AP1000模块化施工分析

邹 玮

（三门核电有限公司，浙江 三门 317112）

AP1000模块化施工分析

邹 玮

（三门核电有限公司，浙江 三门 317112）

文章针对AP1000机组模块化施工的技术和进度特点进行了分析，特别是对AP1000模块化施工面临的挑战和问题进行了深入的分析。这些挑战和问题有些是首台AP1000机组所特有的，有些将在后续AP1000机组建设过程中继续存在，文章分别阐述并提出了几项建议措施。

AP1000；模块化施工；进度控制

传统的核电厂建造，由于作业面受限，导致土建和安装施工作业无法平行展开，大部分安装工作需要待土建工作基本完成后才能开始，这就造成了核电建设工期较长，投资成本居高不下。为缩短核电项目的建设周期，AP1000压水堆核电厂广泛采用了模块化设计和模块化建造施工工艺。

模块化施工将核电厂的厂房土建结构（如墙、楼板、房间整体）或者某个区域的工艺系统设备、支撑结构及管道，根据其组成的特点，组成若干可以在工厂中进行加工制造的结构模块和设备模块，将这些模块在工厂完成预制，然后运抵现场实施整体安装。AP1000机组最大的结构模块CA01组装如图1所示。

模块化施工不仅可以缩短核电机组的建造工期，有利于保证安装的施工质量，而且降低了对现场的施工场地大小的要求。另一方面，模块化施工打破以往先土建后安装的传统施工方法，土建和安装可以相互交叉同时施工，既便于核电机组建造的标准化、批量化，又优化了整体建造工作的关键路径。

在三门核电首台AP1000机组的建造过程中，由于各种原因，模块化施工给项目的进度控制和投资控制带来了负面影响。这些负面影响有些是首堆项目所特有的，有些将可能在后续AP1000项目批量化建设过程中继续存在。

图1 CA01组装示意图Fig.1 Schemetic of CA01 assembly

1 模块简介

AP1000单个机组共用171个模块，分为结构模块和设备模块两大类。结构模块作为厂房土建结构的一部分，包括墙、楼板等组合。其中包括CA模块、CB模块、CH模块、CS模块。

设备模块是指将相互关联的设备、阀门、风管、管道、管道支撑等，组合成一个整体单元。设备模块包括KQ模块、Q模块、KB模块、R模块、KT模块、W模块。

模块分类及位置分布统计如表1所示。

表1 模块在各厂房内分布统计Table 1 Statistics of modules in various buildings

2 模块化施工的优点

2.1 有利于缩短建设工期

AP1000模块化施工过程中，土建和安装可以相互交叉同时施工，使得现场的土建和安装工作变得更简单，可以缩短核电机组的施工工期。据美国能源局的《先进建造技术的应用》中评估，模块化建造技术可以使核电厂的建造周期从50个月压缩至36个月（从第一罐混凝土至装料）。

2.2 有利于降低核电厂的建设成本

除了工期缩短将直接降低电厂的投资外，模块化施工还大大减少了电厂现场施工的工作量，增加了模块加工车间的工作量，而车间的生产效率要远高于现场施工。

2.3 有利于质量控制

加工车间的环境相对优越，操作空间大，更有利于焊接、切割等对环境要求较高的作业，提高了核电厂的建造质量。

2.4 有利于安全控制

由于模块化建造将原来在环境较差的现场工作，尤其是高空作业和密闭环境的作业，转移到

了环境较好的车间里，这样极大地改善了工作环境，减少了事故的发生。

2.5 便于施工管理

模块化施工使得大部分机械安装、电气安装、管道安装及风管安装都从现场转移到车间里，有助于减少施工环境的拥挤，便于施工管理。

2.6 其他

另外，模块化施工便于核电机组建造的标准化和批量化，这对于后续AP1000核电机组的批量化建设有积极意义。

3 模块化施工面临的挑战

3.1 模块化施工进度上的优势仍受设备制造长周期的制约

同传统核电厂的建设一样，长周期设备的制造仍处在AP1000机组建造的关键路径上。图2中红色路径是三门核电站1号机组二级进度计划关键路径（SG采购合同签订至装料的时间是71个月），蓝色路径是现场建安施工的关键路径（FCD至装料的时间是50个月）。

如果按照美国能源局的《先进建造技术的应用》中对模块化施工的AP1000建造工期评估，对于后续AP1000机组建设，将50个月的现场施工工期缩短至36个月，关键路径分析如图3所示。可以发现，AP1000模块化施工只是缩短了现场建安施工的工期，而没有实质性缩短整个项目的时间。为了保证长周期设备到货与现场建安活动协调同步，蒸汽发生器需要在FCD前35个月订货和FCD后15个月就到货。而国内核电厂蒸汽发生器（SG）的订货至核岛第一罐混凝土的时间一般是1～2年，很难满足这一到货要求。

如果蒸汽发生器等长周期关键设备到货进度无法保证，模块化施工不仅无法保证36个月的建

造工期，还会使电厂建设出现停工等设备的不利局面。

图2 三门1号机组50个月建造工期关键路径图Fig.2 Critical path of Sanmen Unit 1 with 50-month construciton duration

图3 三门1号机组36个月建造工期关键路径图Fig.3 Critical path of Sanmen Unit 1 with 36-month construciton duration

3.2 设备模块化对土建施工和系统移交进度的影响

设备物项的模块化使得体积变大，安装与土建工作关联度增加。原本可以从厂房门洞移入的设备物项模块化集成后必须在房间封顶前移入。这使得设备模块内的每个物项的到货进度都可能成为所在房间土建施工的制约因素，小设备物项到货滞后的负面影响被放大，影响土建施工进度。

设备的高度集成导致设备安装作业面小，设备后装的施工难度很大，部分到货滞后的非关键设备可能对系统移交带来影响。

3.3 设备模块内部设备物项采购进度控制是难点

AP1000机组58个设备模块中，每个设备模块都有几个到几十个设备物项，包括机械设备、管道、阀门、电缆桥架、通风管道、电缆套管、保温等。每个设备物项的采购进度都决定着设备模块能否按时完整地交付现场。以三门核电站1号机组KB36机械模块为例，其中4类关键阀门为西屋公司供货；其他阀门与机械设备由国家核电工程公司供货；管道、风管、电缆套管等大宗材料由山东模块设备厂负责采购。复杂的设备供货责任给设备的接口管理及进度控制带来挑战。

3.4 模块化设计工作大幅提前

模块化设计要求设计工作相比传统核电厂要提前很多。模块化施工采用土建和安装交叉施工，模块内设备的采购工作大幅提前。设备的采购规范书的提交时间也需相应提前。模块包括工艺管道、设备、支撑等，要求更早的进行系统分析和计算，完成系统设计说明书，固化工艺流程如图4所示。

图4 AP1000与传统核电设计工作对比示意图Fig.4 Comparison of engineering work between AP1000 and conventional nuclear power plants

这种情况在首堆的情况下显得尤为突出，相信在以后设计成熟、AP1000批量建设后，情况能得到改善。

3.5 设备模块的成品保护问题

模块化施工采取土建安装交叉施工，安全壳厂房采用开顶法施工，这对已就位设备模块的成品保护提出更高的要求。最先就位的设备模块，如KB10、KB13等设备模块，就位时间距所在系统调试有近3年的时间间隔。安全壳厂房内底封头就位后第一个就位的设备模块KQ11，距安全壳顶封头就位有近30个月的时间间隔。成品保护问题是个大问题。

3.6 施工工艺的挑战

相比传统核电厂，模块化施工工艺给建安施工工艺带来了全新的挑战。如CA20和CA01等大型模块的内部混凝土浇筑问题，模块内部空间狭小，振捣人员操作不便导致振捣不实问题，混凝土胀模问题。又如CV环段的吊装就位问题，对于直径39.6 m，壁厚只有44.5～47.6 mm，重610 t的薄壁结构，如何成功与底封头对接、精度控制、错边调整、焊接工艺都是挑战。

3.7 模块预制厂的产能问题

根据国家能源战略的布局，AP1000将作为中国未来几年核电机组的主力堆型。由于AP1000机组很大一部分工作都在模块厂进行，模块厂的产能扩张及人员储备能否满足未来AP1000批量建设的需求，还存在一定问题。就目前三门核电站1、2号机组而言，模块厂的产能已经对机组前期施工进度造成了一定的影响。

3.8 额外成本的增加

模块化施工造成重件吊装作业较多。以单堆计，起吊重量（含吊索具）1 000 t以上有2件（CA20、CA01）；500～1 000 t有6件（CV 6个模块）；100～500 t有4件(CA03、CB20、CA55、KQ22/23)，并且吊装距离远，吊装高度高，需要配置大型吊车、多组液压平板运输车、专用大件道路和吊装T台，造成了额外成本的增加。

4 建议

4.1 保证FCD前模块设计、采购工作的提前量

为了充分发挥模块化施工对缩短核电项目工期的作用，必须保证FCD前模块设计、模块设备材料采购的提前量。否则就会导致项目开工后，出现现场施工工作量不饱满，施工停滞等模块的不利局面。

4.2 加大对关键设备国产化的支持力度

长周期设备（如蒸汽发生器、反应堆压力容器、主泵、堆内构件、爆破阀、DCS设备等）的制造周期仍是决定AP1000核电机组建造进度的关键因素。通过浙江三门、山东海阳4台机组的建设，国内AP1000长周期设备的制造能力已有大幅提升，但与国外先进制造厂家相比，仍有不小差距。国家需继续加大对国内设备厂家的支持力度，提高长周期设备锻件一次成功率，以缩短设备制造的工期。另外，在支持设备国产化的同时，应允许核电业主采购部分国外设备作为备用，以降低核电项目的投资风险。

4.3 国家需对AP1000项目前期融资给予政策支持

模块化施工在进度上的优越性需要建立在上游设计、设备材料到货进度能够保证的基础上，模块化开顶法施工也对核岛长周期设备到货时间提出了更高的要求。目前国家要求核电项目在核准之前只能使用自有资金采购长周期设备，将会使得AP1000项目前期面临巨大的资金压力。国家如能允许AP1000项目在取得“小路条”后即可通过银行融资，扩大设备订货的范围和提前量，将能使AP1000模块化施工的进度优势得到更充分的发挥。

4.4 适当减小大型结构模块的体积和重量

AP1000大型结构模块（如CA20和CA01）长度和高度达到20 m，模块净重超过700 t，这给模块的组装、运输、吊装施工带来了巨大安全风险，也增加了大件道路、大吊车的投资。而根据日本先进沸水堆模块化施工的成功经验，模块重量通常不超过200 t，长度和高度不超过10 m为宜。

5 结论

核电厂建设工期的长短对其经济性有着显著的影响。AP1000模块化施工理念致力于如何缩短工期，降低核电厂的建设成本，是核电厂建设的大势所趋。三门核电在全球AP1000模块化施工的首次实践过程中，由于设计和设备供货的滞后，模块化施工的优势未能得以充分体现。随着AP1000模块化施工实践不断深入开展，尤其是国产AP1000长周期设备制造工艺逐步走向成熟，模块化施工应当会对AP1000核电站建造的进度控制和投资控制产生积极影响。

[1] 臧希年，申世飞. 核电厂系统及设备[M]. 北京：清华大学出版社，2003.（ZANG Xi-nian, SHEN Shifei. Systems and Equipment of Nuclear Power Plant[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2003.）

[2] 顾军，等. AP1000核电厂系统与设备[M]. 北京：原子能出版社，2010.（GU Jun, et al. Systems and Equipment of AP1000 NPP[M]. Beijing: Atomic Energy Press, 2010.）

[3] Westinghouse. AP1000模块设备规范书[S]. 美国.（Westinghouse. Specifications for AP1000 Modular Equipment[S]. The US）

Analysis of the AP1000 Modular Construction

ZOU Wei
（Sanmen Nuclear Power Co.，Ltd.，Sanmen of Zhejiang Prov. 317112，China）

This paper analyzes the features of the construction technology and schedule of AP1000 modular construction, especially the challenges and problems. Some of these challenges and problems are exclusive for the first AP1000 nuclear power unit, while the others will continue to exist in construction of the following AP1000 units. As for these two kinds of problems, respective corresponding solutions have been proposed.

AP1000; modular construction；schedule control

TL37 Article character：A Article ID：1674-1617(2014)01-0042-05

TL37

A

1674-1617(2014)01-0042-05

2013-12-22

邹 玮（1980—），男，浙江安吉人，工程师，从事核电厂工程管理工作。