模塊化施工在建筑工程中的應(yīng)用及理論分析

郭建新

摘 要：模塊化施工是一種新技術(shù)和施工方法，它能夠有效的降低施工階段的時間，減輕工人的操作強度，同時促進生產(chǎn)力的提高。以新喀里多尼亞鎳礦項目為典型，對現(xiàn)場施工階段模塊化施工進行分析，并提出見解，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：模塊化施工 變電站 電氣

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）006-018-02

1 前言

新喀里多尼亞鎳礦項目是世界上第一個采用模塊化建造的集成冶煉裝置，采用異地建造，異地組裝的模式，它先進、高效、新穎、獨特的安裝方法令人耳目一新。與傳統(tǒng)的施工方法相比，該項目采用了模塊化施工。整個鎳礦項目模塊化施工不只是冶煉裝置，還有部分皮帶廊、管廊、變電站、電氣房、土建基礎(chǔ)和墻體等都采用模塊化施工。

模塊化施工是一種先進的設(shè)計理念，它的最大優(yōu)點是可以實現(xiàn)平行施工，并通過減少在現(xiàn)場的施工量而縮短整個項目的建設(shè)工期。同時，采用模塊化后，大量的施工工作在制造工廠完成，不僅能夠降低施工難度，還能夠便于檢查，更好的保證施工質(zhì)量。

2 模塊化介紹

2.1 模塊的定義

本文中的模塊是指由材料和設(shè)備部件組裝而成的組合體。工廠制作后模塊作為一個整體單元，方便和加速了現(xiàn)場的建造。各個模塊可以同時開始制作，避免了在其最終位置進行過多的工作，同時也允許項目在前期準備階段開始作業(yè)。為了從施工的角度對模塊進行分析和研究，將鎳礦項目中的模塊分為四類：大型結(jié)構(gòu)模塊、小型結(jié)構(gòu)模塊、電氣模塊、土建模塊。大型結(jié)構(gòu)模塊主要由鋼結(jié)構(gòu)組成，內(nèi)部包含設(shè)備、管道、電氣、儀表等各專業(yè)設(shè)施，是一個極其復(fù)雜的綜合體，冶煉裝置主要由大型結(jié)構(gòu)模塊組成。小型結(jié)構(gòu)模塊由各種型鋼連接而成，制作比較簡單，尺寸和體積大小不一，典型代表為管廊、皮帶廊等。電氣模塊主要指變電站和電氣房模塊，一個變電站模塊和一個電氣房模塊，內(nèi)部含有各種高低壓盤柜及配套設(shè)備。土建模塊由混凝土和內(nèi)部的鋼筋構(gòu)成，現(xiàn)場使用的各種土建基礎(chǔ)和墻體都要用到它。

2.2 大型結(jié)構(gòu)模塊

鎳礦項目的冶煉裝置是鎳礦項目最主要的裝置之一，由多個大型結(jié)構(gòu)模塊組成。多個大型模塊各自作為一個單元可以在工廠同時建造，然后運輸?shù)浆F(xiàn)場，利用大型起重設(shè)施安裝到各個位置，最后完成各個結(jié)構(gòu)模塊之間的連接。大型結(jié)構(gòu)模塊體積都比較龐大，重量大都超過1000噸，最大的甚至有3000多噸，不太容易吊裝，需要由專門的吊裝公司來進行。大型結(jié)構(gòu)模塊在建造時需要有較高的精度和質(zhì)量。一般情況大型結(jié)構(gòu)模塊需要設(shè)計成帶有自我支撐鋼結(jié)構(gòu)形式，利于模塊的存放和運輸。

2.3 小型結(jié)構(gòu)模塊

小型結(jié)構(gòu)模塊用在鎳礦項目的所有管廊結(jié)構(gòu)和部分皮帶廊結(jié)構(gòu)，由各種型鋼焊接連接而成，內(nèi)部根據(jù)需要含有部分管道和橋架，制作較為簡單。其重量相對較小，一般都不超過20噸，運輸和吊裝相對比較容易。小型結(jié)構(gòu)模塊在工廠預(yù)制，完成后運輸?shù)浆F(xiàn)場進行安裝，取代了傳統(tǒng)的現(xiàn)場安裝模式，減少了現(xiàn)場大量的吊裝作業(yè)，同時也減少了現(xiàn)場工作量。國內(nèi)在此方面有較成熟的制作、運輸、吊裝技術(shù)和經(jīng)驗。

2.4 電氣模塊

電氣模塊是特殊的模塊，主要是指變電站和電氣房模塊，鎳礦項目的變電站和電氣房均采用模塊化施工方法。模塊化變電站和電氣房提出了一種變電站和電氣房建設(shè)的新模式，它是將變電站及電氣房內(nèi)各種高低壓開關(guān)及配套設(shè)備集中在一個鋼結(jié)構(gòu)做成的房間內(nèi)，作為一個電氣模塊在工廠內(nèi)建造，現(xiàn)場達到安裝條件后，運輸?shù)浆F(xiàn)場就可以快速的進行安裝，與傳統(tǒng)的變電站和電氣房全部在現(xiàn)場施工不同。

2.5 土建模塊

土建模塊指由混凝土和內(nèi)部的鋼筋構(gòu)成各種基礎(chǔ)和墻體，該部分材料在工廠預(yù)制，運輸?shù)浆F(xiàn)場定位安裝，在其他專業(yè)設(shè)備結(jié)構(gòu)等安裝完成后，然后進行二次灌漿，完成最終的土建工作。其目的是減少傳統(tǒng)的現(xiàn)場鋼筋綁扎和模板材料支設(shè)。在項目立項后準備階段，土建模塊預(yù)制就可以開始，一旦現(xiàn)場達到條件，土建作業(yè)就可以快速的開展。鎳礦項目的土建模塊主要應(yīng)用在設(shè)備結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)和變壓器圍墻，該部分體積和重量都比較小，安裝較為容易。

3 模塊化施工設(shè)計及管理

3.1 模塊化的設(shè)計理念

隨著經(jīng)濟全球化和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，工程建設(shè)項目的規(guī)模越來越多，工程內(nèi)容越來越復(fù)雜。大型復(fù)雜項目一般都具有規(guī)模大、工期長、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，項目往往是由多項目組成的，或存在多個項目同時運行的情況。模塊化設(shè)計的方法可以有效提高項目管理水平，能夠化解大型復(fù)雜項目完成難度大、復(fù)雜性高的問題。

鎳礦項目的模塊化設(shè)計是將主要系統(tǒng)，包括它們的電氣系統(tǒng)和部分土建結(jié)構(gòu)，根據(jù)其組成的特點，切割成若干可以在工廠中進行加工制造的模塊，如結(jié)構(gòu)模塊，機械模塊、電氣房模塊、土建模塊等，將這些模塊在工廠完成預(yù)制，然后利用工具將其運抵現(xiàn)場，實施安裝。

可以看出，模塊化施工其實就是模塊設(shè)計，模塊預(yù)制，模塊安裝的過程。模塊設(shè)計是龍頭，要解決模塊規(guī)模合理、劃分適當(dāng)、接口準確等問題。利用計算機三維數(shù)字的精確設(shè)計、精確定位以及方便切塊組合的優(yōu)勢，可以將模塊切割得很大，切割得很準，并成功解決模塊和模塊之間接口精確的問題，最大可能地實現(xiàn)模塊化制造，模塊化施工。

3.2 進度控制

在模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)上，鎳礦項目采用模塊化施工。在立項批準后，建設(shè)單位就可以找到有生產(chǎn)能力的工廠簽訂合同，不同的工廠就可開始不同種模塊預(yù)制建造工作。同時現(xiàn)場可開始地質(zhì)勘測和挖掘工作，多種工作平行作業(yè)。

在現(xiàn)場部分挖掘完成，需要現(xiàn)場就位的土建模塊預(yù)制和運輸工作也完成了。以此類推，整個項目的進度由于有采用多種工作同時平行實施，施工現(xiàn)場只余下構(gòu)件吊裝、節(jié)點處理等，整個進度得到很大的提高。

同時，對資源的投入來說也很有利，因為模塊化使資源的投入更扁平化，減少了高峰期資源的投入，對計劃編排和執(zhí)行更有利。

平行作業(yè)也會帶來進度相互匹配的問題，必須將模塊的場外預(yù)制進度和工程施工進度綜合考慮，由于模塊預(yù)制安裝和現(xiàn)場施工活動的深度交叉，如果不能解決好這兩者之間的關(guān)系，模塊化將變成對整個建造工期延誤的因素。

3.3 質(zhì)量控制

模塊化施工將原來在建造環(huán)境較差的工作，尤其是高空作業(yè)和密閉環(huán)境的作業(yè)，轉(zhuǎn)移到環(huán)境較好的車間里。這樣極大的改造了工作環(huán)境，對施工質(zhì)量（產(chǎn)品質(zhì)量）的改善提供了條件。

原來現(xiàn)場施工的大部分工作改變?yōu)楣S施工，相應(yīng)的質(zhì)量控制也發(fā)生改變，將施工質(zhì)量的控制變?yōu)楣S產(chǎn)品質(zhì)量的控制，必須通過質(zhì)量計劃等手段加強車間生產(chǎn)質(zhì)量控制。

另一方面，模塊化概念決定了模塊的質(zhì)量要求也是很高的，由于模塊化施工增加了接口，包括模塊內(nèi)管道、鋼結(jié)構(gòu)、電氣橋架、土建等之間的接口，如果車間預(yù)制精度不夠，在施工現(xiàn)場很難調(diào)整，保證施工質(zhì)量。

解決這個問題，鎳礦項目在設(shè)計時已經(jīng)有所考慮，就是整個現(xiàn)場每個點都有三位坐標，現(xiàn)場還有多個坐標基準點，其他的定位都是以它們來作為參考點，通過全站儀測量設(shè)備的應(yīng)用，解決了這個問題，同時在制造過程中必須按照程序和圖紙加工制作，可以最大程度的提高產(chǎn)品質(zhì)量，解決模塊和模塊，模塊和非模塊物間接口問題。

3.4 工程施工管理方面

鎳礦項目采用模塊化施工后，大量的作業(yè)改在工廠進行，擴大了工廠作業(yè)范圍；模塊安裝的邏輯性、嚴密性要求施工計劃必須更準確，施工進度必須更準時，增加了施工管理的難度。

所有這些，對工程的物資供應(yīng)管理、信息管理、變更管理、人力資源管理等都提出了更高的要求，一旦某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯，必將帶來一系列的連鎖反應(yīng)，進而影響鎳礦項目的整體建造工作。

3.5 運輸和吊裝方面

和傳統(tǒng)建造方式比較，模塊化建造增加的模塊運輸環(huán)節(jié)加大了建造的風(fēng)險和成本，對模塊本身來說，由于要考慮到模塊的支撐和吊裝，設(shè)計上增加了結(jié)構(gòu)和吊裝設(shè)計（吊裝方案），實體上增加了結(jié)構(gòu)件、臨時支撐和包裝等，增加了施工成本。同時對于大型結(jié)構(gòu)模塊，運輸安裝時需要更有專業(yè)的運輸和吊裝工具。

針對模塊化施工大量應(yīng)用吊車，吊裝的工裝（平衡梁，纜繩等）多等特點，在吊車使用時要做好規(guī)劃，使用時加強調(diào)度管理。

4 結(jié)論

鎳礦項目模塊化施工設(shè)計是合理的，在整個項目現(xiàn)場施工期間，各種模塊間的接口得到了很好的實施，給整個項目節(jié)省了大量時間。模塊化施工易于應(yīng)用在大型工程建設(shè)當(dāng)中。