автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Адаптивный выбор оптимальных технологий и организационных схем строительства наземных объектов трубопроводного транспорта

1 ОСУДАРС1 ВлННАя АКАДЕМИЯ НлФ 1II И 1 АЗА кмени П.М.ГУЕКПНА

На. правах рлмлигеп УДК 622.691.4.004.53

X.-\-ТТ \ ТТТТГТ1 ТЭТ1ГГ 1Т ТТТ * ТТЛ ТТТТТ7ТЗТТТ.Т

XI./ ¿У"^ I I I & £ 1 ± 1 Л. ^ хххд-/х>хх х

АДАПТИВНЫЙ ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ОРГАНИЗАЦИОННЫХ СХЕМ СТРОИТЕЛЬСТВА НАЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ И ОБЪЕКТОВ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА

^тт^тттхпттт.тхгчл'тт,' 1 1 /~*Т-Г»/МТТАТТТ.Р-ТТ>О Тг "3Р*ГТТ-Г"'>7<ПТТТТ'Т ттрЛ-г.эгтэттгчп«

VII 1 мш 1 V1 ^, л . х ^ 14 г и1<ш^1Л л X

В0Д02. 023 Н ХрЭН-гихНI¿1,.

АВТОРЕФЕРАТ х-гссертзитл Ка сопскзктгс \™ггпо;г стсисшь

КЗНДгГДЗГЗ Т£>_ги1-1£СЫЕ Н^уК.

Москва. 1997 г.

Работа выполнен?, ь ГосуларетЕеннои акааемип нефш к газа иы. Н.Ы Гуоишп

II v.-^íHbir-í i;OHC12HI - ДОКТОр Г£XHJr-I¿С• JL'C KaV2»

I 1 »4/ Ul. L/ . v X .

лфгшТСлизпЬГс OiuiOHcHTbi; ДОКТОр T£MKJincCrJÜv HtivlC

профессор Шзшшо В. Д.

кандидат технических наук Аронов В.Я.

Ратттплд ¡\Л -___, . ............ .......

¿зшгаа состоится ЧаСОБ Б

пуд.^ТЯ^ ка заседании дне сертационного' совета Д 053.27.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технически наук по специальности 05.15.13 "Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз п хранилищ " при Государственной академии нефпг н газа ¡ai. И.М. Губкина по адресу; 11/917, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, о j.

диссертацией ГсЮ^кно ознакогиптсд в сиоллогеке ГАНГ 1Ш. К.М. Г\ ■хнзша

.ЛЕгоиешеиаг оазослан " ¡90fif-. . . * - -/—

VncKbui секретарь диссертационного совета доктоо технических нам: поошессоо

i .i .-DAL-i'-L'lDUC)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Решение проблемы комплексного анализа и обоснования перспектив развития нефтегазовых комплексов характеризуется высоким уровнем неопределенности, необходимостью анализа и оценки но многим критериям, вариантам технических решений объектов и выбора наиболее эффективных из них в целях экономичного использования ресурсов, выделяемых на строительство и эксплуатацию указанных систем.

Для нефтегазового строительства характерны высокие темпы создания производственных баз, жилья, социально-бытовой инфраструктуры, дорог и т.п., что традиционно выполняется в пионерный период.

В таких условиях требуются принципиально новые подходы и мегоды строительства. Одним из прогрессивных направлений в нефтегазовом строительстве является объемно-блочный метод, которому посвящена данная работа. Он позволяет решить сложнейшие проблемы, связанные с развитием региональных нефтегазовых комплексов в нужные сроки с минимальными затратами труда и материально-технических ресурсов.

Актуальность широкого внедрения объемно-блочного метода строительства особенно возрастает в условиях подрядного рынка, когда снижение ресурсоемкое™ строительства становится одним из главных факторов обеспечения конкурентоспособности отрасли.

Это обуславливает актуальность и значимость постановки и решения задачи выбора рациональных проектных решений при сооружении наземных нефтегазовых объектов.

В последние годы накоплен большой опыт решения различных оптимизационных задач по выбору проектных решений. Вместе с тем, при решении такого рода задач очень часто необходимо учитывать неопределенности, связанные с проектной ситуацией, в первую очередь с возможными условиями реализации выбираемого проектного решения. Рациональное проектное ре-

шение в этом случае должно удовлетворять спектру возможных условий строительства, т.е. быть гибким, приспособляемым к тем или иным условиям с минимальными доработками и. как следствие с минимальными затратами на адаптацию.

Такой взгляд на выбор рационального проектного решения требует разработки методов формализации комплекса задач, учета и устранения неопределенности условий при проектировании, разработке эффективных способов адаптации элементов проектных решений к реальным условиям.

Предлагаемая в диссертационной работе методика рационального проектирования в условиях неопределенности, принимая во внимание возможные проектные ситуации, представительное множество условий, варианты проектных решений и их критериальные оценки для этих условий, позволяет выбрать рациональный вариант, который характеризуется минимальными ожидаемыми затратами с учетом затрат на компенсационные меры по приспособляемости варианта к спектру заданных условий.

Цель диссертационной работы. Целью исследований, проведенных автором с 1970г. по 1996г., является разработка методики выбора рационального системного унифицированного проектного решения, удовлетворяющего спектру возможных условий применения с минимальными затратами на адаптацию.

Теоретической основой предлагаемой методики является современная методология системного анализа исследования операций и принятия решений на базе методов моделирования и оценки показателей эффективности проектных решении, а также классификации учета неопределенности на базе принципов адаптации.

Основными задачами исследования являются:

■ системный анализ проблемы выбора комплексного проектного решения в условиях неопределенности;

■ разработка методики классификации исходных данных при проектировании нефтегазовых наземных объектов;

■ формирование базового набора проектных ситуаций в т.ч. для районов Прикаспия;

■ формирование вариантов системного унифицированного проектного решения;

■ разработка комплексной модели выбора рационального проектного решения;

■ разработка типовой методики и методов принятия решений по выбору рационального проектного решения в условиях неопределенности.

Научная ноонзна. Предлагается методика выбора рационального системного унифицированного проектного решения, адаптированного к спектру возможных условий проектной ситуации (в условиях неопределенности относительно характеристик местности и физико-механических свойств месторождения).

Проведена классификация исходных данных по выбору базового набора проектных ситуаций.

Сформированы варианты системных унифицированных проектных решений.

Разработана общая структура схема и на ее основе комплексная модель выбора адаптивного рационального системного унифицированного проектного решения.

Разработаны методы принятия решений по выбору адаптивного рационального системного унифицированного проектного решения.

Моделирование реализации системного унифицированного проектного решения в рамках конкретной проектной ситуации дает возможность оценить суммарные затраты на создание наземного объекта комплекса путем оценки затрат по всему "жизненному циклу" (проектирование, изготовление, доставка, монтаж, наладка), а также определить комплекс корректирующих мер.

которые необходимо пронести применительно к системного унифицированного проектного решения для учета конкретных условий и факторов, характеризующих особенности месторождения.

Реализации н пнедренне pemil.г» ion работы. Разрабоиси автора были использованы п процессе проектирования и строительства наземных объектов и объектов трубопроводного транспорта при обустройстве нефтегазовых месторождений Прпкасния, н частности Астраханского, Карачагапакско-го. Тснгизского газокопденсатых месторождений. а также нефтяных промыслов (Башкирнефти, Орснбургнсфтн. Куйбышевнсфти, Актюбинснефти), Мангышлакского нефтяного месторождения.

Реализация мероприятий, основанных па исследованиях и разработках автора, позволила обеспечить своевременный ввод в эксплуатацию промыслов и получить значительный экономический эффект.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научно-технических советах Миннефтегазетроя (02.04.85, 21.09.87), Мингаз-прома (11.06.86. 01.03.88). Главвостокпсф|с1 азстроя (03.05.80, 11.07.81, 15.09.83). паучпо-пракшчеекпх конференциях в Уфе (18.02.78, 04.04.81), Тюмени (20.05.8(j.'18.02.88). Актюбинске (18.07.84), Астрахани (30.10.87), Перми (04.03.86).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссср!анионная работа состоит из введения четырех глав, основные выводы, приложения и списка литературы.

Основное содержание работы

D введении дано обоснование актуальности выбранной темы, сформулированы цель и задачи исследовании, показаны практическая ценность работы.

В первой главе дан анализ современных методов организации и технологии строительства нефтегазовых объектов в сложных условиях на примере опыта создания Прикаспийского нефтегазового комплекса.

В современных условиях интенсификация инвестиционного процесса заключается в ускорении ввода в действие и освоения построенных производственных мощностей, уменьшении объемои незавершенного строиге.м.сг-ва, повышении роста производительное!и труда в строительстве, снижении капиталоемкости, трудоемкости, энергоемкости и материалоемкосш (включая активную часть фондов) основных производственных фондов. Успешное решение задачи интенсификации инвестиционного процесса можег быть обеспечено при условии рациональной координации и взаимной увязки деятельности всех его участников (включая отрасли машиностроения, промышленности строительных материалов, конструкций и детален, черной металлургии и др.).

В числе различных методов интенсификации производственных процессов комплектно-блочный метод строительства (КЕМ) наземных объектов добычи, подготовки, транспорта и переработки углеводородного сырья получил наибольшее распространение.

КБМ строительства наземных объектов вызвал определенные изменения в строительных конструкциях и технологии прокладки инженерных сетей, что позволило уменьшить объем земляных работ, расходы металла, кабельной продукции, труб и других материалов.

Собственно КБМС (комплектно-блочный метод строительства) широко используется в настоящее время, обеспечивая сокращение трудозатрат на площадках строительства за счет переноса строительного процесса па заводские территории и обеспечивая индустриальное изготовление объектов с высокой степенью строительной и эксплуатационной надежности. Состояние проблемы строительства объектов с применением крупных блоков исследовалось в работах Ю.П.Баталина. В.Л. Березина. С.Я.Куриц. А.И.Бячкова. Ю.Н.Пермикина, В.Д.Шапиро, М.С.Ройтера, Г.В.Расторгуева, В.А.Аронова. А.Г.Московцсва. В.В.Кочуровон. В работах изложены вопросы просктирова-

мня. организации технологии строи юльства объектов в блочно-комплектном исполнении с исполыованисм малообъемпых и крупных блоков.

Однако, п этих работах не нашло отражение научно-методическое обоснование рациональною выбора ошимальных технологий и организаций строительства нефтегазовых комплексов в сложных условиях.

В то же время простая замена традиционных методов создания обьсктов на стадии проектирования, изготовления, монтажа и строительства на комплектно-блочные устройства не может служить гарантией эффективности строительного процесса и надежности и рентабельности объекта в период его эксплуатации.

В некоторых случаях упрощенная методика замены традиционных объемно-планировочных и конструктивных решений наземных объектов может привести к отрицательному результату - увеличению площади строительства, протяженности коммуникации, увеличению числа технологических связей между составляющими объекта и т.д., что было выявлено при разработке проектов строительства объектов нефтегазового комплекса в Прикаспийской низменности. Особенности разим шя нефтяной и газовой промышленности в Прикаспийской низменности предъявляли особые требования к повышению мобильности строительного производства, разумному маневру техническими, трудовыми ресурсами, определяли необходимость переноса практически всех строительно-монтажных работ в заводские условия, исключая при этом долговременное пребывание рабочих на строительной площадке. Сроки монтажа объектов нужно было сократить (в комплексе с социально-бытовой инфраструктурой) в 1,5 раза.

Чтобы обеспечить высокую эффективность комплектно-блочного метода в условиях строительства в Прикаспийской низменности, характеризующейся слабо развитой инфраструктурой, дефицитом строительных мощностей и людских резервов, необходимо было адаптировать методику возведения наземного объекта к перечисленным условиям на всех стадиях строительного

процесса. Сложные условия строительства в Прикаспийской низменности -наличие высоко агрессивной среды, сероводорода, высокой температуры наружного воздуха, песчаные бури предопределили поиск новых решений уже в реализуемом методе комплектно-блочного строительства.

Принципиальные особенности предложенного алгоритма реализации комплектно-блочного строительства в этих условиях можно представить следующими блоками мероприятий:

1. Принципиально новая система проведения проектно-конструкторских работ, нацеленных на обеспечение в первую очередь эксплуатационной надежности объекта.

2. Создание объемно-планировочных и конструктивных решений, обеспечивающих минимизацию затрат строительного процесса.

3. Замена единичного однофункционапьного оборудования на многофункциональные агрегированные комплексы оборудования, укрупненные пространственные строительные блоки сзаконченным технологическим циклом и системами жизнеобеспечения.

4. Сокращение числа межблочных коммуникаций и выполнение их в блочном виде с адаптацией их надежности к основным технологическим и вспомогательным блокам объекта.

5. Создание параметрических рядов основных технологических и вспомогательных блоков оборудования и комплексов, позволяющих набирать состав комплексов УКПГ или УКПН и других объектов в зависимости от их производительности и условий работы.

Для достижений высокого уровня технико-экономических показателей наземных объектов УКПГ и УКПН и др. в комплектно-блочном исполнении автором были предложены следующие принципы реализации комплектно-блочного метода строительства:

- агрегирование основного технологического оборудования, миниатюризацию размерных характеристик оборудования и вспомогательных систем.

укрупнение блоков с максимальной степенью заводской и строительной гс товности, минимизация количества поставочных узлов;

- применение новых технологий ремонта и технического обслуживани оборудования, основанного на агрегатном мегоде замены поставочных узлов исключающих необходимость развития ремонтной базы на эксплуатируемо!1 объекте;

- сокращение площади зон обслуживания за счет повышения степени ав томатизации управления технологическими процессами;

- применение открытых установок, исключающие необходимость разви тых систем жизнеобеспечения - водоснабжения, канализации, вентиляции отопления, кондиционирования;

- конструктивное отделение нулевого цикла от технологической и строи тельной части проектов;

- применение упрощенных типов фундаментов под оборудование 1 строительную часть;

- применение комплектных строительных конструкций полной заво декой готовности с укрупнительной сборкой на строительной площадке.

В процессе разработки принципов реализации комплектно-блочного мс тода строительства была выполнена классификация объектов в комплектно блочном исполнении по признаку агрегирования технологического оборудо вания и строительных конструкций. В первую группу входят объекты, фор мируемые из агрегированных в блоки строительных конструкций и смонти рованного в них единичного технологического оборудования (агрегируете; только строительная часть объекта), во вторую группу - объекты из блоко1 агрегированного оборудования и здания - укрытия комплектной поставь (агрегируется только технологическая часть объекта), в третью группу - объекты из агрегированных строительно-технологических блоков (агрегируете; строительная и технологическая часть объекта).

Выполненные проектные проработки показывают, что наиболее перспективным направлением развития комплектно-блочного метода, особенно на объектах основного производственного назначения, являются системы с блоками агрегированного технологического оборудования.

Принцип агрегирования (замена единичного оборудования комплексом оборудования, смонтированного в виде одного изделия) позволяет проектировать технологическое оборудование на совершенно новой компоновочной основе и соответственно резко улучшить технико-экономические показатели по массе, габаритам и т.д. Обеспечивается переход к комплектным технологическим линиям (основные объемы работ переносятся в машиностроительную отрасль). Замена единичного оборудования агрегированными комплексами технологического оборудования приводит к принципиально новым компоновочным решениям технологической части промышленного объекта и, соответственно, к новым принципам организации строительной части. Исходя из этого, в данной диссертации на базе системно-целевой методологии разработана структурная модель комплексной технологии создания "под ключ" системы нефтегазового профиля (от идеи до сдачи в промышленную эксплуатацию).

Технология представляется системой (Б), имеющей множество входов {и}, целевой выход (Ц); 5={и,Ц(Я)}.'

- характеризует отношения между векторами входа и выхода. Прогрессивность сложной системы оценивается, как правило, одним общим и множеством частных критериальных показателей {Эк} - прибыль, себестоимость материало-энергосмкость и т.д.

Технология как объект проектирования представляется закрытой системой (черным ящиком) с входными векторами и(г)={х(г)—} (ресурсы), одним целевым выходом Ц, характеризуемым множеством показателей. При проектировании технологии требуется сформировать такой вектор управляющих воздействий Я(г) = (Я(г)—, ¡=1,п, который минимизировал или

максимизировал бы значение принятого критерия (Р=С*) или единичных свойств (Эк) будущей системы:

Р[«(г).Я(г)]= тштах{Р[и(г),К(г)]} (1)

Щг)

Вспомогательные выходы Ь(г),...,Ьт(г) характеризуют состояние процесса и индицируют нежелательные операции или выход контролируемых показателей (в) стоимости, времени и т.п. за установленные пределы:

Количественное решение поставленной многоплановой исключительно сложной задачи в целом, тем более в условиях значительной неопределенности исходной информации практически невозможно. Поэтому применен системный и бдочно-иерархический подход. Приведенная модель интегрального облика сложной системы позволяет получить целую гамму частных моделей: системы целей, системы функций, функция - структура (технологическая или организационная), цель - экономика и т.д.

Использование модели системы целей: 5Д={Ц(11)} позволяет декомпозировать глобальную цель (Ц°) на цели первого нижележащего уровня, т.к. между ними имеются определенные отношения (Я):

Ц° = {Ц1-};Ц;{Ц?,„...,Ц?.га}ит.д. (2)

Перечень Ц^ устанавливается на основе комплексного представления

технологии: идея - сдача "под ключ" с учетом существующего опыта и результатов исследования, где обосновано включено, кроме традиционных этапов (целей), концегтгуальное проектирование объектов, мобилизации и демобилизации строительных организаций.

Причинно-следственные связи между цслыо и множеством возможных функций ее достижения Ц—>{Ф} при принятых решениях обуславливают идентичность их структур],1. Таким образом, для достижения каждой из оп-

ределенных целей первого ранга (Ц|—) должна быть реализована комплексная функция тоже первого ранга (Ф|), которая является сложной

Ф" Ф1) ¡ = Г^ (3)

Такой подход позволяет декомпозировать технологию на блоки (этапы) по целям и функциям и затем решать задачи каждого блока, представляя его иерархической системой.

Учитывая определяющее влияние особых свойств проекта нефтегало-проводной системы не только на прогрессивность ее производственного процесса, но и на технологию, уровень индустриалыюсти и организацию строительства, в диссертации разработаны принципы проектирования, обеспечивающие возможность многовариантньгх проработок при поиске оптимальных решений и индустриализации строительства за счет применения различных по масштабам технологических блоков заводской готовности.

Существо задачи состоит в разработке способов и принципов выделения в структуре системы (объекта) технологических этапов (блоков), унификации организационных и технических решений при их построении, создании ти-поразмерных рядов из таких этапов (блоков) и, наконец, автоматизированного формирования системы на базе унифицированных рядов с оценкой по заданным критериям.

Решение задачи выделения организационных и технологических этапов (блоков) осуществляется на базе системного и блочно-иерархического подхода, модели системы целей, функций и принципа декомпозиции технологической структуры объекта по целям или функциям.

Как было показано, главная цель функционирования технологической системы представляет собой синтез целей, состоящих в заданных отношениях, аналогично, как и функции (при принятых решениях) Ц—>Ф, которые также имеют отношения между собой. Таким образом, функция, например, транспортирование газа из пункта А в пункт Б может быть представлена сис-

темой функций: S,jr={0(R)}, 8ф={Ф°,Ф1,...,Фп}, Ф°={Ф'„Ф',...,Ф1111};

Тот факт, что каждая функция может быть реализована только при наличии определенного технического средства (ST). свидетельствует о том, что технологическая структура объекта может быть декомпозирован (D) в соответствии с функциями. В этих системах основные цели и функции реализуются в технологическом процессе. Они формируют производственный блок, а необходимые "входы" для их реализации (материалы, энергия, услуги и т.п.) являются вспомогательными целями, для достижения которых реализуются соответствующие функции, в блоках вспомогательного производства и обслуживающей инфраструктуры. В общем случае декомпозиция организационно-технической системы и интегрального свойства осуществляется следующим образом:

D(st)^{s:,sit-,...,s;-};s:={s:l,s'n,...,s:„}>

(4)

D{[R°(Si — )]С,}-> {[R ^(S', )]С^},..., {[R^,(S'0 )]С1П}.

Для технической системы на нижних уровнях выявляются элементы, структура которых при решении данной задачи может быть принята неделимой (машины, агрегаты, аппараты, арматура и т.д.). На уровнях выше нижнего (Н) формируются блоки, подлежащие унификации. Каждый из таких блоков имеет свое назначение

УЯ={Ц(Ф),С,А> (5)

При проектировании новой индивидуальной системы на основе таких блоков решают три крупные задачи: компоновка, размещение и трассировка.

Содержательно функция качества компоновки F( ) может характеризовать: число подмножеств- N (агрегатов, аппаратов, цехов и т.п.), число типов подмножеств Т1П и число связей между этими подмножествами. Целевой функционал компоновки F(.r)—> min. При учете числа связей между подмножествами Dk, k= 1,N:

It-I n N-1 N

F(x) = ISZIW|-»min • i-l **1|>*+1

при ограничениях

¿x^l.^üT; ¿x, = к = ГЙ; ¿Qrx^Vü:'. (7)

ke| i-l

где x - вектор переменных; (/ -\,п\ k = 1, п) - компоненты вектора; n¡j-число связей между элементами Sjj и S^. Аналогично решаются задачи размещения и трассировки.

V,':' - ограничение по параметру - Э*, накладываемое на подмножество Db причем под параметром Q" (элемент Sn) может подразумеваться любой показатель, подчиняющийся свойству аддитивности (объем, стоимость, энергоемкость и т.д.).

После разработки оптимального варианта технической системы решаются вопросы выбора технологических блоков для изготовления в заводских условиях с целью снижения объемов СМР на строительной площадке и повышения, следовательно, уровня индустриалыюсти строительства, отражаемого коэффициентом К„д.

Таким образом, предложенная концепция поузловой структуризации строительных объектов и комплексов создает основу для формализации сложного трубопровода как системы, состоящей из строительной продукции, а также организационно-технологического проектирования и управления строительным производством, определяющего действия субъектов в реализации проекта.

Во второй главе проведено исследование концептуальных моделей и алгоритмов принятия решений.

В общем случае задача выбора комплексного проектного решения может быть сформулирована следующим образом.

Дано: Y, - набор базовых условий (проектных ситуаций),

YS=<Y,, Y2,....Ys....Yn>; KS<n Xi - перечень проектных решений,

Xi = <Xt, ХЬ...,Х,.....Xk> ; l<j<k

Zm - перечень типовых корректирующих мероприятий.

Найти: Варианты комплексных проектных решений нефтегазового комплекса в допустимой области X, при которых с учетом корректирующих мероприятий Zm, оценочная функция ожидаемых суммарных затрат принимает минимальное значение.

Cv(X,Y,Z)—> min

YzF

Учитывая взаимосвязи в выборе объектов и строительно-технологических блоков при сооружении нефтегазовых комплексов оценочная функция может быть представлена в следующем виде:

Сг[ВДк.)|У.] -таг-» min (8)

YeF

при условиях (балансовых ограничениях по производительности, экономичности, организационбно-технологической надежности, сроков создания, степени риска при сооружении и степени адаптации к определенным условиям):

П>П0; Т<Тзад;

Э>Эу, R<Ro; (9)

ОТН>ОТНззд; A>/v,

Здесь: Сг[Х;(Цк ,)|YS] - суммарные затраты на проектирование, изготовление, транспорт и монтаж составляющих п/r ПК;

Xj - варианты проектных решений по н/г ПК: X^XifUjk.]

Uj - варианты проектных решений по унифицированным строительно-технологическим объектам (УСТО);

Цкварианты проектных решений по УСТО с использованием унифицированных строительно-технологических блоков (УСТБ);

Б и И - области допустимых значений соответственно для и У,.

Формирование вариантов УСТО осуществляется на основе матрицы ¡| Ц к ||, выражающей взаимосвязи в выборе объекта и входящий в его состав

строительных и технологических блоков.

Оптимизация унифицированного состава объектов (УСТО) осуществляется методом динамического программирования по критерию минимальных затрат с учетом ограничений, выражающих требования к проектным решениям.

Входом в матрицу (столбец матрицы) является набор существующих, разрабатываемых и перспективных проектных решений строительно-технологических блоков с указанием их характеристик и соответствующих ограничений. Переменная Ц у принимает значения 0 или 1 в зависимости от

того, может ли быть использован тот или иной блок в данном варианте проектного решения .¡-го объекта.

Выходом блока является набор С^к.

включающий Я блоков, удовлетворяющий требованиям ч/г объекта с минимальными суммарными затратами.

Результатом является оптимальный набор блоков (несколько наборов), обеспечивающий формирование заданного перечня объектов с минимальными суммарными затратами.

Результатом является оптимальный набор блоков (несколько наборов), обеспечивающий формирование заданного перечня объектов с минимальными затратами при выполнении требований, предъявляемых к н/г комплексам.

Полученный результат - УСТО - далее используется при формировании проектных решений по нефтегазовому комплсксу(Х,).

Формирование комплексных проектных решений по нефтегазовому комплексу на основе УСТО в соответствие с требованиями условий {У5}

осуществляется на базе проектной модели, представляющей конкретную сх му проектирования комплекса. В основу положена обобщенная проектн; модель, обеспечивающая выбор рационального, проектного решет (оптимального для данных условий).

В соответствии с логикой решения задачи при проведении системнь: исследований по обоснованию проектных решений по развитию нефтегаз< вых комплексов осуществляется:

а) формирование условий;

б) формирование вариантов проектных решений;

в) формирование оценочной матрицы;

г) оптимизационные расчеты;

д) выбор рационального проектного решения.

Формирование условий осуществляется на базе классификации, оценк и анализа стандартного набора характеристик объектов, сооружаемых н обустраиваемых месторождениях, необходимых для проектирования в за данной проектной ситуации. В результате получается представительное мне жество условий проектирования {У,} = Б = 1, п.

Трудности построения представительного набора сочетаний исходны данных связаны с тем, что в условиях неопределенности имеется лишь при ближенная количественная информация о внешних и внутренних связях на земных нефтегазовых объектов. В этой ситуации целесообразно применение (создание) методов, позволяющих при данной погрешности уменьшить неоп ределенность принимаемых решений.

Формирование вариантов проектных решений осуществляется с исполь зованием методов системно-структурного анализа и синтеза с учетом реали зации принципов унификации и агрегирования, применения метода объем но-блочного строительства.

При формировании вариантов объемно-планировочных и конструктивных решений возможность адаптации, т.е. компенсационные меры по при-

вязке оптимизационного решения к спектру условий должны осуществляться с минимальными затратами и в краткие сроки.

Таким образом, научно-методической основой предлагаемого подхода к учету и устранению неопределенностей при выборе эффективных проектных решений по развитию нефтегазовых комплексов является совокупность взаимоувязанных моделей, критериев, обеспечивающих выбор системы "унифицированный строительно-технологический объект - унифицированный строительно-технологический блок" (УСТО-УСТБ) с минимальными затратами на сооружение и эксплуатацию с учетом спектра возможных условий - факторов неопределенности.

В третьей главе выполнены разработки методов оценки и выбора эффективных конструктивных решений' и технологий производства строительно-монтажных работ.

Показано, что целесообразность применения комплектно-блочного метода строительства, необходимый уровень блочности и степень новизны проекта следует определять на основе рыночных исследований и технико-экономических расчетов, выполняемых до составления задания на проектирование.

Оценку проектов БКУ предложено осуществлять методом сравнительного анализа значений показателей, достигнутых в проекте (рабочем проекте), со значениями, установленными в задании на проектирование (разработку).

Номенклатура оценочных показателей выбирается на основе рыночных исследований с учетом следующих факторов:

• функционального назначения БКУ;

• степени новизны проекта БКУ;

• специфики условий конкретного рынка.

На основании обобщения опыта строительства бала разработана система основных оценочных показателей для оценки технического уровня проектов

За основу при расчете прогрессивных удельных показателей БКУ принят перечень проектов БКУ, разработанный с учетом "Унифицированных рядов зданий и сооружений вспомогательного производственного назначения в комплектно-блочном исполнении".

Изменение признаков, характеризующих новизну проекта БКУ, однозначно предопределяет обновлясмость потребительских характеристик и отнесение его либо к промышленной, либо к строительной продукции.

На основе анализа совокупности удельных значений показателей проектов БКУ, образующих ГОП БКУ, определялся проект, числовые значения показателей которого приняты в качестве базовых (прогрессивных удельных показателей) для данной ГОП. При этом учитывался вид исполнения БКУ (здание из блок-боксов, в каркасно-панельном исполнении и др).

Для определения удельных базовых значений показателей остальных проектов, образующих ГОП, рассчитаны коэффициенты коррекции.

Полученные в результате расчетов значения суммарных затрат для представительного множества условий создания и функционирования нефтегазового производственного комплекса (УиУг У в, Уп) сводятся в матрицу возможных решений- При этом, по главной диагонали матрицы расположатся минимальные значения суммарных затрат. В случае существенного расхождения полученных (оптимальных) решений необходимо оценить относительную их экономичность и определить те варианты, которые входят в "зону неопределенности" оптимальных решений. С этой целью заполняются не только диагональные, а все элементы матрицы возможных решений, т.е. находятся детерминированным расчетом суммарные затраты. 3 (значения минимизируемой функции) для каждого из полученных решений X, при всех рассматриваемых условиях {У5}.

Указанная матрица имеет две характерные особенности.

I. Для данного решения при разных совокупностях условий создания и функционирования нефтегазового производственного комплекса возможно

получение затрат как больших, так и меньших по сравнению с теми, для которых данное решение найдено как оптимальное. Это объясняется тем. что рассматриваемые условия создания нефтегазового производственного комплекса не тождественны по эффекту.

2. Для каждой данной совокупности условий вес решения имеют большие затраты по сравнению с оптимальным для данной совокупности условий решением. Этот вывод логичен при сопоставлении решений с учетом тождественности эффекта от сооружения и функционирования нефтегазового производственного комплекса.

Для определения сравнительной экономичности рассматриваемых решений рекомендуется находить средние приведенные затраты по ним для разных условий сооружения нефтегазового производственного комплекса. Соответственно в качестве оптимальной должна выбираться совокупность параметров Хк, при которой достигается минимум среднеарифметического значения суммарных затрат нефтегазового производственного комплекса.

т;п(3»+-+3*.+-+3Ь)=т;п3.р (10)

* П *

При этом равноэкономичными считаются решения, по которым средние затраты Зф отличаются от минимальных средних (т|п3^р) не более чем на

погрешность их исчисления.

По существу критерий (10) соответствует критерию минимума математического ожидания в предположении, что вероятности отдельных совокупностей исходных данных одинаковы.

Кроме того, возможно использовать критерий минимальных затрат (критерий Вальда) и критерий минимаксного риска (критерий Сэвиджа).

Рациональное решение выбирается с помощью обобщенного критерия: КПР = а,-к1+а2к2+азкз

где кь к2, кэ - соответственно вышеуказанные критерии;

а! + а: + аз - коэффициенты весомости применяемых критериев.

Анализ оценочной матрицы производится с целью выбора доминирующих вариантов (и/или рационального вариа!гта комплексного решения).

Оценка осуществляется на основе определения необходимых корректирующих мероприятий и затрат на адаптацию комплексного проектного решения к условиям, для которых оно (решение) не является оптимальным. Так, если для (У *) условий рациональным комплексным проектным решением является решение (X"), то осуществляется адаптация (Х')-го решения для условий (Уь У;,...,У5.Ь Ун-1,..., Уп).

Процедура поиска (рис. ^осуществляется по результатам проверки условия: рациональный вариант найден или нет.

Результаты работы блока "Выбор" используются в качестве основы для формирования и описания конечного рационального комплексного проектного решения с использованием программного обеспечения, машинной графики в рамках предложенной экспертной системы по выбору проектных решений УСТО-УСТБ.

Рассмотрим применение предлагаемой методики при проектировании и сооружении газоконденсатных месторождений Прикаспия.

Согласно разработанной методики рассматривались варианты решений {X,} (¡=1+5), включающие:

X; - применение металлических блок-боксов;

Х2 - исполнение блоков основного технологического назначения в сборном железобетоне;

Х3 - исполнение блоков основного технологического назначения в суперблоках;

X) - исполнение блоков вспомогательного технологического назначения совмещенных, многоэтажных;

Х5 - применение индустриальных строительных конструкций, фундаментов (СКЗ, БКЗ и т.п.)

Рис. 1. Блок-схема модуля "Выбор" при решении задачи выбора рационального ПР.

Набор базовых условий (проектных ситуаций) включал в себя следующие [{Уа}. Б = 144):

У) - Астраханское; У2 - Карачагаискос;

Уз - Тснгизскос; У4 - Уренгойское тазокондснсатнос мссторо-

ждснпс;

При этом рассматривались следующие типы корректирующих мероприятий: технологические, по генплану, по строительной части объектов и экологические.

Применительно к рассматриваемому примеру была получена оценочная матрица, на основе анализа которой были сформулированы конкретные корректирующие мероприятия по увеличению эффективности обустройства Астраханского газоко1щенсатното месторождения.

Четвертая глава посвящена вопросам реализации разработанных методов выбора эффективных проектных решений. Анализ массовых характеристик нефтегазопромысловьрс объектов трубопроводного транспорта позволил установить связь массовых и габаришых характеристик объектов трубопроводного транспорта и их количества с различными технологическими параметрами объск1гов. Выявлена зависимость между главным параметром нефтегазопромыслового объекта - производительностью ((}): массовым характеристиками оборудования и инженерных сетей в объекте. Математическое выражение этой зависимости получено аппроксимацией полиномом 2-й степени дискретного набора данных

М = А + -у/К} + С (11)

где М - массовая характеристика объекта, оборудования, инженерных сетей, А,В,С - коэффициенты полинома.

Общие закономерности зависимости массовых характеристик объекта в целом н дифференцировано но оборудованию и инженерным сетям от основного параметра объектов различного функционального назначения позволи-

ло разработать методику определения массы и габаритов КБ для объектов различных мощностей и назначения.

Разработанные структурные модели формирования тсхнолш нческих систем при строительстве обьекгов трубопроводного транспорта на месторождениях по функционально законченным процессам, что позволило перейти к построению оптимальной системы, состоящей из двух уровней: верхнего -параметрические ряды КБ с ФЗП и нижнего - параметрические ряды модулей функционально-технологических блоков (ФТБ) и функциональных блоков (ФБ), которые формируют КБ (рис.2).

Рис. 2. Структурная модель формирования технологических трубопроводных систем нефтегазовых месторождений по функционально законченным процессам.

На рис. 2. СТН, РП, ТН, ПН, ЭС, ВС, ГЗУ и другие - функции систем транспорта, разделения, учета, подготовки продукта, а также электроснабжения, водоснабжения, газомерных устройств и другие. В качестве критерия оптимизации целевой функции приняты минимальные затраты по всему ряду КБ.

Целевая функция, формулирующая задачу выбора оптимальной системы КБ и ФТБ, ФБ, имеет вид

ZqTO + Zq'twjZ Z (q; +пГ)х» '"»> (12>

ieit trv jn ¡mi, l*.|X"m)

где q,(V) - функция (¡upar иа опышо-копструкторские. сборочио-комплсктовочпыс рабты и др. но Klj i-m шип » количестве V единиц;

q"(W) - функция затрат на производство ФТБ, ФБ типа г п количестве W единиц:

qj.q|j,,p - функции затрат на транспортирование и строительно-монтажные работы по КБ с <1)311 i-ro тина для выполнения функции];

^ = ZVX*'Í6U ^r = Z f¡ •u n. г £ v (13) где P¡j - количество КБ тина i. необходимых для выполнения ФЗП вида j;

1 - если i-ii КБ применяется для выполнения ФЗП вида j, О-в противном случае.

1 - если ФТБ. ФБпша исполь lycicn для формирования КБ типа.

О - если не используется.

Яп - количество ФТБ, ФБ типа г, требуемое для формирования ¡-го КБ. Решение (Ху) (и„) должно удовлетворять следующим ограничениям:

ЦХ5=1, ]еХ; ¡еХ. ¡€1... к=1,...,к (14)

первое из которых означает, что каждый ФЗП формируется КБ одного типоразмера. второе - формальная запись о том. что и каждом КБ могут использоваться ФТБ, ФБ. входящие н параметрический ряд.

Рядом КБ, соответствующим решению (Xvj) (uri). является множество {¡6u| ma[ X)j=l}, а рядом ФТБ и ФБ - множество (reV| max nri=l}.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Предложенная постановка задачи выбора рационального комплексного проектного решения по формированию и развитию технологических систем трубопроводного транспорта в рамках нефтегазового комплекса и подход к ее решению позволяет разработать систему взаимосвязанных расчетных моделей, критериев, обеспечивающих выбор эффективных решений в области блочно-комплсктного строительства с минимальными затратами в соответствии с предъявляемыми технико-экономическими требованиями с учетом спектра возможных условий (факторов неопределенности).

2. Разработанная методика дает возможность исследовать оптимальное решение на чувствительность к спектру условий, оценить неопределенность и разработать комплекс компенсационных мер (мер по адаптации) с целью работы оптимального решения и в других условиях.

3. Проведенные расчеты с использованием предложенных методов показали правильность научно-методических положений по учету факторов неопределенности, которые были заложены в основу предложенной методики. Предложенный подход и разработанное математическое и программное обеспечение (АБД) подтвердили работоспособность при решении конкретной задачи - выбора рационального комплексного проектного решения по формированию Прикаспийского нефтегазового комплекса.

Основное содержание диссертации опубликовано п работал.

1. Кудашев Р.Ш. Освоение месторождений Западного Казахстана. Строительство трубопроводов. - 1984. - №1.- С.9-10.

2. Кудашев Р.Ш., Тайгунов М.Г. Головкые сооружения водовода из индустриальных конструкций. Строительство трубопроводов. - 1989. - №2. -С.30-31.

3. Кулашсп Р.III.. Рубинштейн А.1>. Строительные конструкции для Армении. Строительство трубопроводов. - 1989. - №7. - С.29-30.

4. Кудашев Р.111.. Сысоев П И. Согласно самым жестким требованиям. Сфоительспш ф\боприподов. - 1990. - №1. - С.38-39.

5. Кудашев Р.Ш.. Хугисн А. 11 Новые консгрукпнп для наземных объектов нефтегазового строительства. Сфоитсльство трубопроводов. - 1990. -№3.

- С.32-35.

6. Кулашсп Р.III. Проблемы повышения пффсютшшостн использования объемно-блочного метода строительства на Прикаспийском нефтегазовом комплексе. ЭИ-информпеф1ега ¡строя: КБС наземных обьектов. - 1992. - №6.

- С.1-5.

7. Кудашев Р.Ш.. Рубинштейн А.Б., Таигунов М.Г. Мобильные здания и модули для строителен сельских газопроводов. Строительство трубопроводов, - 1992. -№1.- С. 11-14.

8. Кудашев Р.Ш., Зарянкина М.В.. Таигунов М.Г. Анализ ТЭП различных вариантов конструктивного исполнения здания унифицированного слу-жсбпо-оксплуагацпоипот п ремонтного блока для КС магистральных газопроводов. 1ГП1С:"Передовой произволапсиный опыт, рекомендуемый для внедрения в строительстве предприятий нефтяной и газовой промышлешю-сти". - С.32-36.

9. Кудашев Р.III.. Сысоев 13.13. Малые и средние предприятия - направление развития промышленности в отрасли. Строительство трубопроводов. -1992.-W57.-C.2-4.

10. Кудашев Р.Ш., Таигунов М.Г. Эффективность принятия решений с учетом условий строительства нефтегазовых объектов. Строительство трубопроводов. - 1992. - №7. - С.13-15.

11. Кудашев Р.Ш., Таигунов М.Г. Многофункциональные установки для энергоснабжения строительных и агропромышленных обьектов. Строительство трубопроводов. - 1992. - №8. - С.23-26.

12. Кудашев Р.Ш. Проблемы пнформашш при моделировании и оптимизации проектных решений нефтегазовых объектов. Строительство трубопроводов. - 1992. - - С. 16-17.

13. Кудашев Р.Ш. Особенности Еыбора типовых проектных решении наземных нефтегазовых объектов в условиях неопределенности. Нефтепромысловое дело. - 1992. - .N»8. - С.21-24.

14. Кудашев Р.Ш. Тайгунов М.Г. Котельные мздой производительности. Строительство трубопроводов. - 1992. - Ла9. - С.15-16.

15. Кудашев Р.Ш.. Тайгунов М.Г.. Андрпенко Л.В. Методика выбора и обоснования рациональных проектных решений наземных нефтегазовых объектов с учетом факторов неопределенности. Промышленное строительство. -1992. - №12. - С.10-12.

16. Кудашев РЖ. Тзйгунов М.Г.. Андриенко Л.В. Системное моделирование нефтегазовых объекюв сооружаемых комплектно-блочным меюдов. Информационный сборник"Газовая промышленность". - 1991. - Вып.7. - С.49-

17. Магистральные и промысловые трубопроводы! проектирование, строительство, эксплуатати. ремонт: Кудашев Р.Ш.. ИсаеЕ З.Б. " Технологичность строительных решений". -В сб.: М.:ЦОНнК ГАНГ. 1997. 2, с. 5-14.

1 Х.ТоТТТЛТЧТЭГГХ.ТТГ.Т»» Т* ТМЧГ\* ГС.Т^ТТГкТ»Т.Т^ ТЧ"ЧД:»"Ч/Ч|ТТГ>АТ»Л"ТТ.Т-

* О . А 1 Ч-/Д-" "-1 * г ' \JXJ\S ¿.к,*.!).. Л ; ».£/ А-> си и ,

стронтельство. эксплуаташтя. ремонт: Кудашев Р.III.. Исаев З.Б. "Ооеспеченпе надежности стопем газоснабжения" . -Б сб.: М.:ЦОКлК ГАНГ. 1997. лЬ 3. с. 51!.

»-•опека.! ель