模塊化建設(shè)前期策劃要點(diǎn)分析

陳英杰 張寶生

中國(guó)石油大學(xué)(北京)工商管理學(xué)院, 北京 102249

0 前言

模塊化建設(shè)模式以其突出的建設(shè)優(yōu)勢(shì)逐步得到建設(shè)各方的認(rèn)可,在油氣田地面工程建設(shè)中的應(yīng)用也越來(lái)越多[1-3]。對(duì)于一個(gè)工程而言,模塊化前期策劃對(duì)模塊化建設(shè)的執(zhí)行有著至關(guān)重要的影響。需不需要做模塊化、能不能做模塊化、怎樣做模塊化都需要在前期策劃中說(shuō)清楚,為模塊化建設(shè)的具體實(shí)施打好基礎(chǔ)并指明方向。下面就陸上天然氣氣田地面工程模塊化建設(shè)對(duì)以上三個(gè)問(wèn)題進(jìn)行剖析。

1 需不需要做模塊化

需不需要做模塊化要從模塊化建設(shè)的實(shí)質(zhì)說(shuō)起。模塊化建設(shè)是把常規(guī)建設(shè)中建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的施工工作搬到另一個(gè)地點(diǎn)的工廠進(jìn)行,再通過(guò)現(xiàn)代化的運(yùn)輸工具和裝卸技術(shù),將在工廠完成的裝置搬遷到建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)。模塊化建設(shè)的主要目的就是減少建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的施工工作量,降低常規(guī)現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn),包括安全、經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)[4-7]。而模塊建造工廠從自然環(huán)境、社會(huì)穩(wěn)定、技術(shù)能力以及物資依托等各方面都有較大優(yōu)勢(shì),建造風(fēng)險(xiǎn)很低。因此,一個(gè)天然氣氣田廠站建設(shè)需不需要采用模塊化建設(shè)方式應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)地具體情況決定。

海外項(xiàng)目有些地處北極,自然條件惡劣;有些地處中東地區(qū),社會(huì)不穩(wěn)定,安全風(fēng)險(xiǎn)高;有些地處非洲地區(qū),物資匱乏,技術(shù)水平低;有些地處歐美與澳洲地區(qū),雖然技術(shù)水平高,但安全環(huán)保要求高,人力成本高,這些海外項(xiàng)目,均適合采用模塊化建設(shè)來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)[8-9]。而國(guó)內(nèi)項(xiàng)目,則需要結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)來(lái)確定是否采用模塊化建設(shè)。比如,萬(wàn)州硫黃回收裝置擴(kuò)建工程,由于已建裝置正在運(yùn)行,而新建裝置離已建裝置太近,從施工安全的角度,應(yīng)采用模塊化建設(shè)；磨溪龍王廟項(xiàng)目采用模塊化建設(shè)后,占地面積減少,建設(shè)工期縮短,投資也有降低[10]。

2 能不能做模塊化

能不能做模塊化主要考慮運(yùn)輸和裝卸條件，運(yùn)輸和裝卸是模塊化建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模塊化裝置在工廠完成建造后,由于設(shè)備、管道、結(jié)構(gòu)及儀電的集成,其尺寸和重量顯著增加。模塊化建設(shè)首先要解決裝置模塊化后運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，模塊化前期策劃應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)地和可能的模塊建造地,開(kāi)展運(yùn)輸全路徑和運(yùn)輸方式調(diào)研,了解運(yùn)輸路徑對(duì)裝置尺寸重量的限制要求、以及運(yùn)輸時(shí)長(zhǎng)、季節(jié)性、運(yùn)輸費(fèi)用以及相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)等。特別是陸上氣田,受建設(shè)地制約,往往需要進(jìn)行部分公路運(yùn)輸,要著重考慮上岸碼頭和公路的限制條件[11-12]。

模塊化建設(shè)其次要解決的是裝卸問(wèn)題,主要關(guān)注項(xiàng)目建設(shè)地的裝卸條件。模塊化裝置的裝卸主要有兩種方式：一種是液壓支撐安裝方式,主要針對(duì)大型模塊,采用SPMT進(jìn)行短距離陸地運(yùn)輸;另一種是吊裝方式,如汽車(chē)吊、履帶吊等。250 t以下的汽車(chē)吊相對(duì)資源多一些,而大噸位的吊機(jī)在項(xiàng)目建設(shè)地可能沒(méi)有,或數(shù)量很少。因此,項(xiàng)目建設(shè)地的吊裝資源是否滿足模塊化裝置大型吊裝需求的增加,也是考慮的因素之一。能不能做模塊化,最后需要根據(jù)運(yùn)輸和吊裝限制條件,結(jié)合項(xiàng)目模塊化方案進(jìn)行確定。

3 怎樣做模塊化

怎樣做模塊化需要從項(xiàng)目控制目標(biāo)來(lái)分析,擇優(yōu)選擇最佳模塊化方案。下面結(jié)合陸上天然氣氣田的模塊化建設(shè),從模塊結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)、模塊化方案確定、模塊化實(shí)施策劃三方面進(jìn)行說(shuō)明。

3.1 模塊結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)

工藝裝置的模塊化方案主要有兩種形式:一種是橇裝化分布式模塊化裝置,多為以設(shè)備為核心的單層結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖1;另一種是多層疊加式模塊化裝置,根據(jù)裝置功能或設(shè)備安全類(lèi)別采取聯(lián)合布置結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖2。兩種模塊化方案的比較見(jiàn)表1。

圖1 橇裝化分布式模塊化裝置

圖2 多層疊加式模塊化裝置

表1兩種模塊化裝置的比較

模塊化裝置結(jié)構(gòu)形式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)儀電布置檢維修工廠預(yù)制率占地面積橇裝化分布式簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單容易低大多層疊加式復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜相對(duì)困難高小

3.2 模塊化方案確定

模塊化方案需要結(jié)合項(xiàng)目控制目標(biāo)綜合分析后確定。主要遵從以下三個(gè)原則:

1)客戶優(yōu)先原則。模塊化方案對(duì)項(xiàng)目的建設(shè)用地、費(fèi)用、工期等都有較大影響,作為項(xiàng)目投資方或建設(shè)方,對(duì)項(xiàng)目建設(shè)方案有絕對(duì)的決定權(quán)，因此,方案的選擇首先要尊重客戶的選擇。若項(xiàng)目合同中明確了模塊化方案,則按合同執(zhí)行;若項(xiàng)目合同中未明確模塊化方案,而客戶或第三方代表在設(shè)計(jì)過(guò)程中提出要求,則需考慮合同執(zhí)行成本和工期等因素,必要時(shí)可按變更方案提出索賠。

2)經(jīng)濟(jì)性原則。建設(shè)成本是項(xiàng)目控制的主要目標(biāo)之一。結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)地的依托條件,從占地面積、機(jī)械成本、人力成本、運(yùn)輸成本等方面綜合選擇模塊化方案。從建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的施工工程量分析,優(yōu)先選擇多層疊加式模塊化裝置,其工廠化預(yù)制率最高,除裝卸要求高之外,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)依托最小。還可根據(jù)最大運(yùn)輸重量與尺寸、最優(yōu)運(yùn)輸重量及尺寸對(duì)工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,合理確定工廠裝置列數(shù)及每列裝置的處理能力,實(shí)現(xiàn)模塊化建設(shè)最優(yōu)。

3)風(fēng)險(xiǎn)控制原則。安全、質(zhì)量、進(jìn)度和費(fèi)用是工程建設(shè)項(xiàng)目控制的四大要素,同樣伴隨著油氣田地面工程模塊化建設(shè)過(guò)程。模塊化方案的選擇需要對(duì)全過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析比較。橇裝化分布式模塊化裝置由于現(xiàn)場(chǎng)工作量相對(duì)多一些,因此項(xiàng)目建設(shè)的安全風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)大一些,需要加強(qiáng)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)工作的控制工作；而多層疊加式模塊化裝置,特別是具備運(yùn)輸條件不進(jìn)行拆分的模塊,由于工廠化預(yù)制的集成度高,在運(yùn)輸和裝卸環(huán)節(jié)面臨的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)大一些。風(fēng)險(xiǎn)控制是開(kāi)展模塊化建設(shè)的初衷,也是模塊化方案選擇需重點(diǎn)考慮的原則之一。

3.3 模塊化實(shí)施策劃

模塊化實(shí)施策劃可以從模塊化設(shè)計(jì)原則、物資供應(yīng)選擇、模塊建造商選擇、運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)控制等方面開(kāi)展,具體內(nèi)容如下[13-15]:

1)制定模塊化設(shè)計(jì)原則。結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)要求,為相關(guān)的工藝、配管、結(jié)構(gòu)、儀表、電氣以及防腐絕熱專(zhuān)業(yè)，編制針對(duì)項(xiàng)目的“模塊化設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定”,對(duì)項(xiàng)目的模塊化內(nèi)容、模塊化方案、包裝方式、運(yùn)輸限制條件進(jìn)行描述,還應(yīng)重點(diǎn)描述各專(zhuān)業(yè)開(kāi)展選型設(shè)計(jì)、路徑設(shè)計(jì)以及詳細(xì)設(shè)計(jì)所需遵守的統(tǒng)一原則及規(guī)定。“模塊化設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定”能避免交叉設(shè)計(jì)或協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程的反復(fù),達(dá)到統(tǒng)一設(shè)計(jì)思想和優(yōu)化設(shè)計(jì)成果的目的,保障模塊化裝置的整體質(zhì)量和方案的可實(shí)施性。

2)制定物資供應(yīng)方案。物資供應(yīng)商對(duì)模塊有影響，首先,模塊化裝置集成后,其總體的檢維修肯定會(huì)受到一定的影響,因此需要提供高質(zhì)量的產(chǎn)品,減少設(shè)備的檢維修概率,需關(guān)注產(chǎn)品品牌選擇和質(zhì)量控制;其次,模塊建造所需的物資種類(lèi)多、數(shù)量大,所有物資都需要先交付到建造工廠進(jìn)行集成,部分設(shè)備需要在模塊建造工廠出廠驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行功能或性能測(cè)試,再運(yùn)輸至建設(shè)現(xiàn)場(chǎng),需關(guān)注模塊化裝置設(shè)備的合同及界面管理;再次,要發(fā)揮地區(qū)優(yōu)勢(shì),建造工廠一般會(huì)選擇在運(yùn)輸條件良好、人力資源成本合理、物資資源充分的地區(qū),因此物資供應(yīng)可充分考慮地區(qū)優(yōu)勢(shì),選擇建造廠就近的合格供應(yīng)商,增加管理效率,降低成本;最后,物資供應(yīng)還需要注意供應(yīng)商的交貨期,特別是關(guān)鍵路徑的物資,可調(diào)研評(píng)估工廠的工作飽和度,并加強(qiáng)過(guò)程的控制。

3)模塊建造商的選擇。根據(jù)項(xiàng)目模塊化裝置的劃分和工程量情況,結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)工期要求,評(píng)估該項(xiàng)目可能選用的模塊建造商數(shù)量。對(duì)于多列裝置的項(xiàng)目,原則上應(yīng)按裝置類(lèi)別進(jìn)行建造分包,相同裝置由同一家建造商進(jìn)行制造,有利于提高建造效率,保證模塊供貨質(zhì)量。當(dāng)項(xiàng)目模塊建造技術(shù)要求較高時(shí),還需要對(duì)建造廠的標(biāo)準(zhǔn)熟悉程度和業(yè)績(jī)情況進(jìn)行調(diào)研,確保建造廠施工人員和質(zhì)量控制團(tuán)隊(duì)能夠按項(xiàng)目要求完成建造工作。當(dāng)模塊建造工程量大、工期緊時(shí),要對(duì)建造廠的建造能力和任務(wù)檔期進(jìn)行調(diào)研,要能提供充分的人力資源和機(jī)具資源作為保障。盡早鎖定模塊建造商,使其熟悉項(xiàng)目?jī)?nèi)容,制定建造方案,同時(shí)可以為模塊化優(yōu)化設(shè)計(jì)提供建議。

4)制定模塊運(yùn)輸方案。運(yùn)輸方案策劃的深度與模塊裝置的運(yùn)輸方式和運(yùn)輸工具選擇相關(guān)。公路運(yùn)輸選擇的是常見(jiàn)運(yùn)輸車(chē)輛(1.1 m高三軸平板掛車(chē)),車(chē)輛易租,運(yùn)輸費(fèi)用低,公路運(yùn)輸策劃則只需簡(jiǎn)單說(shuō)明;反之,若由于模塊超限太多,需要考慮超低板車(chē),甚至特殊車(chē)輛,應(yīng)提前做好策劃,確定物流公司介入時(shí)間,規(guī)劃運(yùn)輸路徑和運(yùn)輸時(shí)間。對(duì)于海運(yùn)也是同樣道理,特別是業(yè)務(wù)繁忙期,往往需要提前很長(zhǎng)時(shí)間鎖定船期,對(duì)建造進(jìn)度的要求也很高。也就是說(shuō),模塊化裝置策劃時(shí),結(jié)合裝置處理能力,要盡可能選擇常規(guī)運(yùn)輸工具,節(jié)約運(yùn)輸費(fèi)用,降低運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

綜上,模塊化建設(shè)前期策劃對(duì)于項(xiàng)目建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)控制、建設(shè)成本控制以及質(zhì)量進(jìn)度都有重要影響。項(xiàng)目實(shí)施前,通過(guò)資料和數(shù)據(jù)充分說(shuō)明需不需要做模塊化、能不能做模塊化和怎樣做模塊化,制定出一個(gè)優(yōu)秀的策劃方案,指導(dǎo)項(xiàng)目模塊化建設(shè)的執(zhí)行,才能保障模塊化建設(shè)的順利實(shí)施。