海工裝備模塊化建造的未來(lái)挑戰(zhàn)

本刊記者 崔 燕

模塊化建造技術(shù)誕生于上世紀(jì)40年代。第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，由美國(guó)人首先將其應(yīng)用于軍船領(lǐng)域。60年代，日本人發(fā)明的一項(xiàng)組合技術(shù)，促成了模塊化建造的發(fā)展。到70年代，歐洲和美國(guó)已經(jīng)在這項(xiàng)技術(shù)上逐漸形成了一個(gè)比較成熟的階段，又經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，模塊化建造逐漸被應(yīng)用于很多領(lǐng)域。近年來(lái)，模塊化建造作為一種低成本、高效率且安全的建造模式，已成為現(xiàn)代造船和海工領(lǐng)域的重要技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)。

新技術(shù)助力模塊化發(fā)展

談到模塊化建造的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，中國(guó)海洋石油工程股份有限公司副總工程師史佑在由北京美沙會(huì)展公司承辦的2013模塊化建造技術(shù)與管理國(guó)際論壇上表示，傳統(tǒng)的構(gòu)建式建造方式需要在現(xiàn)場(chǎng)或同一場(chǎng)地來(lái)完成，受場(chǎng)地限制比較大。而模塊化建造則可以把一些產(chǎn)品同時(shí)放在不同場(chǎng)地完成，不僅不受施工場(chǎng)地限制，還大大地節(jié)省了工時(shí)，提高生產(chǎn)效率。其次，傳統(tǒng)構(gòu)件式建造方式必須要在項(xiàng)目所在地進(jìn)行組裝，而模塊化建造則可以把主要部件在運(yùn)輸安裝和抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)之前就完成組裝，從而可以避免在建造過(guò)程出現(xiàn)誤差。另外，傳統(tǒng)構(gòu)建式建造在項(xiàng)目期間內(nèi)或多或少會(huì)在某些設(shè)備的安裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)一些調(diào)試和改裝。但模塊化建造則完全可以避免，因?yàn)槟K化建造大部分的設(shè)備就已經(jīng)在設(shè)計(jì)之初內(nèi)納入其中了，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)更加完整。

以上三個(gè)方面足以證明模塊化這種建造方式，已逐漸向海工項(xiàng)目領(lǐng)域延伸，且不斷向能源、化工及更多的基礎(chǔ)建設(shè)等方面滲透。未來(lái)模塊化建造將被越來(lái)越多的行業(yè)所認(rèn)可和采用。

從未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，可以肯定的是新型技術(shù)的出現(xiàn)推動(dòng)了模塊化的全面發(fā)展。這些新技術(shù)包括，3D技術(shù)、SPMT小車(chē)和海上運(yùn)輸設(shè)備及更大范疇地調(diào)集和安裝技術(shù)。3D技術(shù)的應(yīng)用大大提高了設(shè)計(jì)效率和精度，促進(jìn)了模塊化建造的前期模擬。也就是說(shuō)，設(shè)計(jì)師在辦公室的電腦上就可以把整個(gè)項(xiàng)目用三維形狀模擬出來(lái)。而SPMT小車(chē)的出現(xiàn)使得模塊化建造的運(yùn)載能力得到不斷提升，有了這些設(shè)備，即使幾千噸的模塊也可以從四面八方匯集到現(xiàn)場(chǎng)。特別是一些大型及特殊種類(lèi)船舶的出現(xiàn)，為模塊化建造提供了便捷和完善的運(yùn)輸服務(wù)。隨著起重能力的不斷增強(qiáng)，大型吊機(jī)以及先進(jìn)的安裝技術(shù)，更是為模塊化建造創(chuàng)造了更多的可能。這些新技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用都是成就模塊化建造進(jìn)程的重要保證。

一體化能力至關(guān)重要

如果說(shuō)新技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了模塊化的全面發(fā)展。那么，隨著模塊化建造技術(shù)的不斷延伸。未來(lái)的模塊化建造能力怎樣才能得到更大的提升呢？

在談到這一問(wèn)題時(shí)，有著多年豐富項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的中國(guó)海洋石油工程股份有限公司執(zhí)行副總裁楊云表示：“由于海工項(xiàng)目造價(jià)很高，一些設(shè)備的安裝相當(dāng)復(fù)雜，且工作量大，同時(shí)還要受到環(huán)境制約的影響。所以，在海工項(xiàng)目中最核心的就是設(shè)計(jì)建造一體化問(wèn)題”。

據(jù)了解，在每一個(gè)海工項(xiàng)目中，都必須嚴(yán)格執(zhí)行EPCI。所謂EPCI就是指設(shè)計(jì)、采辦、建造、安裝。采用EPCI，可以實(shí)現(xiàn)將設(shè)計(jì)、采辦、建造和安裝階段統(tǒng)一策劃、統(tǒng)一組織、統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一協(xié)調(diào)。在實(shí)施過(guò)程中進(jìn)行進(jìn)度、費(fèi)用、質(zhì)量控制，從而確保項(xiàng)目更好地完成。同時(shí)，在設(shè)計(jì)中可以同時(shí)進(jìn)行設(shè)備材料的采辦，使各階段之間合理、有序和深度交叉。在保證各自周期時(shí)間的前提下，盡可能地縮短總工期。也就是說(shuō)，把工程項(xiàng)目各個(gè)階段進(jìn)行整體優(yōu)化，局部服從整體，階段服從全過(guò)程，從而可以提高整體經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，在EPCI模式下業(yè)主往往只負(fù)責(zé)提出工程項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)、功能要求和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而設(shè)計(jì)、采辦、建造、安裝全部交由承包商來(lái)完成。

在海工領(lǐng)域，一體化能力在整個(gè)項(xiàng)目中發(fā)揮了至重要的作用。當(dāng)然，除了具備完善的統(tǒng)籌能力，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也很重要。史佑告訴記者，在工程領(lǐng)域，幾乎沒(méi)有任何一個(gè)解決方案能夠稱(chēng)之為完美。我們只能努力實(shí)現(xiàn)一個(gè)更好的方案，或是更加合理的解決方案。這就要求模塊化建造在設(shè)計(jì)、采購(gòu)、建造和項(xiàng)目管理過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都要按照規(guī)劃一步一步地完成。

設(shè)計(jì)問(wèn)題是直接影響模塊化的關(guān)鍵因素。這里面包括模塊化分段的尺寸、重量以及所包含的設(shè)備，這些細(xì)碎的問(wèn)題都是要在項(xiàng)目的最初設(shè)計(jì)中充分地考慮進(jìn)去，否則一旦在建造環(huán)節(jié)中出現(xiàn)一些問(wèn)題，后面所有的規(guī)劃都將受到無(wú)法預(yù)計(jì)的影響。還有就是協(xié)調(diào)與管理，這方面則要與設(shè)計(jì)、供應(yīng)商、建造場(chǎng)地以及運(yùn)輸商進(jìn)行等方面進(jìn)行全面的協(xié)調(diào)。

以中海油鎳礦建造項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目涉及17個(gè)模塊，歷時(shí)23個(gè)月，涉及安裝的設(shè)備約有1900多臺(tái)，有超過(guò)2000多名員工同時(shí)作業(yè)。由于工程的復(fù)雜性，給工程技術(shù)部門(mén)帶來(lái)了不少難題。既要確保效率的同時(shí)，又要保證施工質(zhì)量，同時(shí)還要兼顧安全。史佑介紹說(shuō)，通過(guò)該項(xiàng)目我們總結(jié)出了三個(gè)方面的經(jīng)驗(yàn)。第一，要確保充足的場(chǎng)地裝備，充分地調(diào)研和重組的技術(shù)準(zhǔn)備。第二，需要業(yè)主和承包商共同評(píng)估項(xiàng)目的可行性。在項(xiàng)目實(shí)施開(kāi)始，就需要業(yè)主和承包商一起來(lái)參與到這個(gè)項(xiàng)目當(dāng)中。第三，在項(xiàng)目的執(zhí)行過(guò)程中，要嚴(yán)格地控制誤差的產(chǎn)生，只有嚴(yán)格控制好這個(gè)方面，才能避免到后面安裝環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行。只有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕ㄔ旒夹g(shù)和組織結(jié)構(gòu)才能確保項(xiàng)目的完成。

如何應(yīng)對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn)

隨著中國(guó)制造能力的不斷提升，憑借國(guó)產(chǎn)化設(shè)備及生產(chǎn)能力等方面的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的國(guó)際業(yè)主選擇與國(guó)內(nèi)制造商合作。然而，對(duì)任何事情來(lái)說(shuō)，機(jī)遇和挑戰(zhàn)都是并存的。我們?cè)撊绾螒?yīng)對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn)呢？

采購(gòu)是模塊化建造的先決條件之一。在工程設(shè)計(jì)之初，往往就要權(quán)衡各方面的利益及相關(guān)方面的建議。如何更好地控制成本，是當(dāng)前海工項(xiàng)目所遇到的難題之一。楊云介紹說(shuō)，采購(gòu)帶來(lái)的各種難題不僅僅是管理方面的，更是理念問(wèn)題。海工項(xiàng)目造價(jià)高，設(shè)備采購(gòu)直接影響了企業(yè)的成本和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前，我國(guó)海工企業(yè)采購(gòu)成本普遍較高，主要因?yàn)檫M(jìn)口設(shè)備和材料的采購(gòu)成本占總成本的比例較高。例如，海上平臺(tái)發(fā)電站、平臺(tái)接裝分割器、平臺(tái)接樁緩沖裝置，以及液化天然氣（LNG）超低溫鋼材等一些關(guān)鍵裝備。

在海工項(xiàng)目中，施工成本也不容忽視。以海管鋪設(shè)為例，海管本身的成本價(jià)格其實(shí)并不高，但是鋪設(shè)海管的作業(yè)船只方面

的費(fèi)用大約為200萬(wàn)元左右。如果海管出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，則維修與返工的費(fèi)用就面臨著更大的資源浪費(fèi)。從目前情況來(lái)看，模塊化建造的設(shè)備采購(gòu)應(yīng)該綜合考慮，不論是哪一個(gè)國(guó)家的產(chǎn)品，只要其制造裝備符合業(yè)主的要求，且達(dá)到項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)的要求，都可以納入到采購(gòu)清單當(dāng)中來(lái)。所以，今后全球采購(gòu)是必然的選擇。

除了采購(gòu)問(wèn)題，模塊化建造未來(lái)還存在幾大難題需要引起業(yè)界重視。史佑表示，其一，是巨大的工作量給項(xiàng)目計(jì)劃和人員組織帶來(lái)困難；其二，是復(fù)雜的模塊結(jié)構(gòu)給設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制工作帶來(lái)困難；其三，是施工人員的制造工藝、工作責(zé)任心也將為模塊化建造帶來(lái)不小的挑戰(zhàn)。

另外，隨著場(chǎng)地間的日益加劇，以及中國(guó)制造能力的不斷提升，模塊化建造逐漸從海外不斷地向亞洲國(guó)家轉(zhuǎn)移，跨區(qū)域、跨國(guó)家的項(xiàng)目執(zhí)行，跨文化溝通與協(xié)調(diào)等問(wèn)題也將是成為影響模塊化建造和管理的重要因素。

物流環(huán)節(jié)不容忽視

作為模塊化建造中的重要環(huán)節(jié)，模塊的物流運(yùn)輸越來(lái)越受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。美國(guó)福斯特惠勒公司Jeremy Cooke表示：“對(duì)于模塊項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，最重要的一點(diǎn)就是建造、裝載，運(yùn)輸最大的模塊。”

世界上最領(lǐng)先的重大件運(yùn)輸服務(wù)商道克懷斯重大件海運(yùn)有限公司充分意識(shí)到了在模塊化建造中對(duì)超大、超重模塊運(yùn)輸這一領(lǐng)域已成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。道克懷斯重大件海運(yùn)有限公司銷(xiāo)售總監(jiān)Kathryn Lewton-Jones表示，隨著海上油氣勘探作業(yè)環(huán)境的不斷惡劣，以及不斷向深海領(lǐng)域進(jìn)軍。對(duì)模塊化建造運(yùn)輸市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，越來(lái)越充滿(mǎn)挑戰(zhàn)。所以，尋求更加安全、更加高效的運(yùn)輸解決方案，成為運(yùn)輸服務(wù)商所追求的目標(biāo)。

一般來(lái)說(shuō)，模塊運(yùn)輸?shù)碾y度主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，是建造場(chǎng)地和安裝場(chǎng)地存在限制。不管是建造場(chǎng)地還是安裝場(chǎng)地，空間都是有限的。然而，物流最根本的原則就是必須確保準(zhǔn)時(shí)送達(dá)；其次甲板裝備、墊墩和綁扎都需要船舶等待很長(zhǎng)時(shí)間（通常十天以上）；第三，船舶無(wú)法進(jìn)入未經(jīng)改造的吃水較淺的海岸；第四，港口的擁堵?tīng)顩r導(dǎo)致船舶等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；最后，還要充分地考慮到裝載和卸載的設(shè)備和能力。

據(jù)了解，通過(guò)十幾年在運(yùn)輸領(lǐng)域的探索和完善，道克懷斯重大件海運(yùn)有限公司已經(jīng)擁有很多豐富經(jīng)驗(yàn)和成功案例，確保了大型模塊運(yùn)輸項(xiàng)目的順利實(shí)施。其中主要具有四大優(yōu)勢(shì)，一是，利用半潛船，超級(jí)浮式托盤(pán)（FSP）及輔助設(shè)備可以盡可能的突破重吊對(duì)于模塊裝載重量的限制。二是，通過(guò)協(xié)調(diào)物流及優(yōu)化建造方、分包商和客戶(hù)之間的運(yùn)輸時(shí)間安排，將總成本和管理風(fēng)險(xiǎn)降至最低。三是，依賴(lài)內(nèi)部強(qiáng)大的工程、采購(gòu)、風(fēng)險(xiǎn)控制和項(xiàng)目管理實(shí)力，提供覆蓋了模塊運(yùn)輸?shù)母鱾€(gè)層面的一站式總包合同，無(wú)需客戶(hù)費(fèi)心對(duì)接更多的服務(wù)商。四是，該公司具有世界上最大的半潛船船，包括24條半潛船及2個(gè)超級(jí)浮式托盤(pán)，為運(yùn)輸提供確定的航程，確保貨物按時(shí)到達(dá)目的地。

Kathryn Lewton-Jones介紹說(shuō)，2010年該承接了一家世界領(lǐng)先礦業(yè)公司在Koniambo鎳礦項(xiàng)目中的模塊物流服務(wù)。這個(gè)項(xiàng)目需要完成15個(gè)鎳礦加工模塊，分4航次，其中最重的模塊達(dá)3500噸。從建造地中國(guó)青島運(yùn)送至南太平洋的新喀里多尼亞。在這項(xiàng)運(yùn)輸任務(wù)中，我們采用T級(jí)半潛船第一次采用邊弦滾裝的裝載方式。同時(shí)，指定出詳細(xì)的綁扎工程方案以確保15個(gè)模塊在海上航行的安全性。該項(xiàng)目的順利實(shí)施，在運(yùn)輸領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，具有里程碑式的意義。

與Koniambo相比，道克懷斯在2012年推出的利用超級(jí)浮力托盤(pán)（FSP）的搭載式運(yùn)輸方案更具有創(chuàng)新性。超級(jí)浮式托盤(pán)（FSP）是一種可壓載的無(wú)動(dòng)力駁船，模塊獨(dú)立裝載到FSP上，連同F(xiàn)SP一起放到半潛船的甲板上進(jìn)行運(yùn)輸。單個(gè)FSP長(zhǎng)60米，寬40米，可裝載重達(dá)到6000噸的模塊。從建造地中國(guó)青島運(yùn)送至澳大利亞?wèn)|岸，分3個(gè)航次，總共7個(gè)模塊。這項(xiàng)運(yùn)輸任務(wù)，采用了S級(jí)半潛船SWAN和兩個(gè)超級(jí)托盤(pán)（DOCKWISE FSP 101及DOCKWISE FSP 102）。它們的應(yīng)用大大縮短了運(yùn)輸過(guò)程中貨物的綁扎及港口等待時(shí)間。同時(shí)，還降低了對(duì)裝港/卸港的水深要求。提高了半潛船的利用率，從而大大地降低了項(xiàng)目成本。

同時(shí)，通過(guò)一站式的總包合同方式，很好地協(xié)調(diào)及優(yōu)化模塊建造廠(chǎng)和物流分包商之間的關(guān)系，用戶(hù)只需專(zhuān)注于項(xiàng)目中的核心問(wèn)題及技術(shù)，把模塊物流繁瑣的步驟完全委托給物流總包商進(jìn)行處理。使“搭載運(yùn)輸”這一全新概念成功地應(yīng)用到模塊運(yùn)輸領(lǐng)域。