模塊化建設前期策劃要點分析

陳英杰 張寶生

中國石油大學(北京)工商管理學院, 北京 102249

0 前言

模塊化建設模式以其突出的建設優勢逐步得到建設各方的認可,在油氣田地面工程建設中的應用也越來越多[1-3]。對于一個工程而言,模塊化前期策劃對模塊化建設的執行有著至關重要的影響。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清楚,為模塊化建設的具體實施打好基礎并指明方向。下面就陸上天然氣氣田地面工程模塊化建設對以上三個問題進行剖析。

1 需不需要做模塊化

需不需要做模塊化要從模塊化建設的實質說起。模塊化建設是把常規建設中建設現場的施工工作搬到另一個地點的工廠進行,再通過現代化的運輸工具和裝卸技術,將在工廠完成的裝置搬遷到建設現場。模塊化建設的主要目的就是減少建設現場的施工工作量,降低常規現場建設的風險,包括安全、經濟以及社會風險[4-7]。而模塊建造工廠從自然環境、社會穩定、技術能力以及物資依托等各方面都有較大優勢,建造風險很低。因此,一個天然氣氣田廠站建設需不需要采用模塊化建設方式應根據項目建設地具體情況決定。

海外項目有些地處北極,自然條件惡劣;有些地處中東地區,社會不穩定,安全風險高;有些地處非洲地區,物資匱乏,技術水平低;有些地處歐美與澳洲地區,雖然技術水平高,但安全環保要求高,人力成本高,這些海外項目,均適合采用模塊化建設來降低風險[8-9]。而國內項目,則需要結合項目建設目標來確定是否采用模塊化建設。比如,萬州硫黃回收裝置擴建工程,由于已建裝置正在運行,而新建裝置離已建裝置太近,從施工安全的角度,應采用模塊化建設；磨溪龍王廟項目采用模塊化建設后,占地面積減少,建設工期縮短,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輸和裝卸條件，運輸和裝卸是模塊化建設的關鍵環節。模塊化裝置在工廠完成建造后,由于設備、管道、結構及儀電的集成,其尺寸和重量顯著增加。模塊化建設首先要解決裝置模塊化后運輸的問題，模塊化前期策劃應結合項目建設地和可能的模塊建造地,開展運輸全路徑和運輸方式調研,了解運輸路徑對裝置尺寸重量的限制要求、以及運輸時長、季節性、運輸費用以及相關風險等。特別是陸上氣田,受建設地制約,往往需要進行部分公路運輸,要著重考慮上岸碼頭和公路的限制條件[11-12]。

模塊化建設其次要解決的是裝卸問題,主要關注項目建設地的裝卸條件。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,主要針對大型模塊,采用SPMT進行短距離陸地運輸;另一種是吊裝方式,如汽車吊、履帶吊等。250 t以下的汽車吊相對資源多一些,而大噸位的吊機在項目建設地可能沒有,或數量很少。因此,項目建設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,最后需要根據運輸和吊裝限制條件,結合項目模塊化方案進行確定。

3 怎樣做模塊化

怎樣做模塊化需要從項目控制目標來分析,擇優選擇最佳模塊化方案。下面結合陸上天然氣氣田的模塊化建設,從模塊結構形式及特點、模塊化方案確定、模塊化實施策劃三方面進行說明。

3.1 模塊結構形式及特點

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,多為以設備為核心的單層結構,見圖1;另一種是多層疊加式模塊化裝置,根據裝置功能或設備安全類別采取聯合布置結構,見圖2。兩種模塊化方案的比較見表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

模塊化裝置結構形式鋼結構設計儀電布置檢維修工廠預制率占地面積橇裝化分布式簡單簡單簡單容易低大多層疊加式復雜復雜復雜相對困難高小

3.2 模塊化方案確定

模塊化方案需要結合項目控制目標綜合分析后確定。主要遵從以下三個原則:

1)客戶優先原則。模塊化方案對項目的建設用地、費用、工期等都有較大影響,作為項目投資方或建設方,對項目建設方案有絕對的決定權，因此,方案的選擇首先要尊重客戶的選擇。若項目合同中明確了模塊化方案,則按合同執行;若項目合同中未明確模塊化方案,而客戶或第三方代表在設計過程中提出要求,則需考慮合同執行成本和工期等因素,必要時可按變更方案提出索賠。

2)經濟性原則。建設成本是項目控制的主要目標之一。結合項目建設地的依托條件,從占地面積、機械成本、人力成本、運輸成本等方面綜合選擇模塊化方案。從建設現場的施工工程量分析,優先選擇多層疊加式模塊化裝置,其工廠化預制率最高,除裝卸要求高之外,對現場依托最小。還可根據最大運輸重量與尺寸、最優運輸重量及尺寸對工藝設計進行優化,合理確定工廠裝置列數及每列裝置的處理能力,實現模塊化建設最優。

3)風險控制原則。安全、質量、進度和費用是工程建設項目控制的四大要素,同樣伴隨著油氣田地面工程模塊化建設過程。模塊化方案的選擇需要對全過程的風險進行分析比較。橇裝化分布式模塊化裝置由于現場工作量相對多一些,因此項目建設的安全風險、質量風險、進度風險相對大一些,需要加強項目現場建設工作的控制工作；而多層疊加式模塊化裝置,特別是具備運輸條件不進行拆分的模塊,由于工廠化預制的集成度高,在運輸和裝卸環節面臨的風險會大一些。風險控制是開展模塊化建設的初衷,也是模塊化方案選擇需重點考慮的原則之一。

3.3 模塊化實施策劃

模塊化實施策劃可以從模塊化設計原則、物資供應選擇、模塊建造商選擇、運輸風險控制等方面開展,具體內容如下[13-15]:

1)制定模塊化設計原則。結合項目設計標準和建設要求,為相關的工藝、配管、結構、儀表、電氣以及防腐絕熱專業，編制針對項目的“模塊化設計統一規定”,對項目的模塊化內容、模塊化方案、包裝方式、運輸限制條件進行描述,還應重點描述各專業開展選型設計、路徑設計以及詳細設計所需遵守的統一原則及規定。“模塊化設計統一規定”能避免交叉設計或協同設計過程的反復,達到統一設計思想和優化設計成果的目的,保障模塊化裝置的整體質量和方案的可實施性。

2)制定物資供應方案。物資供應商對模塊有影響，首先,模塊化裝置集成后,其總體的檢維修肯定會受到一定的影響,因此需要提供高質量的產品,減少設備的檢維修概率,需關注產品品牌選擇和質量控制;其次,模塊建造所需的物資種類多、數量大,所有物資都需要先交付到建造工廠進行集成,部分設備需要在模塊建造工廠出廠驗收時進行功能或性能測試,再運輸至建設現場,需關注模塊化裝置設備的合同及界面管理;再次,要發揮地區優勢,建造工廠一般會選擇在運輸條件良好、人力資源成本合理、物資資源充分的地區,因此物資供應可充分考慮地區優勢,選擇建造廠就近的合格供應商,增加管理效率,降低成本;最后,物資供應還需要注意供應商的交貨期,特別是關鍵路徑的物資,可調研評估工廠的工作飽和度,并加強過程的控制。

3)模塊建造商的選擇。根據項目模塊化裝置的劃分和工程量情況,結合項目建設工期要求,評估該項目可能選用的模塊建造商數量。對于多列裝置的項目,原則上應按裝置類別進行建造分包,相同裝置由同一家建造商進行制造,有利于提高建造效率,保證模塊供貨質量。當項目模塊建造技術要求較高時,還需要對建造廠的標準熟悉程度和業績情況進行調研,確保建造廠施工人員和質量控制團隊能夠按項目要求完成建造工作。當模塊建造工程量大、工期緊時,要對建造廠的建造能力和任務檔期進行調研,要能提供充分的人力資源和機具資源作為保障。盡早鎖定模塊建造商,使其熟悉項目內容,制定建造方案,同時可以為模塊化優化設計提供建議。

4)制定模塊運輸方案。運輸方案策劃的深度與模塊裝置的運輸方式和運輸工具選擇相關。公路運輸選擇的是常見運輸車輛(1.1 m高三軸平板掛車),車輛易租,運輸費用低,公路運輸策劃則只需簡單說明;反之,若由于模塊超限太多,需要考慮超低板車,甚至特殊車輛,應提前做好策劃,確定物流公司介入時間,規劃運輸路徑和運輸時間。對于海運也是同樣道理,特別是業務繁忙期,往往需要提前很長時間鎖定船期,對建造進度的要求也很高。也就是說,模塊化裝置策劃時,結合裝置處理能力,要盡可能選擇常規運輸工具,節約運輸費用,降低運輸風險。

4 結論

綜上,模塊化建設前期策劃對于項目建設風險控制、建設成本控制以及質量進度都有重要影響。項目實施前,通過資料和數據充分說明需不需要做模塊化、能不能做模塊化和怎樣做模塊化,制定出一個優秀的策劃方案,指導項目模塊化建設的執行,才能保障模塊化建設的順利實施。