模块化施工_石油化工工程建设的新模式

随着工业装置大型化、密集化发展，越来越多的大型超限设备、大型超高钢结构框架被广泛应用于石油化工装置中。最“蚂蚁搬家”式的施工组织模式已不适用现代大限度地减少高处作业带来的安全风险和施工成本的管理要求，使得传统的化工程建设，工业装置的施工模式必然发生大的转变。而模块化施工的应用显现出该模式在工程进度、安全、质量、成本等各方面的巨大的综合效益，这也是现代工程建设各相关方倾力追求的工程管理目标。随着施工机械化程度提高，现代化大型吊装运输能力不断增强，在日益讲求安全、高效的工程建设环境下，模块化施工必然成为大型石油化工装置等工业工程建设模式转变的新趋势。

模块化施工———石油化工工程建设的新模式

樊继贤

万启森

255000

中石化第十建设有限公司山东淄博

关键词

工程建设

施工

方法模块化

文章编号1672-9323（2013）05-0033-04

中图分类号F284文献标识码B

随着工业装置大型化、密集化发展，装置规模越来越大，大超高钢结构框架被广泛应用于各种工业装置中。而量超限设备、

装置的当量占地面积越来越小，300万t/a级的催化裂化装置的占地面积几乎和20年前的50万t/a级催化裂化装置相当。这使得工程建设模式逐步发生着变化，工业安装的方法，从传统的“蚂蚁搬家”式全散件组装，发展到小型设备整体安装、中型设备分段组焊、大型设备分片组焊、大型钢结构组片安装的状态。这这一变化经历和持续了约50年。

近十年中国经济高速发展，工业装置单套规模达到改革开放之前和初期的数十倍以上。石油化工装置中，单台塔器重量达高度达到126m；部分反应器壁厚达到300mm，催化裂到4000t，

化、连续重整装置中的钢结构安装高度达到87m。这些参数的变化给现场安装工作带来了相当大的难度。以设备组焊为例，狭小空间中进行设备分片组焊占用的工期和作业面难以接受；高空风载荷对组对和焊接的不利影响已无法忽略；整体热处理无法实现；整体水压试验要求基础承载力大幅度提高；还有大量高处作业存在的安全风险等。这一切都迫使工业安装寻求新的施工方法。

同时，随着时代的发展和进步，最大限度地减少高处作业降保证安装质量、缩短工期使投资及早得到回报等管低安全风险、

理要求，均对传统的施工方法提出置疑。按照传统的施工组织顺序，安装现场就像一个集成车间，钢结构预制、安装施工完毕，进行设备安装、工艺配管、水压试验，然后进行防腐保温，把大量的工程量积压在工程后期，造成进度安排高峰，资源消耗大、工作效率低，安全、质量存在隐患。

模块化施工的应用显现出该模式在工程进度、安全、质量、成本等各方面的巨大的综合效益，这也是现代工程建设各相关方倾力追求的工程管理目标。例如，模块化施工可以改变传统作业顺序，把后序的工作前移，缩短关键路径；扩展场外工作面，均衡工程全过程进度安排，减少工程收尾压力，提高工作效率和资源利用率；避免施工过于集中的高峰期，减少安全、质量隐患。

随着国家设计能力全面提高、工业装置工艺路线日趋成熟、产品供应链逐步完善，以及机械制造业飞速发展带来的运输吊装能力大幅度提升，为适应上述工程建设需要的模块化施工创造了条件。

1模块化施工的发展

模块化施工的应用，最初是专利商出于对自身知识产权的保护，在技术壁垒下形成成套供应的组合模块用于现场施工。其模块化规模和数量受到专利商供应范围的影响和运输吊装条件的限制，仅限于核心部分的少量设施模块化。另外，国外工业装置选址多远离人口密集的城镇地区，该地区的加工制造水平往往难以满足工程需求。同时，这些地区多属极寒或酷热气候，有效施工工期短、施工作业环境恶劣，必须改变工程建设模式。于是，吸取专利商供应组合模块的经验，开始将部分特殊工艺、特殊材料的工程任务转移到制造厂完成，从而形成了近一步的模块化施工。

随着装备制造水平和运输吊装能力不断提升，模块化施工在特殊地区或特殊工程中得以广泛应用。如核电工程中，从反应堆设备到各种厂房，包括20余米直径的反应堆厂房穹顶，均实

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现了模块化施工；各种海洋作业平台等均实现了深度模块化施工；石油化工装置中也多次出现大型乙烯装置裂解炉整体制作、整体运输、整体安装的深度模块化施工范例。

国内石油化工工业安装领域的模块化施工，还处于类似本局部设施的节第一段描述的阶段，仅在特殊需求下实现了少量、模块化施工。如乙烯装置裂解炉对流段、催化裂化装置余热锅炉、大型塔器的整体制作等；以及在现场二次组装形成简易功能高大框架分段吊装、组件的模块化施工，如火炬塔架分段吊装、管道工厂化预制等。

新形式下的国内工程建设，必然向真正意义上的模块化施普遍性的模块化施工和深工发展，在工业安装领域实现大量的、度模块化施工。

钢结构框架模块化施工

2石油化工工业安装可模块化施工的内容

从广义上看，模块化施工是将工程过程中各类工序细分后专业化协同实施，旨在减少工程施工现场工作内容的集约化施对于石油化工工业安装行业，模块化施工是指通过深度工模式。

预制和组装，将大量散件集成为功能模块，在工程现场经过相对简单的吊装组对，完成安装工作，从而减少高处作业、保证安装质量、扩展作业面、缩短工程建设工期，实现项目整体经济效益最大化。

2.1大型设备的模块化施工

大型设备在制造厂压制、焊接、检验、焊后热处理、水压试验、防腐工序完成后，整体运抵现场。然后在地面进行梯子、平台、附塔管线、防腐、保温、电气照明等工作的安装，完成俗称的“穿衣戴帽”工作，整体吊装就位，实现“塔起灯亮场地清”的模块化施工。这样能够减少设备分段或分片现场组焊存在的焊接质量不稳定、难以实现整体热处理、为整体水压试验而加大设备基础等问题。

钢结构框架模块化施工

2.3分段形成模块、现场组对安装的模块化施工

比如工业炉分段形成模块、现场组对安装的设计、采购、施工方式，可有效避免现场安装焊接各种炉管时空间不足、受无损检测影响工作效率低、占用场地大、施工工期长等散装方式固有的缺点。

工业炉模块化施工

2.4管道的工厂化预制

管道进行二次设计、工厂化预制是管道实现模块化施工的保证施工质量，并通过规模化一种体现，其从根本上提高工效、效应降低施工综合成本。

塔器模块化施工火炬塔架模块化施工

2.2超高大型框架结构的模块化施工

超高大型框架结构在制造厂或工地附近的预制厂进行预制加工，在现场地面分段组装成框架模块；然后，将各段框架内的设备、工艺管线、电气仪表、防腐保温等安装到位，并完成水压试验；再利用大型起重机械将框架模块整体吊装就位，从而达到减扩展工作面和缩短工期的目的。少高处作业、

管道工厂化预制

甚至可以将管廊进行分段组装成框架，完成管道安装、水压试验

、

防腐保温等工作，

运抵现场进行整体吊装就位

。

从而实现

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特殊部位预留后的快速连通，或避免特殊环境条件下现场施工受气候、风沙等因素影响存在的人员、进度、质量风险。

在详细设计前提出，模块划分应该在详细设计阶段形成等等。3.2采购条件的约束

模块化施工包括制造厂形成模块和现场预制模块两种供货即模块化采购，需要相应的技术规格书和合同方式。对于前者，

约束。后者属于工厂化预制，需要提前组织钢结构、管道、设备和保温等各种材料的到货，为模块化施工提供条件。3.3运输吊装条件的约束

如果现场没有大型运输车辆和大型吊装设备，模块化施工是不能实现的。专门为个别模块租用大型运输吊装机械，会加大模块化施工应形成规模，并与大型设备吊装相施工成本。因此，

结合，综合利用运输吊装机械，才具有经济性。

模块化施工的可实现性取决于设计条件，但其现场安装所例如模块运输吊装所需的需的条件也必须满足，才具有可行性。支撑和吊耳设计、模块本体局部强度校核及加固措施等。

管廊模块化施工

2.5吊装和运输的一体化

部分超大型设备从现场分片组焊转变为整体到货整体吊装，设备本身形成功能模块，保证设备制造质量，避免现场组对（直径近的种种不利因素。500万t/a级催化裂化装置的再生器16m，重量约2100t）、100万t/a级乙烯裂解装置的急冷水塔、急冷油塔、第二丙烯塔（最大直径14m，最大长度120m，最大重量约2600t）均成功实现了整体制作、整体运输、整体安装。

4模块化施工与传统施工方法的对比分析

以某HDPE装置反应器框架为例，其中一项工程中采用了工厂化预制、现场模块化安装模式。将钢结构框架分成两个模块，分别完成框架结构、梯子平台，设备管道、电气仪表的地面组利用工地现场已有的大型起重机械将两个模块分装，形成模块。同期建设的其他项目同一规模的HDPE装置，别整体吊装就位。

采用传统的分片加散件安装方法。两种不同施工方法的比较如下。

超大型设备整体吊装整体制作、运输、安装的海上作业平台

进一步的模块化施工，是将各种工艺包完全制造成形，小到液压油站、加药泵站、工艺阀组、仪表分析小屋，大到裂解炉、工艺框架，形成只预留输入输出界面的功能模块或功能区，整体到货安装，实现深度模块化建设。

HDPE装置反应器框架模块化施工

4.1施工安全比较

由于模块化组装在地面进行，大大改善了施工作业条件，减少了大量的高处作业量和脚手架的作业量，降低了安全风险，减轻了现场安全管理的负荷量。4.2施工进度比较

同时开工的两套同一规模的同样装置，模块化施工比分片安装缩短一个月工期。4.3施工质量比较

由于模块化施工，主要的工作在地面上进行，钢结构的几何尺寸和焊接质量容易保证，也便于检查控制。在提高安装精度的同时，甚至还降低了部分质量管理和控制措施的投入。4.4吊装机械费比较

由于模块化施工垂直运输高度大幅度降低，组装用吊装机械能级小、用量少，即使加上大型起重机使用费用，模块化施工的吊装机械费依然比分片安装方式要低。

乙烯裂解炉实现深度模块化，整体组装、整体运输、整体安装

3模块化施工的约束条件

3.1设计条件的约束

工业装置安装实现模块化施工的前提之一是设计条件允许。欲进行模块化施工的设施，应该具有足够的集中度和相对的独立性，与周边设施可拆分；形成模块的设施、结构应该具有足够的稳定性和满足整体运输吊装要求；模块化施工的思路应该

（下转42页）

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业主方项目管理团队的工作有时还要受到一些行政影响，如受到其上级主管部门、其公司内部的财务、法律、质量管理等工作上的指导和审核，会影响到项目管理团队的决策及时性和独立性。

现在采取交钥匙模式发包、代建制等做法也是与国际接轨的具体表现。

4.2团队自身建设方面进一步加强

业主的项目管理团队能否服务好工程建设，能否协调好参建各方的关系，在自身建设上下功夫：避免松散型的管理，加强学习，取得专业的项目建设管理资质，通过行业协会加强沟通和专业素质、道德水平、团队精神等方面交流，重点加强思想素质、进行全方位的培养和锻炼。

形成和构建与时俱进的合同管理的理论和方法体系，不断去积累合同管理的实际经验应是业主项目管理适应市场变化、降低风险的主要研究课题。

4.3重视专业复合型人才的发掘和培养

素质有待提高的现象。应敢于目前工程建设存在人才缺乏、

培养和锻炼青年人才，更应特别重视复合型人才的发掘和培养。

人才的培养是长期的一项策略，尤其是即懂专业技术、又在施工管理统筹、计划编排、费用控制、合同条法等方面具备一定的知识和水平，才能更好地适应工程市场日益剧烈的竞争环境。

参考文献

1刘鹏翔、顾祥柏编.工程合同分析与设计[M].北京：中国石化出版社，2010.

2全国一级建造师执业资格考试用书编写委员会.机电工程管理与实务.北京:中国建筑工业出版社，2012.

（新红皮书）北京:中国工程咨3FIDIC文献编译委员会.施工合同条件询协会，1999.

（收稿日期：2013-06-12）

施工单位考虑其大型作业船只（打桩船、拖船、搅拌船）已按计划到位，每天的台班（或租赁）费用高得惊人，耽误不起，对养殖户进行了补偿，得以开始水上作业，同时就此向业主提出索赔。

从该项索赔的表面看，对养殖户的补偿不属于业主方的工作，相应的合同工程预算费用中也无此内容，该项目的业主项目部对此反应迟缓，找不到解决的办法，迟迟没有明确答复。承包商在得不到答复后，又提出了因此造成的全部责任由业主承担，并计算了预期的作业船只的闲置台班补偿和赶工费用，额度进一步变大。

分析此索赔事件，业主方没有对索赔事件迅速评估，分清承义务，虽然海域使用已经获取，但养殖户阻包商和业主的责任、

工事件的影响不属于承包商的责任。在此条件下，在权衡整体的利益，通过施工单位与养殖户协商达成一致，满足了现场开工条件，避免了久拖不决的影响扩大，业主方应予以补偿，并就此向当地政府协调，请求补偿。

4几点建议

项目建设的实践经验反复证明，组建一支综合素质高的管这点也引起了建设单位理团队，是项目建设的成功的重要前提。的重视，目前比较常见的做法包括：高薪聘请经验丰富专业人员、选择咨询公司进行策划并派员充实到业主管理团队中、采取PMT模式等等。归根到底，相关的制度建设、团队自身建设、人才培养方面的变革显得尤为重要。4.1制度建设方面加快与国际接轨的步伐

国内的项目建设中，对监理单位没有充分的放权，造成业主“律师”角方的管理工作较为繁重。利用好监理单位这个业主的

色，使其真正处于独立行事的第三方地位，业主方支持监理单位依照法律、标准和合同开展工作，尊重监理独立、公正的处理意见。

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4.5作业脚手架比较

模块化施工时，脚手架搭设高度降低一半，施工难度和人工、机械、时间消耗大幅度降低，租赁期也缩短近一半。4.6人工消耗比较

由于模块化施工的作业高度降低，人员劳动效率提高，在工期缩短的同时，人工消耗更少。4.7文明施工比较

由于模块化施工将现场大量的作业放到了预制厂进行，减少了施工现场的材料、机械和人力的大量堆集，降低了现场资源

的负荷量，使现场变得更加有序，使工地文明施工得到了良好保持。

在石油化工工业安装中，工程建设的实际需求要求实现超大型设备、超大型钢结构框架、工业炉、管道管廊等模块化采购或预制、现场模块化安装，进而达到深度模块化施工。并且，工程建设的各种条件也正在逐步满足模块化施工的需要。两者结合，使模块化施工必将成为工程建设的发展趋势。

(收稿日期：2013-06-23)

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