石油和天然气工业 包括低碳能源 海上工程用散装材料 建筑支撑设计标准立项发展报告

石油和天然气工业包括低碳能源海上工程用散装材料建筑支撑设计标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Oilandgasindustriesincludinglowercarbonenergy—Bulkmaterialforoffshoreprojects—Designforarchitecturalsupports摘要随着全球能源结构加速向低碳转型，石油与天然气工业正面临前所未有的挑战与机遇。海上工程项目，作为油气资源开发及未来低碳能源（如海上风电、海洋能）基础设施建设的关键领域，其工程质量和安全标准的需求日益提升。在此背景下，国际标准化组织（ISO）发布了ISO24204:2025《石油和天然气工业包括低碳能源海上工程用散装材料建筑支撑设计》标准。本标准旨在为海上工程项目中使用的散装材料（如钢结构、管道支架、电缆桥架等）的建筑支撑设计提供一套统一、科学、严谨的技术规范。报告首先阐述了标准的立项背景，即应对传统油气与新兴低碳能源对海上设施通用性、安全性和经济性的复合需求。报告详细介绍了标准的核心内容，包括设计原则、载荷要求、材料选择、结构分析、抗震与疲劳设计以及试验验证方法等。通过分析该标准对保障海上设施结构完整性、降低全生命周期成本、促进国际合作与贸易的积极作用，得出重要结论：ISO24204:2025的发布填补了国际标准在海上工程散装材料支撑设计领域的空白，是推动海洋工程走向标准化、模块化、低碳化的重要里程碑，为全球能源基础设施的安全建设和可持续发展提供了坚实的技术支撑。关键词国际标准化组织；石油和天然气工业；低碳能源；海上工程；散装材料；建筑支撑设计；结构完整性；标准化Keywords:InternationalOrganizationforStandardization(ISO);Oilandgasindustries;Lowercarbonenergy;Offshoreprojects;Bulkmaterial;Architecturalsupportdesign;Structuralintegrity;Standardization正文1.行业背景与标准立项意义全球能源格局正经历深刻变革。一方面，传统油气资源作为重要基础能源，其开发活动（特别是向深海、极地等复杂环境进军）对工程设计与施工提出了更高要求。另一方面，以海上风电为代表的可再生能源、以及氢能、氨能等低碳能源的储运设施，正加速在海洋空间布局。这些海上设施，无论是传统的油气平台、浮式生产储卸装置（FPSO），还是新兴的海上风力发电机组、能源岛等，都存在大量共性的“散装材料”（Bulkmaterial）——即非主要承重结构，但构成设施功能完整性、人员安全与操作便利性的关键辅助构件。例如，用于支撑管道、电缆桥架、通风管道、设备底座、护栏、梯子、平台等的钢制或复合材料支架。长期以来，这些散装材料的建筑支撑设计在全球范围内缺乏统一、权威的国际标准。各工程公司与船级社多依据自身经验或区域标准进行设计，导致设计理念、安全裕度、计算方法和材料规格存在显著差异。这种碎片化的局面带来了多重问题：一是设计重复劳动，增加了工程成本和周期；二是不同标准间的冲突增加了跨国项目的协调难度；三是在向低碳能源设施的设计迁移过程中，传统油气标准可能不完全适用，造成技术衔接上的“断点”。在此背景下，ISO成立了相关技术委员会，汇集全球顶尖的海洋工程、结构设计、材料科学和标准化专家，着手制定ISO24204:2025。该标准的立项与发布，旨在通过一套“中性”且“普适”的设计框架，打通传统油气与新兴低碳能源在海上工程领域的隔阂，为所有在海上环境中使用的散装材料支撑系统提供可靠、高效、一致的设计依据。这不仅是对现有行业实践的系统化总结与提升，更是对全球海洋工程未来发展的前瞻性布局。2.标准核心内容解析ISO24204:2025并不局限于传统意义上的“建筑设计”（ArchitecturalDesign），而是将其内涵扩展至涵盖所有服务于工艺流程、电气、仪表、暖通等专业的非工艺性支撑结构设计。其核心内容可以归纳为以下几个关键模块：2.1设计原则与载荷工况：标准确立了基于极限状态设计法（LimitStateDesign,LSD）或荷载抗力系数设计法（LoadandResistanceFactorDesign,LRFD）的基本原则。它要求设计者必须考虑在海上环境中可能遭遇的各种严苛载荷，包括但不限于：-功能性载荷：支撑的管道、电缆等材料的自重，以及操作阶段产生的动载（如流体脉冲、地震激励）。-环境载荷：风、波浪、海流、冰载荷（针对极地或寒冷海域）以及极端温度变化引起的热应力。-偶然载荷：冲击载荷（如坠物）、火灾、爆炸等事故工况。-安装与建造载荷：运输、吊装过程中的动态力。标准详细规定了各类载荷的取值方法与组合系数，尤其强调了对于低碳能源设施（如海上风电支撑结构的附属构件）需要额外考虑的疲劳与共振问题。2.2材料选择与防腐控制：2.3结构分析与细部设计：标准提供了丰富的结构分析指导，涵盖典型的支撑形式，如悬臂梁、简支梁、三角支架、管廊等。对于复杂结构，鼓励采用有限元分析（FEA）等先进计算方法。在细部设计方面，标准对连接节点（焊接、螺栓连接、铰接）的强度计算、应力集中区域的抗疲劳设计、以及防止局部失稳的加劲肋设置给出了详细规定。此外，针对人员安全，标准明确了梯子、平台、护栏等人员通道及工作区域的设计载荷与几何尺寸要求，确保符合国际通行的人机工程学标准。2.4抗震与抗疲劳设计：随着海上设施向地震活跃区拓展，抗震设计成为强制性要求。ISO24204:2025引入了基于性能的抗震设计概念，要求支撑系统在遭遇设计基准地震时，应能保持结构稳定并继续发挥其安全功能（如防止危险化学品管道断裂）。抗疲劳设计则是另一个核心关注点。由于波浪、风、设备振动等持续交变载荷的作用，支撑结构极易发生疲劳破坏。标准详细规定了基于S-N曲线（应力-寿命曲线）的疲劳评估方法，包括热点应力法、名义应力法，并针对焊接节点等疲劳薄弱环节提出了特定的提高疲劳寿命的构造措施（如打磨焊趾、锤击处理）。3.对行业的影响与指导价值ISO24204:2025的发布将对海洋工程行业产生深远影响：-提升工程安全与可靠性：统一的、基于科学计算的设计规则，从源头上减少了因设计不足或错误导致的结构失效风险，显著提升了海上设施的整体安全水平。-降低全生命周期成本：标准化的设计流程、共享的材料规格和简化的审批程序，大幅减少了设计阶段的人力和时间投入。同时，科学的防腐和疲劳设计要求可有效延长设施使用寿命，降低后期维修改造成本。-促进国际合作与贸易：标准为全球范围内的工程设计、材料采购、施工建造和检验认证提供了通用语言，有助于打破技术壁垒，促进承包商、供应商、船级社和业主之间的协同，加速项目交付。-赋能低碳能源转型：该标准明确将“包括低碳能源”写入标题，其设计原则和关键要求完全适用于海上风电、海上光伏、波浪能转换装置以及低碳燃料（如氢、氨）的储运设施。这为传统油气行业的工程经验和技术能力向新能源领域平滑迁移提供了技术桥梁，是标准化助力能源转型的典型案例。介绍修订的企事业单位或标委会本标准的制定与发布，由国际标准化组织下设的ISO/TC67（石油、石化和天然气工业用材料、设备和海上结构技术委员会）及其内部的工作组主导。ISO/TC67是全球油气及低碳能源领域最具权威性的国际标准化平台，其成员来自世界各国的国家标准化机构、主要能源公司（如壳牌、BP、道达尔、埃克森美孚）、工程承包商（如德西尼布、福陆）、设备制造商（如ABB、西门子）、船级社（如DNV、ABS、LR）以及学术研究机构。ISO/TC67下分多个分委会（SC）和工作组（WG），其中与散装材料设计相关的项目通常由SC7（海上结构）及具体的项目工作组负责。这些工作组汇集了超过50位来自四大洲、不同专业背景的行业顶尖专家。他们历经数年的技术研讨、草案编写、委员会审查、国际投票等多个严谨环节，最终促成了ISO24204:2025的诞生。在众多参与单位中，挪威的DNV船级社（DetNorskeVeritas）扮演了至关重要的角色。DNV作为全球领先的船级社和风险管理机构，在海洋工程结构领域拥有超过一个半世纪的深厚积累。其发布的DNV-OS-C101、DNVGL-RP-C203等推荐实践（RP）和海工规范，被全球广泛认可为行业基准。在本次标准制定中，DNV将其在海上支撑结构设计、材料选择、防腐控制、尤其是疲劳与断裂力学方面的丰富经验和最新研究成果，系统地贡献给了国际标准。DNV的专家担任了工作组的主要技术起草者或评审人，确保了标准的先进性和实用性。此外，国际海洋工程承包商协会（IMCA）以及来自美国、荷兰、中国等国的多名专家也在标准的结构框架、载荷定义和低碳能源适用性方面做了关键贡献。中国在此次标准的制定中也发挥了积极作用。中国石油天然气集团公司（CNPC）、中国海洋石油总公司（CNOOC）及相关设计院（如海油工程）的代表，将国内海洋工程（特别是南海深水及边际油田开发）中的实践经验带入了国际协商，推动了部分条款对中国海工环境的适应性优化，体现了中国标准与国际化接轨、参与全球治理的宏大视野。结论ISO24204:2025的发布，是国际海洋工程领域标准化进程中的一座里程碑。它不仅系统性地规范了石油与天然气工业海上工程散装材料支撑的设计准则，更前瞻性地将其应用范围拓展至低碳能源领域，体现了国际标准对全球能源结构深刻变革的及时响应。该标准通过一套统一、严谨、被广泛认可的技术规范，有效解决了长期以来行业内因缺乏统一设计语言而导致的碎片化问题，显著提升了工程的安全性、可靠性和经济性。展望未来，ISO24204:2025的应用将从国际级大型项目逐步推广至区域性和中小型项目。随着数字化技术的发展，该标准有望与BIM（建筑信息模型）和数字孪生技术深度融合，构建起从设计、建造到运维的全