模塊一體化建造工藝及技術文件編制重點分析

陳緒敏，吳 軍，高 見

中國石油集團海洋工程有限公司，山東青島 266555

模塊一體化建造是由詳細設計、材料采購及管理、加工設計、計劃管理、建造管理等多方面統籌協調實現的，具有施工過程高度集成、項目進程實時跟蹤管控、模塊建造過程環保高效等優點。從加工設計層面出發，結合以往項目實施經驗，研究模塊一體化建造工藝流程及一體化建造加工設計技術文件編制重點，通過傳統施工和一體化施工的對比，形成加工設計一體化建造技術文件模板，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

隨著海洋工程行業的飛速發展，對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展而來，并成為近幾年海洋工程建造行業的發展趨勢。

一體化建造是指通過有效的項目管理，在建造過程中以某一分片為基礎，在設計深度足夠的前提下，將安裝在此分片的相關構件、設備、物資在不影響整體吊裝和整體組對的前提下，在施工場地盡可能完善地安裝到此分片上，分階段實施整體噴涂、安裝和吊裝，從而減少環境污染，降低現場施工難度，提高工作效率，最終達到縮短建造周期的目的[1]。

1.2 模塊一體化建造工藝優勢

模塊一體化建造工藝促使建造階段的管理向前延伸到設計和采辦階段，符合精細化管理的要求，具有提升項目施工質量等諸多優點。

（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輸的前提下，各專業滿足安裝條件的構件都在預制階段同時完成，大大減少了各專業間交叉施工的作業量，有效節約總裝工期，提高施工效率。

（2） 降低作業風險。模塊一體化建造工藝的作業過程將原本在高空作業的大部分散件在預制階段完成，大大減少了高空作業量，降低了作業風險。

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

（4） 降低施工成本。高空作業的有效減少，降低了對大型吊機資源的依賴，各專業構件在噴涂作業前安裝，減少了單獨打磨及二次噴涂工作量，有效節約了人力、機具和材料成本。

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點，在各大項目的建造過程中得到廣泛應用，隨著經驗的積累和總結，模塊一體化建造工藝不斷地發展和完善，已逐漸形成了一套系統的建造工藝流程[2]。

根據模塊一體化建造工藝的特點，其建造過程分為預制、預舾裝、噴涂、預安裝和分片總裝五個階段，如圖1 所示。

圖1 模塊一體化建造工藝流程

（1） 預制和預舾裝階段。是指在車間內完成分片結構預制、各專業結構類散件預制（設備底座、管道支架、管鞋、電儀馬腳、通風支架等）、艙壁結構預制、管道預制等的過程。在建造過程中，為了保證施工工期，結構散件及管道等的預制工作需與結構預制工作同時開展。

（2） 預安裝階段。是指分片在完成噴涂作業之后，將預舾裝階段無法安裝的結構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程。

（3） 總裝階段。是指在分片吊裝就位后，將影響運輸、吊裝作業的預制、預舾裝和預安裝階段無法安裝的結構散件、管道以及設備等進行總體安裝的過程。

3 模塊一體化建造工藝技術文件的特點

3.1 模塊建造技術文件的構成及作用

技術文件在模塊建造中發揮著至關重要的作用。以某分片為例，總裝前該分片的建造過程需要三個技術文件的支持，如表1 所示[3]。

表1 技術文件

吊裝運輸方案編制時需要結合分片構件信息、裝載設備情況（平板車、各類吊機、軸線車等）、作業空間條件等來決定如何實現分片的吊裝和運輸。方案中的運輸吊裝信息也會影響部分構件的安裝順序，因此分片預制方案和吊裝運輸方案建議最好由一人牽頭組織編制完成。

3.2 傳統模塊建造工藝技術文件編制的缺點

在傳統的模塊建造工藝中，每層分片的技術文件均以專業分類進行編制，只針對專業交叉部分進行溝通即可。隨著建造工藝的優化和發展，這種文件編制方式已經無法滿足模塊一體化建造工藝的需求，并且存在以下問題：

（1） 信息傳遞不理想。各專業分開編制技術文件，建造過程中施工人員需要分別查閱各專業的技術文件，然后再進行施工整合，這種工作模式既不利于信息有效傳遞，也浪費時間。

（2） 內容涵蓋不全面。加工設計的各專業在編制技術文件時，主要考慮本專業各構件的安裝內容和安裝順序，容易忽略對其他專業的影響，尤其是構件安裝位置對分片吊裝運輸的干涉。

（3） 工作量區分不明確。在傳統的建造工藝中，分片建造的技術文件包含該片上的所有需要建造的專業相關內容，無法有效區分預制、預舾裝、預安裝以及總體安裝各個階段的工作量，不利于項目管理和后期總結。

3.3 一體化建造工藝技術文件的特點

3.3.1 一體化建造技術文件組成要素

分片一體化預制時，先將不影響吊裝運輸的各個專業的構件全部安裝就位，然后運輸到涂裝車間，再對分片進行整體噴涂。在編制分片一體化預制方案時，由結構專業提供主要數據，其他專業（管道、機械、電儀以及舾裝等） 配合提供各階段的構件安裝清單，然后進行吊裝運輸校核。以結構專業為主，其他專業配合提供數據，再進行計算校核構成了一體化預制方案編制的組成要素，如圖2 所示。

圖2 分片一體化預制方案特點

3.3.2 一體化建造技術文件與建造工藝流程關系

結合加工設計經驗以及一體化建造工藝的特點，分片建造過程要求在編制技術文件時，充分考慮單個分片從預制到總體安裝過程中各個專業所有構件的安裝順序。模塊一體化建造中各類技術文件與建造過程各階段的關系如圖3 所示。

圖3 各類技術文件與建造過程各階段的關系

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

4 一體化建造工藝技術文件編制重點

4.1 分片一體化預制方案編制重點

（1） 羅列構件安裝清單。編制分片一體化預制方案時，在結構專業內容基礎上，增加了其他專業的內容，為了確保預制時各專業構件安裝順序分類明確，需要各專業依據安裝順序形成一份構件安裝清單，清晰羅列每個安裝階段各專業需要安裝的構件。

（2） 統計構件詳細信息。在羅列各專業構件安裝清單時，將構件詳細信息（構件數量、構件總重、構件總體重心等） 一并統計。構件詳細清單能有效區分及統計一體化建造各階段的工作量，不僅能為項目管理以及工作量統計提供數據，還能為一體化運輸吊裝方案提供不同安裝階段分片的重心位置，保證計算數據的準確性。

以結構專業為例，一體化清單依據功能分為四個部分（見圖4），分別為總體信息區、統計信息區、說明區、詳細信息區。總體信息區清晰提供了分片在不同建造階段分片的重量及重心，為吊裝運輸的計算校核提供數據；統計信息區匯總了分片不同建造階段所需安裝的桿件類型和桿件數量；詳細信息區則清晰羅列了各建造階段所包含桿件的詳細信息。

圖4 一體化清單所包含內容

（3） 增加運輸影響區域圖。運輸影響區域圖由結構專業人員繪制，在傳統技術文件里，該圖屬于分片吊裝運輸方案的一部分內容。在實施一體化建造后，為了方便其他專業確定本專業構件的安裝順序，將影響區域圖增加到分片一體化預制方案中，以保證分片一體化建造過程的順利實施。

圖5 為運輸影響區域圖，清晰標注了運輸車輛需要占用的區域，為其他專業確定構件安裝順序提供參考依據。

圖5 運輸影響區域圖（陰影區為小車預留區域）

（4） 專業會簽分片一體化預制方案由結構專業編制，各專業提供構件安裝清單，最終進行會簽。

4.2 分片一體化吊裝運輸方案及計算報告編制重點

（1） 初步計算吊裝運輸信息。在項目開展前期，先根據分片結構專業構件的重量、重心數據來進行初步的校核計算，定出分片粗略的運輸信息和吊裝信息。

（2） 繪制運輸影響區域圖。使用初步計算的運輸信息繪制運輸影響區域圖，并匯總于一體化預制方案內。

（3） 優化運輸、吊裝精確位置。根據各專業依據運輸影響區域圖提供的構件安裝清單詳細信息來計算分片的準確重量、重心，確定吊裝運輸時施工機具分布的精確位置。

圖6 以結構專業為例，展示了一體化建造流程中，使用TEKLA 軟件對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程中吊索具分布區域影響到的構件，方便結構專業人員確定各構件在建造過程中的安裝順序[4]。

（4） 計算校核。依據分片各專業構件分布的詳細信息、吊索具的分布位置進行1∶1 建模模擬計算，校核各專業構件安裝順序以及吊點選取位置等是否滿足要求[5]。

圖6 吊裝建模模擬

5 結束語

模塊一體化建造工藝已經在項目實施中發揮出了明顯的優勢，通過項目驗證，在模塊建造過程中，與傳統建造工藝相比，實施一體化建造工藝流程可在建造施工過程中取得以下三點效益：減少高空作業約75%，提高施工效率約15%，節約施工成本約8%。

建造施工過程離不開技術文件的支持，技術文件作為整個模塊建造的內核和基礎，為模塊建造的各階段提供指導和依據。技術文件在編制時要充分考慮模塊一體化建造工藝中各階段的作業流程，做到文件與建造流程高度適配，這樣才能實現項目的進度控制、成本控制及安全運行。