油氣田地面工程模塊化建設成本優勢及推廣應用

孫 晶 劉 陽 韓群群，2 周 丹

（1.中國石油工程建設有限公司西南分公司，四川 成都 610041；2.西南石油大學，四川 成都 610041；3.中國石油西南油氣田公司，四川 成都 610051）

0 引言

自從1964 年美國IBM 公司模塊化設計成功后模塊化已經變成了一種具有普遍適用性的工具和方法［1］。21 世紀初隨著大型吊裝、運輸設備的大量投入使用和工廠加工制造能力的大幅度提升，油氣田地面工程建設行業得到飛速發展，其建設模式已經不限于傳統方式，而是根據現代工程建設項目規模大、內容復雜、質量要求高、工期短等新特征更多地采用模塊化建設。根據國際能源署（IEA）刊物《數字化和能源》中的描述，采用工廠化預制、模塊化建造能夠使油氣開采成本減少10%～20%。因此，兩種不同的建設模式在油氣田地面工程建設成本中的優劣比較，有利于分析突出模塊化建設模式的成本優勢，推動模塊化建設模式在國內油氣田地面工程建設中的廣泛應用。

1 傳統建設模式與模塊化建設模式

傳統建設模式是將工程建設物資全部運到項目現場然后在現場開展安裝工作的建設模式，基建設流程為先由土建人員完成土建施工，然后完成鋼結構、設備、管道、儀表及電氣設備設施施工，最后待整個系統施工完成后進行調試與投產運行。模塊化建設模式是近十年工程建設領域發展中的新課題，是對傳統建設模式的一次革命。如圖1所示，模塊化建設模式是將建構筑物或工藝裝置作為一個能夠標準化設計、工業化預制的產品，根據不同工程的工藝特點和功能要求將整個工程分割成若干個模塊進行制造，模塊經預組裝及初步調試，再通過海上或者陸路運輸到項目現場進行安裝、調試并投產運行［2］。

圖1 模塊化建設模式流程圖

2 模塊化建設模式的成本優勢

2.1 標準化設計，提升設計效率

隨著信息技術的發展、設計標準的統一，各類油氣田地面建設項目能夠根據不同的功能單元拆分成不同類型的模塊，這為項目標準化設計提供了前提條件。對比以往傳統的設計模式，標準化設計可以減少重復工作，降低人為設計錯誤率，能有效提高設計工作質量、提升設計效率、加快設計進度。從項目整體成本角度分析，標準化設計減少了項目設計人力資源以及設計階段管理資源的投入，降低了設計階段人力資源投入的成本。同時，也有利于今后項目采購、施工階段工作的順利開展，從整體上提高經濟效率，降低工程造價。以我國川南地區某頁巖氣區塊一體化平臺橇設計為例，該區塊在滾動開發的前期未采用標準化設計，而在2017 年之后全面采用標準化設計。從中挑選出來規模約為20 座井口平臺橇的項目各一個做設計人力資源投入對比。根據表1可知，標準化設計在整個項目周期中可以節省36.1%的設計人力資源成本［3］。

表1 設計人力資源投入對比表

2.2 物資集中采購，降低采購成本

傳統建設模式下的采購工作受制于各項目建設所在地的不同一般采用分散式的采購機制。每個項目單獨組織采購人員負責采購工作，獨立開展項目物資采購招標和采購管理工作。這種采購模式從成本角度分析存在兩個問題：第一，分散式的采購方式在與項目物資供應商采購議價中無法獲得足夠的話語權，從而難以采購到物美價廉的物資，不能有效的降低項目采購成本；第二，單一項目采購人員工作范圍廣而雜，無法固定投入某一項專業化采購工作，使得人員效率產生損失，增加人員投入成本。相對于傳統建設模式下的采購機制，模塊化建設模式下的采購工作能夠實現多個項目物資集中采購，在此基礎上發揮規模優勢，增加物資供應商之間的競爭程度，提高與物資供應商的議價能力和話語權，獲得優勢價格。此外，物資大規模集中采購能夠將采購人員固定在一項專業化的工作上，提升采購人員的專業化水平，提高項目采購工作的實施效率，節約人員資源投入，降低項目實施成本。通過統計分析近2年各類項目物資采購情況得出，因為采用模塊化建設模式而實現規模采購的物資，非標設備采購價格下降約3.8%，常規閥門采購價格下降約2.2%，管材、管件采購價格下降約1.8%，電纜采購價格下降約1.5%。

2.3 大規模流水線預制，實現邊際成本遞減

在現代工程建設項目中，采用流水作業是大幅提高工程建設效率的有效手段［4］。模塊化建設模式是一種工廠預制最大化的流水作業建設模式，與傳統油氣田地面建設工程相比較提效優勢明顯：第一，大部分工程建設在預制橇廠內實施，不需要長時間等待場地平整與土建基礎工程完成，而且在橇廠內預制，可以實現多個項目的大規模流水建造作業，提高人工專業化程度以及機械使用效率，降低材料的損耗率；第二，減少同一區域內結構、管道、工藝設備以及儀電設備等安裝工程交叉作業，人力、材料、機械等生產資源要素集中調配可提高資源要素的使用效率，縮短工期（圖2），避免人員與機械往返調遣，減少人員、機械在往返項目現場的食宿與差旅費用以及機械進出場費用。

圖2 模塊化建設模式與傳統建設模式工期對比圖

2.4 多個項目集中建造，降低建造管理成本

采用模塊化建設模式的工程項目能夠集中各項生產要素資源同時進行多個項目的模塊建造，與傳統建設模式相比較，成本優勢有：第一，減少管理人員數量，降低管理費用；第二，多個項目的各類施工措施和安全措施能夠公用共享，節約措施經費；第三，解決了項目所在地遠離城市，消防、醫療、通信等配套設施需要自行投資建設的問題，減少了在建設期間相關費用的投入。以中國石油天然氣集團有限公司（下稱集團公司）東非某地凈化廠工程為例，前期計劃采用傳統建設模式，預計派遣現場常駐管理人員24 人，后勤人員6 人；后面調整建設方案，決定采用模塊化建設模式，實際派遣現場常駐管理人員14 人，后勤人員4 人。參照集團公司海外50 萬元／年人均成本測算，該項目采用模塊化建設模式后每年節約管理成本約600萬元。

2.5 弱化現場建設，提高油氣工程企業海外項目成本競爭力

按照傳統建設模式，建設企業需要派遣大量國內管理與施工人員常駐海外項目建設現場，承擔數倍于國內的調遣、生活以及工資費用，同時處于安全的考慮，還需提供高風險等級的安保措施，支付高額的安保費用，特別是在中東和非洲這些目前我國承接海外油氣建設工程的主戰場。然而，模塊化建設模式“工廠最大化，現場最小化”的特點［5］，將主要的工作量放在橇廠內完成，縮小了地區政治局勢變動對工程建設帶來的風險的影響范圍，一定程度上打破了掣肘海外工程建設的屏障，提高了海外項目成本競爭力。縮短了項目現場的施工工期，大幅降低海外安保費用［6］。

3 當前模塊化建設存在的問題及相關建議

3.1 受限于當前的運輸條件，特大型裝置模塊化預制并不經濟

油氣田地面建設工程一般包含有超高、超寬、超重的裝置，例如50 m 以上高度的放空火炬、寬度超過6 m 的非標冷箱、5000 m3LNG 儲罐等。這類特大型裝置在橇廠完成模塊化預制后無法用當前常規的運輸工具進行運輸，即使強行將模塊化裝置拆分運輸然后在項目建設所在地進行二次復裝，這樣的建設成本要比傳統建設模式高出約20%以上，顯得極為不經濟。因此，在當前的油氣地面建設工程，對此類大型裝置還是采用傳統的建設模式，項目整體的模塊化率受到制約［7］。

3.2 國內油氣行業模塊化建設尚處于成長階段，橇廠分布不均、專業水平參差不齊

雖然全球模塊化建造已經發展了幾十年，但我國油氣行業模塊化才剛剛起步。與模塊化工程項目建設相配套的橇廠大多從原來的非標容器制造廠以及設備制造廠轉型而來，缺乏模塊化建造的理念和相關成套設計制造能力，造成模塊化裝置在工程現場二次安裝的困難。其次，國內水平較高的模塊化橇廠主要分布于東南沿海地區，與國內西部油氣產區距離相隔1 000～3 000 km，使得部分模塊化建設項目無法就近預制，增加模塊化建造成本，制約了模塊化建設的推廣實施。

3.3 相關建議

模塊化建設模式是一種將工程建設高度數字化、標準化、專業化的模式，需要不斷地進行技術創新。一是可以將油氣田地面建設內的大型裝置小型化，提高工程整體模塊化建設的可能性，通過不斷實踐總結經驗，繼續降低模塊化建造成本，進而嘗試在大型石油化工工程項目建設中開展大規模的模塊化建設。二是需要在國內油氣行業內開展模塊化建設的相關研討，油氣田生產企業與油氣工程建設企業、油氣工程技術服務企業溝通理念，交流技術，從而致力于提高國內油氣行業的模塊化建設水平，實現傳統建設模式向新的模式轉型，提高配套產業的制造專業水平，降低配套成本費用。

4 結論

1）采用模塊化建設模式，能夠推動設計標準化，提高設計工作效率以及設計質量，減少設計工作的人力資源投入，降低項目設計成本。

2）采用模塊化建設模式，能夠支持多個項目在橇廠內集中建設。在采購方面，實現物資采購的規模化，提高與供貨廠商的議價能力，整體降低采購成本；在施工方面，實現規模化的流水線施工，提高工程建設施工效率，降低工程建設成本；在管理方面，實現廠內集約化管理，降低人員成本以及生產安全措施費用。

3）模塊化建設模式具有“工廠最大化，現場最小化”的特點，能夠減少部分海外地區工程建設安全成本，為油氣企業實現“二次跨越”提供機遇。

4）目前油氣田地面工程模塊化建設存在兩個主要的問題是現有運輸技術高水平橇廠無法實現特大型模塊化裝置運輸、高水平橇廠分布不均造成技術和成本上的限制使模塊化建設難以大范圍推廣，為此，需要積極開展行業技術交流促進模塊化建設技術創新，進一步實現其整體模塊化建設的經濟性。