量及布置方式等进行调整。当设置大屏幕显示器时，操作站距大屏幕的水平净距离不宜小于3 m。

在对操作室和机柜室进行设计时，有时会考虑今后生产发展的需求，根据生产发展规模适当预留扩展空间。

3.3.2 功能区域划分

为了打造结构清晰，分区明确，紧凑连续的室内空间，合理划分功能区与辅助用房的区域，经济合理地布置功能房间尤为重要。

图1为华东某石化项目的聚丙烯装置现场机柜间平面布置图，建筑东西宽16 m，南北长27 m，主要包括有机柜室、仪表工程师室、工艺工程师室、操作间、UPS室、空调机房及备品备件室等房间。该现场机柜间为抗爆机柜间，无人值守。平面布置时，主要考虑操作室、机柜室和工程师室相邻布置；UPS室与机柜室相邻布置；空调机房则远离操作室与机柜室、工程师室。考虑到工作人员的操作便捷及装置电缆的合理布线，尽可能减少电缆的长度，便于施工、维护及管理。操作室内的操作站可按直线、折线或弧线布置，当有两个或两个以上相对独立的工艺装置操作站时，操作站宜分组布置。机柜室内的机柜宜按照功能相近、方便配线原则布置机柜，满足安装、接线、检修需要。空调机室宜远离操作室与机柜室、工程师室，避免对操作室与机柜室造成噪音、振动及电磁干扰。

该机柜间的主入口在东、西侧各设置一个，避免直对工艺装置。人员通道外门的内侧设置隔离前室，隔离前室上的门为连锁。东侧入口处在室外还设置了门斗，对人员入口设置防护，确保人员的安全出口的安全性。东侧的出入口设置在操作室和工程师室附近，便于人员的安全疏散；西侧的出入口设置在空调机房和UPS室之间，有效避免了空调机房在运行中的产生的噪音对操作室和工程师室的干扰。

3.3.3 非抗爆控制室设计时应考虑更多的自然采光

非抗爆控制室在平面布置时，除了考虑平面布置上的经济合理，操作室、机柜室和工程师室宜采用人工照明，员工经常停留的场所如办公、会议室，交接班室、休息室等辅助用房应尽量靠近采光好的南边布置，充分利用自然采光和自然通风，增加办公环境的舒适度。

图1 现场机柜间一层平面布置Fig.1 Plan for first floor of local control room

3.3.4 抗爆控制室设计造型宜规整，交通流线合理

设在厂区或生产装置区域的抗爆控制室，建筑平面宜为矩形，这样建筑整体刚度最大，爆炸荷载相对较小，并且可以得到较大的围合空间，平面上的利用率高，建筑的能耗较低。

图2为江苏省某石化项目中的中心控制室，为抗爆结构。建筑平面布置呈矩形，建筑东西宽79 m，南北长44.5 m，本单体共设5个人员出入口和一个设备出入口。人员主入口布置在南面，其余四个安全出口均匀地布置在东、西和北面。在人员通道外门的内侧设置了隔离前室，隔离前室上的门为连锁，这样能有效地保持室内的正压环境，隔离前室的内外侧均设有抗爆门，内外抗爆门具备不同时开启的连锁功能，以确保建筑内部的安全。该建筑进深有44.5 m，环形的走廊较好地将房间分隔为主要功能房间和辅助房间，平面的中心位置为中央控制室，各装置和部门的控制机柜分片布置，条理分明，并预留有扩建的空间；环形走廊的北侧为机柜间，同样按各使用部门布置，对管理十分有利；环形走廊的南侧为本建筑的主入口，人员较为集中，布置有各装置和使用部门的交接班室等房间；走道的东西侧，则主要布置空调机房、配电室、电信室等功能房间和卫生间、茶水间等生活辅助用房。整个建筑平面，通过环形走廊使主要功能房间与辅助用房区域联系起来，不仅满足各房间消防疏散要求，还起到了交通组织的作用。操作室、机柜室、工程师室及其他辅助用房等相对独立的用房围绕中央控制室这个核心布置，矩形的平面布置，使得整体空间被有效利用，室内空间合理紧凑，交通流线清晰明了。

图2 中心控制室一层平面布置Fig.2 Plan for first floor of central control room

图3是中心控制室的二层平面，主要是利用中心控制室层高较高的特点，将一些相关的会议室、值班室、更衣室等布置在对层高要求较低的交接班室等辅助用房的上方，巧妙地利用空间解决管理房间不足的问题，从而使得整个建筑的空间利用率提高，布局更趋合理。

3.3.5 控制室防火分区及疏散距离的探讨

图3 中心控制室二层平面布置Fig.3 Plan for second floor of central control room

在石化行业标准的规定中，控制室属于工业建筑，其生产的火灾危险性类别为丁类[3]，建筑的耐火等级为一级[1]。根据《建筑设计防火规范》第3.3.1条的规定，单层和多层的控制室其建筑的防火分区面积不限[4]，根据《建筑设计防火规范》第3.7.4条的规定，单层和多层的控制室疏散距离可以不限[4]。

但从工程实际来看，有时控制室特别是工厂中央控制室，由于抗爆控制室的安全性（抗爆维护）、舒适性（中央空调）较高，业主往往要求将一些非控制室必需的功能房间，比如各种会议室、办公室、资料室等功能间布置在控制室建筑物内，从而导致建筑物内人员密集，建筑面积庞大，往往一个中央控制室的面积可达4 000～5 000 m2，此时，若还是按照丁类工业建筑来设计，不考虑建筑物防火分区及人员疏散距离，人员的安全会存在隐患。

如何合理地解决这个问题？根据本人的设计经验及审图公司、消防审查专家的审查意见，笔者认为应从以人为本的角度出发，对于人员较为密集的控制室，其使用性质实际上已经不能算是纯粹的工业建筑，更接近于公共建筑。所以，在此类控制室的设计时，特别是中心控制室设计，建议建筑物室内的防火分区面积及疏散距离，可参照GB 50016—2014（2018年版）《建筑设计防火规范》[5]中第五章《民用建筑》的相关防火分区、安全疏散的规定设计。

图4为上述中心控制室设计时的防火分区示意图，整栋建筑设划分为三个防火分区，各防火分区用防火墙分隔，防火分区的面积均控制在2 500 m2内，疏散距离按《建筑设计防火规范》第5.5.17条执行，较好地体现了以人为本的设计理念。

3.4 立面设计

控制室建筑的立面设计时需结合平面功能，建筑立面造型主要以简洁大方为主，并与周边建筑物风格相融合，力求风格统一。

非抗爆控制室在立面设计时相对灵活，可通过外装饰的材料、颜色、窗户的设置以及建筑体块的穿插，来丰富立面造型。随着社会的进步，许多企业对自身企业文化形象的追求越来越高，对建筑外立面的美观性也越来越重视。在立面材料的选择上，可根据周边建筑的立面风格及业主的需求，从美观上考虑可选用幕墙系统：如石材、金属、陶板幕墙等；从经济合理性角度出发可选用外墙涂料。随着科技的不断发展，新材料的不断涌现，如仿石材涂料、仿金属涂料，这些材料既美观又经济，符合控制室建筑设计的工业特性。

抗爆控制室因要抵抗外部的爆炸荷载，减轻装置爆炸后可能产生的次生破坏，因此要求立面造型简洁，不应做过多的装饰，不设置雨篷、挑檐等构件，主要以涂料的色彩、立面分仓缝进行立面装饰。从立面材料的合理性上考虑，应优先选择采用外墙涂料。

图4 中心控制室防火分区平面示意Fig.4 Fire compartment plan for central control room

不论是非抗爆控制室还是抗爆控制室，在立面材料的选择上尚需要考虑与外墙保温材料的结合性。因此在选用外墙涂料时，可采用仿石材涂料，既能提升建筑外立面的美观性，又极大地降低了因外墙外保温材料的施工而引起的立面开裂、不平整性的现象。

3.5 构造设计

由于控制室是全厂生产的重要环节，对所有的生产过程进行控制。控制室建筑在设计时尤其要注意保温、防水、防屏蔽及抗爆等构造节点。

根据控制室所处的不同地区，做好屋面、外墙及地面的保温系统及防水系统。建筑保温材料的燃烧性能不应低于B1级的材料。

操作室、机柜室及工程师室一般均要求做抗静电活动地板及吊顶，由于机柜的重量较大，一般活动地板采用钢制结构；抗爆结构对吊顶的设置有更多的要求：为防止爆炸导致外墙变型从而引起次生灾害，吊顶的周边与建筑外墙之间应设置变形缝，变形缝宽度不应小于50 mm；钢制主龙骨材料厚度不应小于1.0 mm，布置间距不应大于1.2 m，表面应镀锌；吊顶面板应选择轻质材料，不得选用水泥及玻璃制品装饰板材；自重大于1 kg的灯具应采用钢筋吊杆直接固定在混凝土屋面板上，吊杆直径不宜小于6 mm[5]。

抗爆控制室由于要抵抗外部爆炸的破坏性，因此在结构上采用钢筋混凝土框架结构形式，女儿墙高度应在满足屋面泛水构造要求的同时取最小值。外墙采用钢筋混凝土抗爆墙时，墙体厚度及构造通过结构计算确定。不得在室内地面以上的外墙上开设电缆进线洞口，室外电缆进入室内可采用电缆沟进线的方式，且电缆穿墙入口处宜采用专用的电缆穿墙密封模块，并满足抗爆、防火、防水、防尘要求。

抗爆控制室外门、隔离前室内门应选用抗爆防护门，其耐火完整性不应小于1.0 h，抗爆等级以安全专业根据项目实际计算而得。一般不设外窗，若确实需要设置时，应选用固定抗爆防护窗；内窗及室内疏散通道两侧的玻璃隔墙应采用金属框架，并应配置夹膜玻璃或钢化玻璃，使之具有抵抗超压荷载的基本强度，同时避免在爆炸荷载作用下破碎了形成次生伤害。建筑外墙宜采用外墙内保温系统，其外层装饰面应选用整体构造形式。

4 结论

综上所述，控制室的建筑设计，随着可持续发展战略的实施以及社会生产的不断发展，工业建筑的设计也在不断地发生改变，对设计师提出了许多新的要求。伴随着工业建筑、科学技术的日趋复杂，我们所要设计的控制室建筑应以满足社会生产需求，反映其技术性、科学性、经济性为主要特征，将控制室建筑的特点、功能与生产需求相结合，从而创造出符合现代工业控制要求的控制室建筑新形象。