模塊一體化建造工藝及技術(shù)文件編制重點(diǎn)分析

陳緒敏，吳 軍，高 見

中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司，山東青島 266555

模塊一體化建造是由詳細(xì)設(shè)計(jì)、材料采購(gòu)及管理、加工設(shè)計(jì)、計(jì)劃管理、建造管理等多方面統(tǒng)籌協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)的，具有施工過(guò)程高度集成、項(xiàng)目進(jìn)程實(shí)時(shí)跟蹤管控、模塊建造過(guò)程環(huán)保高效等優(yōu)點(diǎn)。從加工設(shè)計(jì)層面出發(fā)，結(jié)合以往項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，研究模塊一體化建造工藝流程及一體化建造加工設(shè)計(jì)技術(shù)文件編制重點(diǎn)，通過(guò)傳統(tǒng)施工和一體化施工的對(duì)比，形成加工設(shè)計(jì)一體化建造技術(shù)文件模板，為模塊建造工作提供借鑒。

1 模塊一體化建造工藝

1.1 模塊一體化建造工藝概念

隨著海洋工程行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)模塊的建造工藝也提出了更高的要求，一體化建造工藝正是在這樣的背景下發(fā)展而來(lái)，并成為近幾年海洋工程建造行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

一體化建造是指通過(guò)有效的項(xiàng)目管理，在建造過(guò)程中以某一分片為基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)深度足夠的前提下，將安裝在此分片的相關(guān)構(gòu)件、設(shè)備、物資在不影響整體吊裝和整體組對(duì)的前提下，在施工場(chǎng)地盡可能完善地安裝到此分片上，分階段實(shí)施整體噴涂、安裝和吊裝，從而減少環(huán)境污染，降低現(xiàn)場(chǎng)施工難度，提高工作效率，最終達(dá)到縮短建造周期的目的[1]。

1.2 模塊一體化建造工藝優(yōu)勢(shì)

模塊一體化建造工藝促使建造階段的管理向前延伸到設(shè)計(jì)和采辦階段，符合精細(xì)化管理的要求，具有提升項(xiàng)目施工質(zhì)量等諸多優(yōu)點(diǎn)。

（1） 提高施工效率。模塊一體化建造工藝要求在不影響吊裝及運(yùn)輸?shù)那疤嵯?，各專業(yè)滿足安裝條件的構(gòu)件都在預(yù)制階段同時(shí)完成，大大減少了各專業(yè)間交叉施工的作業(yè)量，有效節(jié)約總裝工期，提高施工效率。

（2） 降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。模塊一體化建造工藝的作業(yè)過(guò)程將原本在高空作業(yè)的大部分散件在預(yù)制階段完成，大大減少了高空作業(yè)量，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

（3） 提高施工質(zhì)量。模塊一體化建造工藝促使建造階段向前延伸到設(shè)計(jì)和采辦階段，符合精細(xì)化管理要求，提高了施工質(zhì)量。

（4） 降低施工成本。高空作業(yè)的有效減少，降低了對(duì)大型吊機(jī)資源的依賴，各專業(yè)構(gòu)件在噴涂作業(yè)前安裝，減少了單獨(dú)打磨及二次噴涂工作量，有效節(jié)約了人力、機(jī)具和材料成本。

2 模塊一體化建造工藝流程

模塊一體化建造工藝因其具有諸多優(yōu)點(diǎn)，在各大項(xiàng)目的建造過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累和總結(jié)，模塊一體化建造工藝不斷地發(fā)展和完善，已逐漸形成了一套系統(tǒng)的建造工藝流程[2]。

根據(jù)模塊一體化建造工藝的特點(diǎn)，其建造過(guò)程分為預(yù)制、預(yù)舾裝、噴涂、預(yù)安裝和分片總裝五個(gè)階段，如圖1 所示。

圖1 模塊一體化建造工藝流程

（1） 預(yù)制和預(yù)舾裝階段。是指在車間內(nèi)完成分片結(jié)構(gòu)預(yù)制、各專業(yè)結(jié)構(gòu)類散件預(yù)制（設(shè)備底座、管道支架、管鞋、電儀馬腳、通風(fēng)支架等）、艙壁結(jié)構(gòu)預(yù)制、管道預(yù)制等的過(guò)程。在建造過(guò)程中，為了保證施工工期，結(jié)構(gòu)散件及管道等的預(yù)制工作需與結(jié)構(gòu)預(yù)制工作同時(shí)開展。

（2） 預(yù)安裝階段。是指分片在完成噴涂作業(yè)之后，將預(yù)舾裝階段無(wú)法安裝的結(jié)構(gòu)散件和具備安裝條件的管道、電氣儀表等安裝到分片上的過(guò)程。

（3） 總裝階段。是指在分片吊裝就位后，將影響運(yùn)輸、吊裝作業(yè)的預(yù)制、預(yù)舾裝和預(yù)安裝階段無(wú)法安裝的結(jié)構(gòu)散件、管道以及設(shè)備等進(jìn)行總體安裝的過(guò)程。

3 模塊一體化建造工藝技術(shù)文件的特點(diǎn)

3.1 模塊建造技術(shù)文件的構(gòu)成及作用

技術(shù)文件在模塊建造中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。以某分片為例，總裝前該分片的建造過(guò)程需要三個(gè)技術(shù)文件的支持，如表1 所示[3]。

表1 技術(shù)文件

吊裝運(yùn)輸方案編制時(shí)需要結(jié)合分片構(gòu)件信息、裝載設(shè)備情況（平板車、各類吊機(jī)、軸線車等）、作業(yè)空間條件等來(lái)決定如何實(shí)現(xiàn)分片的吊裝和運(yùn)輸。方案中的運(yùn)輸?shù)跹b信息也會(huì)影響部分構(gòu)件的安裝順序，因此分片預(yù)制方案和吊裝運(yùn)輸方案建議最好由一人牽頭組織編制完成。

3.2 傳統(tǒng)模塊建造工藝技術(shù)文件編制的缺點(diǎn)

在傳統(tǒng)的模塊建造工藝中，每層分片的技術(shù)文件均以專業(yè)分類進(jìn)行編制，只針對(duì)專業(yè)交叉部分進(jìn)行溝通即可。隨著建造工藝的優(yōu)化和發(fā)展，這種文件編制方式已經(jīng)無(wú)法滿足模塊一體化建造工藝的需求，并且存在以下問(wèn)題：

（1） 信息傳遞不理想。各專業(yè)分開編制技術(shù)文件，建造過(guò)程中施工人員需要分別查閱各專業(yè)的技術(shù)文件，然后再進(jìn)行施工整合，這種工作模式既不利于信息有效傳遞，也浪費(fèi)時(shí)間。

（2） 內(nèi)容涵蓋不全面。加工設(shè)計(jì)的各專業(yè)在編制技術(shù)文件時(shí)，主要考慮本專業(yè)各構(gòu)件的安裝內(nèi)容和安裝順序，容易忽略對(duì)其他專業(yè)的影響，尤其是構(gòu)件安裝位置對(duì)分片吊裝運(yùn)輸?shù)母缮妗?/p>

（3） 工作量區(qū)分不明確。在傳統(tǒng)的建造工藝中，分片建造的技術(shù)文件包含該片上的所有需要建造的專業(yè)相關(guān)內(nèi)容，無(wú)法有效區(qū)分預(yù)制、預(yù)舾裝、預(yù)安裝以及總體安裝各個(gè)階段的工作量，不利于項(xiàng)目管理和后期總結(jié)。

3.3 一體化建造工藝技術(shù)文件的特點(diǎn)

3.3.1 一體化建造技術(shù)文件組成要素

分片一體化預(yù)制時(shí)，先將不影響吊裝運(yùn)輸?shù)母鱾€(gè)專業(yè)的構(gòu)件全部安裝就位，然后運(yùn)輸?shù)酵垦b車間，再對(duì)分片進(jìn)行整體噴涂。在編制分片一體化預(yù)制方案時(shí)，由結(jié)構(gòu)專業(yè)提供主要數(shù)據(jù)，其他專業(yè)（管道、機(jī)械、電儀以及舾裝等） 配合提供各階段的構(gòu)件安裝清單，然后進(jìn)行吊裝運(yùn)輸校核。以結(jié)構(gòu)專業(yè)為主，其他專業(yè)配合提供數(shù)據(jù)，再進(jìn)行計(jì)算校核構(gòu)成了一體化預(yù)制方案編制的組成要素，如圖2 所示。

圖2 分片一體化預(yù)制方案特點(diǎn)

3.3.2 一體化建造技術(shù)文件與建造工藝流程關(guān)系

結(jié)合加工設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及一體化建造工藝的特點(diǎn)，分片建造過(guò)程要求在編制技術(shù)文件時(shí)，充分考慮單個(gè)分片從預(yù)制到總體安裝過(guò)程中各個(gè)專業(yè)所有構(gòu)件的安裝順序。模塊一體化建造中各類技術(shù)文件與建造過(guò)程各階段的關(guān)系如圖3 所示。

圖3 各類技術(shù)文件與建造過(guò)程各階段的關(guān)系

圖3 清晰展示了分片一體化建造流程中各個(gè)階段所需要提供的技術(shù)文件。分片一體化預(yù)制方案作為技術(shù)文件的重點(diǎn)和核心，包含了除噴涂階段外的各個(gè)階段的作業(yè)流程。

4 一體化建造工藝技術(shù)文件編制重點(diǎn)

4.1 分片一體化預(yù)制方案編制重點(diǎn)

（1） 羅列構(gòu)件安裝清單。編制分片一體化預(yù)制方案時(shí)，在結(jié)構(gòu)專業(yè)內(nèi)容基礎(chǔ)上，增加了其他專業(yè)的內(nèi)容，為了確保預(yù)制時(shí)各專業(yè)構(gòu)件安裝順序分類明確，需要各專業(yè)依據(jù)安裝順序形成一份構(gòu)件安裝清單，清晰羅列每個(gè)安裝階段各專業(yè)需要安裝的構(gòu)件。

（2） 統(tǒng)計(jì)構(gòu)件詳細(xì)信息。在羅列各專業(yè)構(gòu)件安裝清單時(shí)，將構(gòu)件詳細(xì)信息（構(gòu)件數(shù)量、構(gòu)件總重、構(gòu)件總體重心等） 一并統(tǒng)計(jì)。構(gòu)件詳細(xì)清單能有效區(qū)分及統(tǒng)計(jì)一體化建造各階段的工作量，不僅能為項(xiàng)目管理以及工作量統(tǒng)計(jì)提供數(shù)據(jù)，還能為一體化運(yùn)輸?shù)跹b方案提供不同安裝階段分片的重心位置，保證計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

以結(jié)構(gòu)專業(yè)為例，一體化清單依據(jù)功能分為四個(gè)部分（見圖4），分別為總體信息區(qū)、統(tǒng)計(jì)信息區(qū)、說(shuō)明區(qū)、詳細(xì)信息區(qū)?？傮w信息區(qū)清晰提供了分片在不同建造階段分片的重量及重心，為吊裝運(yùn)輸?shù)挠?jì)算校核提供數(shù)據(jù)；統(tǒng)計(jì)信息區(qū)匯總了分片不同建造階段所需安裝的桿件類型和桿件數(shù)量；詳細(xì)信息區(qū)則清晰羅列了各建造階段所包含桿件的詳細(xì)信息。

圖4 一體化清單所包含內(nèi)容

（3） 增加運(yùn)輸影響區(qū)域圖。運(yùn)輸影響區(qū)域圖由結(jié)構(gòu)專業(yè)人員繪制，在傳統(tǒng)技術(shù)文件里，該圖屬于分片吊裝運(yùn)輸方案的一部分內(nèi)容。在實(shí)施一體化建造后，為了方便其他專業(yè)確定本專業(yè)構(gòu)件的安裝順序，將影響區(qū)域圖增加到分片一體化預(yù)制方案中，以保證分片一體化建造過(guò)程的順利實(shí)施。

圖5 為運(yùn)輸影響區(qū)域圖，清晰標(biāo)注了運(yùn)輸車輛需要占用的區(qū)域，為其他專業(yè)確定構(gòu)件安裝順序提供參考依據(jù)。

圖5 運(yùn)輸影響區(qū)域圖（陰影區(qū)為小車預(yù)留區(qū)域）

（4） 專業(yè)會(huì)簽分片一體化預(yù)制方案由結(jié)構(gòu)專業(yè)編制，各專業(yè)提供構(gòu)件安裝清單，最終進(jìn)行會(huì)簽。

4.2 分片一體化吊裝運(yùn)輸方案及計(jì)算報(bào)告編制重點(diǎn)

（1） 初步計(jì)算吊裝運(yùn)輸信息。在項(xiàng)目開展前期，先根據(jù)分片結(jié)構(gòu)專業(yè)構(gòu)件的重量、重心數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行初步的校核計(jì)算，定出分片粗略的運(yùn)輸信息和吊裝信息。

（2） 繪制運(yùn)輸影響區(qū)域圖。使用初步計(jì)算的運(yùn)輸信息繪制運(yùn)輸影響區(qū)域圖，并匯總于一體化預(yù)制方案內(nèi)。

（3） 優(yōu)化運(yùn)輸、吊裝精確位置。根據(jù)各專業(yè)依據(jù)運(yùn)輸影響區(qū)域圖提供的構(gòu)件安裝清單詳細(xì)信息來(lái)計(jì)算分片的準(zhǔn)確重量、重心，確定吊裝運(yùn)輸時(shí)施工機(jī)具分布的精確位置。

圖6 以結(jié)構(gòu)專業(yè)為例，展示了一體化建造流程中，使用TEKLA 軟件對(duì)吊索具的分布位置及吊裝位置的建模模擬，模型中清晰展示吊裝過(guò)程中吊索具分布區(qū)域影響到的構(gòu)件，方便結(jié)構(gòu)專業(yè)人員確定各構(gòu)件在建造過(guò)程中的安裝順序[4]。

（4） 計(jì)算校核。依據(jù)分片各專業(yè)構(gòu)件分布的詳細(xì)信息、吊索具的分布位置進(jìn)行1∶1 建模模擬計(jì)算，校核各專業(yè)構(gòu)件安裝順序以及吊點(diǎn)選取位置等是否滿足要求[5]。

圖6 吊裝建模模擬

5 結(jié)束語(yǔ)

模塊一體化建造工藝已經(jīng)在項(xiàng)目實(shí)施中發(fā)揮出了明顯的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)項(xiàng)目驗(yàn)證，在模塊建造過(guò)程中，與傳統(tǒng)建造工藝相比，實(shí)施一體化建造工藝流程可在建造施工過(guò)程中取得以下三點(diǎn)效益：減少高空作業(yè)約75%，提高施工效率約15%，節(jié)約施工成本約8%。

建造施工過(guò)程離不開技術(shù)文件的支持，技術(shù)文件作為整個(gè)模塊建造的內(nèi)核和基礎(chǔ)，為模塊建造的各階段提供指導(dǎo)和依據(jù)。技術(shù)文件在編制時(shí)要充分考慮模塊一體化建造工藝中各階段的作業(yè)流程，做到文件與建造流程高度適配，這樣才能實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的進(jìn)度控制、成本控制及安全運(yùn)行。