模塊化建造在建筑機電安裝工程中的應(yīng)用研究及推廣建議

李明

中信網(wǎng)安（武漢）投資發(fā)展有限公司 湖北 武漢 411104

1 模塊化建造的簡介

模塊是一個名詞，在這里用來指一個由材料和部件組裝而成的組合件。模塊化建造是對傳統(tǒng)施工理念進行優(yōu)化，大量引入平行作業(yè)，依靠當(dāng)今發(fā)達的先進技術(shù)，將土建、安裝、調(diào)試等工序進行深度交叉，預(yù)制好的模塊作為一個整體單元方便和加速了現(xiàn)場的建造，從而大大縮短工程的建設(shè)工期，進而降低工程造價。

2 模塊化建造的優(yōu)勢分析

模塊化建造自引入國內(nèi)以來，發(fā)展迅速，已在多個工程領(lǐng)域得到廣泛推廣，與傳統(tǒng)的建造模式相比，具有明顯優(yōu)勢。

2.1 縮短建造工期

實行模塊化建造后，模塊化生產(chǎn)車間承擔(dān)了大量的預(yù)制工作，在現(xiàn)場還不具備施工條件時，模塊工廠已經(jīng)開始各類模塊制作，安裝條件具備后，直接將預(yù)制好的模塊運輸至現(xiàn)場進行整體安裝，從而大大縮減現(xiàn)場作業(yè)量。模塊化建造將“先土建后安裝”的傳統(tǒng)作業(yè)模式調(diào)整為“土建安裝交叉施工”的平行作業(yè)模式，從而大大縮短整個工程的建造周期，據(jù)統(tǒng)計采用模塊化建造的工程可以節(jié)約30%～50%的工期。

2.2 降低工程造價

實行模塊化建造后，工廠承擔(dān)大量制作任務(wù)，大量人工作業(yè)被自動化的機械取代，可有效節(jié)約人工成本。實行工廠化制作還可以節(jié)約材料用量，降低材料損耗，從而有效降低工程成本。

2.3 建造質(zhì)量更容易得到保證

模塊預(yù)制廠擁有比工程現(xiàn)場更加完備的測量儀器、操作設(shè)備、工裝夾具、檢測儀表等器械，為質(zhì)量控制工作提供了可靠保障，除此之外，機械化施工相比人工作業(yè)，不僅生產(chǎn)效率高，而且質(zhì)量更易得到保證。以大口徑管道焊接為例，坡口加工、焊接在模塊預(yù)制廠都可以采用機械化操作，而在工程現(xiàn)場這些都需要采用人工作業(yè)，操作質(zhì)量不易得到保證。在工廠進行焊接作業(yè)，工件的預(yù)熱溫度、環(huán)境溫濕度、焊接速度、保護氣體等焊接要求更容易控制，有利于焊接質(zhì)量的控制。在工廠采用UT、RT、PT等方法檢測焊接工作質(zhì)量也比工程現(xiàn)場更容易操作，檢測結(jié)果也更加精確、可靠[1]。

2.4 降低現(xiàn)場施工難度

實行模塊化建造，大量高難度、高精度的作業(yè)都在工廠進行，工程現(xiàn)場的主要工作就是對各類模塊的吊裝、拼裝、連接等常規(guī)操作，在模塊就位前對其組裝避免了在其最終位置的狹窄空間進行過多的工作，這樣不僅讓安裝和土建能夠并行作業(yè)，而且有效地降低了現(xiàn)場的施工難度。

2.5 節(jié)約施工用地

實行模塊化建造后，工程現(xiàn)場制作工作大大減少，現(xiàn)場需要存放的工程材料、加工機械也會較少，這樣一來現(xiàn)場需要的材料存放場地、加工用地也相應(yīng)地減少?，F(xiàn)場工作量的減少還會伴隨著操作人員的減少，相應(yīng)生活區(qū)的用地需求也會縮減。模塊運抵現(xiàn)場后直接進行整體安裝或進行短期存放后再進行整體安裝，因此現(xiàn)場僅需要預(yù)留一小塊模塊周轉(zhuǎn)場地。綜上，實行模塊化建造能夠有效地減少現(xiàn)場臨時用地量。

2.6 有利于安全生產(chǎn)管理

實行模塊化建造的施工現(xiàn)場，動火作業(yè)、高空作業(yè)、機械操作、密閉空間作業(yè)的工作量都會降至最低、持續(xù)時間會縮減至最短，伴隨著現(xiàn)場危險源的數(shù)量也會降至最低，大大降低施工現(xiàn)場安全生產(chǎn)管理工作的難度和任務(wù)，專職安全管理人員可以將有限的工作時間投入到重點危險作業(yè)的管控中，項目負責(zé)人和技術(shù)負責(zé)人可以將更多的時間投入到項目的生產(chǎn)和技術(shù)管理中。

2.7 有利于文明施工和環(huán)境保護

一個工地的文明施工水平是該工地乃至所在企業(yè)各項管理工作水平的綜合體現(xiàn)。實現(xiàn)文明施工，不僅要著重做好現(xiàn)場的場容管理工作，而且還要相應(yīng)做好現(xiàn)場各方面的管理工作。實行模塊化建造的施工現(xiàn)場，作業(yè)量少、操作人員少、施工用地少，現(xiàn)場材料、設(shè)備、安全、技術(shù)、保衛(wèi)、消防和生活衛(wèi)生等方面的管理目標更容易實現(xiàn)，工地現(xiàn)場的整體規(guī)劃及廠容廠貌都能夠得到保證。

模塊化建造的施工現(xiàn)場，噪聲、空氣、光、水等各種污染源都會降至最低，對周邊自然環(huán)境影響及居民生活環(huán)境的影響也會極大限度地減少，能夠推進環(huán)境管理目標的實現(xiàn)，并能提高社會滿意度[2]。

3 模塊化建造在建筑機電安裝工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

所謂機電安裝工程中的模塊化建造就是根據(jù)現(xiàn)場布置情況、外形尺寸、功能等特點將機電安裝工程中常用的設(shè)備、管線、閥門等在工廠內(nèi)預(yù)制成一個或多個單元，再將預(yù)制好的模塊單元運輸至工程所在地進行整體安裝的一種施工方法。這種預(yù)制好的機電工程模塊可以是由管道、支架及閥門組成的管道模塊，也可以是由設(shè)備及附屬部件組成的設(shè)備模塊，也可以是綜合多個專業(yè)材料的綜合模塊。

目前，模塊化建造在建筑機電安裝領(lǐng)域已較多采用，但模塊化程度不高，無法與化工、電力等行業(yè)進行媲美。在建筑機電安裝工程中，能夠看見模塊化建造的場合不多，常見于能源站、水泵房等少數(shù)位置。

4 原因分析

4.1 建筑機電工程的單一性

在化工、制藥、電力等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，采用同一技術(shù)、同樣規(guī)模的工程比比皆是。但在建筑工程中，每一個工程都有其對應(yīng)的功能，即使是兩個功能相同的建筑，在規(guī)模上也不會一模一樣。建筑工程中的每一個項目、每一棟建筑，甚至每一個樓層，幾乎都是單一存在的，這就導(dǎo)致對應(yīng)的機電安裝工程的單一性。在建筑機電安裝工程中，每一次設(shè)計、每一次建造，都是一次新的實踐，無法進行“復(fù)制+粘貼”式的操作，這種建筑機電安裝工程固有的特點為實現(xiàn)模塊化建造設(shè)置了一定的阻礙，也是建筑機電安裝工程模塊化建造程度不高的原因之一。

4.2 建筑機電安裝工程密度小

在工業(yè)建筑領(lǐng)域，呈現(xiàn)在我們眼前的是各式各樣的設(shè)備、各種尺寸的管道、各種樣式的閥門、一層又一層的電纜橋架、風(fēng)管。隨便進入一個房間，除了預(yù)留的檢修通道外，其他空間幾乎都被機電工程占據(jù)。但在建筑工程領(lǐng)域，我們能看到的房間都是寬敞明亮，幾乎看不見機電安裝工程，只有在機房、泵房、能源站等少數(shù)不起眼的位置，才能感受到它們的存在。工業(yè)工程服務(wù)的對象是生產(chǎn)、工藝，而建筑工程都是為人服務(wù)的，因此我們能夠明顯感受到在建筑工程中的機電安裝工程密度要遠小于工業(yè)工程，不利于模塊的深化設(shè)計。

4.3 應(yīng)用場所較少

相比于工業(yè)機電安裝工程，建筑機電安裝工程可進行模塊化施工的位置較少，在工業(yè)機電安裝工程中，由于機電安裝工程量大、工程密度高，能夠進行模塊化深化設(shè)計的位置很多，可以最大限度地進行模塊化設(shè)計。在建筑機電安裝工程中，安裝位置比較分散，能夠進行模塊化設(shè)計和應(yīng)用的位置有限，主要集中在各種設(shè)備用房、地下室以及集中布置管線的通道，這也是阻礙模塊化建造在建筑機電安裝工程中推廣的原因之一。

4.4 工程規(guī)模較工業(yè)工程較小

建筑工程的總投資額多集中在幾十億人民幣，甚至幾億人民幣，投資額超過百億人民幣的占比較少，然而在工業(yè)工程中，投資額超過百億人民幣的比比皆是，占比很大。相比之下在建筑工程中實行模塊化建造，無論是經(jīng)濟、進度還是質(zhì)量安全上取得的效果都無法和工業(yè)工程相比，這就導(dǎo)致相關(guān)參建單位推廣模塊化建造的積極性不高。另一方面，承接工業(yè)工程的設(shè)計單位和施工單位，在規(guī)模和能力上都明顯強于承接建筑工程的設(shè)計單位和施工單位，它們有動力更，有能力去推廣模塊化建造[3]。

5 推廣建議

5.1 設(shè)計單位

設(shè)計單位作為工程建設(shè)領(lǐng)域的排頭兵，是模塊化建造推廣的源頭，應(yīng)在設(shè)計中考慮模塊化建造。在機電安裝工程的設(shè)計過程中，要充分考慮模塊化建造的要求，將暖通、給排水、電氣、智能化等各專業(yè)的設(shè)計充分融合，進行合理、緊密的排布，讓施工單位能夠進行模塊化建造的深化設(shè)計。有能力的設(shè)計單位，還應(yīng)完成整個工程的建筑信息模型（BIM）創(chuàng)建工作，讓施工單位的模塊化建造深化設(shè)計更加簡單、直觀。只有建筑設(shè)計研究院充分貫徹了模塊化建造的理念，才能有效提高設(shè)計質(zhì)量，設(shè)計出更多事宜模塊化建造的工程，模塊化建造才能在建筑機電安裝工程乃至整改建筑工程行業(yè)得到廣泛推廣。

5.2 施工單位

施工單位是模塊化建造的主力軍，是模塊化建造的直接執(zhí)行者。有能力的大型施工單位或?qū)I(yè)施工單位，應(yīng)當(dāng)建立模塊化建造體系，成立針對機電安裝工程的模塊預(yù)制廠，配備模塊化建造的技術(shù)人員，提高深化設(shè)計能力。模塊預(yù)制廠不僅要有能力進行深化設(shè)計、生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，還要建立一整套的進度、質(zhì)量、安全保證體系，應(yīng)對模塊化建造工作。模塊預(yù)制廠的規(guī)模和生產(chǎn)能力要與本單位的機電安裝工程規(guī)模相匹配，優(yōu)秀的模塊預(yù)制廠還應(yīng)有能力承接其他單位的預(yù)制業(yè)務(wù)，實現(xiàn)市場化運作。

5.3 監(jiān)理單位

監(jiān)理單位是模塊化建造的重要參與者，在模塊化建造的浪潮中要提高自身能力，迎接新的挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)的施工現(xiàn)場，監(jiān)理單位都是在工程所在地進行進度、質(zhì)量、安全管理。實現(xiàn)模塊化建造后，施工現(xiàn)場的工作量明顯減少，更多的生產(chǎn)工作來自于模塊預(yù)制廠，可能是一個模塊預(yù)制廠，也可能是多個模塊預(yù)制廠。模塊化建造過程中，監(jiān)理單位的管理工作已不再是單獨的現(xiàn)場管理，因此監(jiān)理單位要順應(yīng)建造模式的變化，提高參與人員水平和管控能力，為模塊化建造保駕護航。

5.4 建設(shè)單位

建設(shè)單位作為整個工程建設(shè)的主導(dǎo)者，對模塊化建造的推廣起著舉足輕重的作用。建設(shè)單位應(yīng)從工程建設(shè)的源頭抓起，在工程的規(guī)劃設(shè)計階段就要求相關(guān)單位進行模塊化建造推廣，選擇有模塊化建造經(jīng)驗和能力的設(shè)計單位進行合作，設(shè)計出能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化建造的工程項目。在施工單位和監(jiān)理單位的選擇上，優(yōu)先選擇有模塊化建造經(jīng)驗和能的單位進行合作，保證模塊化建造目標的順利實現(xiàn)。

5.5 設(shè)備制造單位

機電設(shè)備制造單位作為模塊化建造的推進者，可以通過產(chǎn)品的設(shè)計和制造推進機電安裝工程模塊化。機電設(shè)備制造單位應(yīng)當(dāng)密切關(guān)注用戶需求，設(shè)計、制造出適宜模塊化建造的機電產(chǎn)品，為設(shè)計單位提供更多的設(shè)計選項。如圖1所示。

圖1 模塊化的機電末端

6 結(jié)束語

綜上所述，模塊化建造不僅能夠在工業(yè)工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)降本增效，在建筑工程領(lǐng)域也同樣可以取得顯著成效，值得建筑機電安裝工程的各參建單位及參與人員大力推廣。目前，模塊化建造在建筑機電安裝工程領(lǐng)域還未普遍應(yīng)用，雖然推廣潛力巨大，但在推廣過程中也必定伴隨著各種未知的挑戰(zhàn)，望廣大參建者不懼困難，貢獻自己的力量。