工程项目建设模块化技术的探讨

宁 辉

(中国电力工程有限公司，北京 100048)

工程项目建设模块化技术的探讨

宁 辉

(中国电力工程有限公司，北京 100048)

以澳大利亚600 MW IDGCC电厂模块化建设为例，介绍了模块化设计的思路，从设备模块化、厂房、工艺管道和支撑框架模块化、仪表与电气模块等角度对工厂模块化预制进行了阐述，指出模块化建设管理思路可达到降低整体建设费用、缩短建设工期、提高施工质量的目的。

工程项目，模块化，预制，管理

1 案例介绍

澳大利亚600 MW集成干燥气化联合循环电站(IDGCC)项目位于澳大利亚维多利亚州LaTrobe谷的Morwell，采用由澳大利亚HRL公司开发的世界上最先进的低排放专利技术(褐煤集成干燥气化技术)产生合成气，同时使用合成气和天然气两种燃料联合循环发电。该项目虽最终由于各种原因合同未生效，但在投标和前期技术交流期间，考虑和采用了大量的模块化技术，为项目建设提供了很好的参考作用，本文以此为案例，对工程项目建设模块化技术进行探讨。

2 澳大利亚600 MW IDGCC电厂模块化建设思路

模块化建设尤其适合系统复杂、现场施工条件恶劣以及施工场地昂贵的工程项目。澳大利亚600 MW IDGCC电厂将环境友好的煤气化、合成气净化和高效的燃气蒸汽联合循环相结合，与常规电厂相比系统复杂，另外本项目所在地澳大利亚人工费用远高于中国国内人工费用，因此本项目更适合采用模块化建设思路。

运输和吊装约束条件作为模块化建设中重要的参数，制约着模块化的程度和水平。案例项目的运输和吊装条件如表1所示，作为参考约束性条件来阐述本研究模块化建设的基本思路。

表1 参考运输和吊装约束性条件

3 模块化设计

设计在模块化建设中起着重要的作用。与常规建设模式相比，模块化设计成本比传统建设模式的设计成本大约高10%～15%，但现场施工工程量的减少将导致整体建设费用更低。在设计模块化方面，一般要从以下八方面因素进行考虑：

1)设计工艺系统。设计工艺系统时，先要树立一个有关模块化建设的理念，然后采取分组技术来对功能有相同特点的构部件进行优化。

2)设备选型。选择合适模块化的设备型号时，必须要从安全、维护、可用率等几方面来考虑。例如，立式泵最适合模块化建设，因为其管道布置不复杂且安装面积不大。

3)设备布置。设备总体布置在设计阶段中占有至关重要的地位，模块的数量、管道长度、可行性以及最终的全厂总图也会在这个阶段确定。但在设计设备布置方面一定要考虑到安全、运行维护方便这些要求。

4)管道。在对管道布置和研究之前需要确定有关设备的初步方案。所有有关模块化的设计最好都选用较优的方案，因为要顾虑到设备、系统操作和维修中所占的空间大小，同时还要选取较详细的模块化规划方案，主要是为了满足在安全和操作维修方面的一些要求[1]。模块化设计与传统建设模式有一个很大的不同就是模块化设计中有着非常详细的模块化规划方案。

5)仪表。在模块化设计中必须要让所有的仪表的模块边界处全都留有接口。这种设计有个很大的优点就是技术人员和操作人员获取相关重要信息时不需要进入操作模块的核心部位，这样就可以为操作和维护节省时间，进而提高了装置操作的安全性。

6)模块规模。模块的规模因运输和吊装的条件而受到限制。若是受到条件限制，可以将很多的小模块运输到现场联接拼装成一个大的模块，如果条件允许，设计为整体运输到现场即可。

7)设备立面布置。在立体布置方面，有些工程对有关设备的立面布置有特别的要求。这些问题可以通过改变模块设计来解决，但需要经过设计、施工、供应商及相关方之间的商讨后才可以改变。

8)保温。保温性的好坏可以影响系统能量的效率，对保温有要求的项目非常重要。模块化建设模式下，大部分设备可以在工厂车间内完成保温运输至现场。

模块化设计应考虑全部采用三维设计平台，如图1所示，综合考虑上述因素深化设计方案，根据运输和吊装约束条件，结合不同地域的人工、材料费用，以整体建设费用最低的原则合理完成模块划分和设计，将深化的设计图纸转化为模块设计图纸和材料清单。

4 工厂模块化预制

模块化建设增加了对工厂模块化预制的要求，根据划分好的模块，在工厂或者专门的场地完成模块预制。

4.1 设备模块化

对案例项目的主要系统模块化制造方面的考虑如下：

1)燃气轮机发电机组。相比别的设备来说，燃气轮机发电机组本体模块化程度很高。以模块形式将燃烧室、透平、吸风口以及空气压缩机等放置在同一个框架基础之上，运输到工程施工现场，但是必须要考虑参考约束要求，其在安装和调试方面工作量很少，因此也就减少了设备基础的工作量。

2)余热锅炉。余热锅炉的组成部分主要包括进口烟道、出口烟道和主烟囱、锅炉本体(本体受热面和钢架护板)、高低压锅筒、管道以及平台扶梯等等。因为要在确保运输允许的条件之下，尽最大可能对模块进行分割，从而来减少一定的焊接工作量。

3)蒸汽轮机发电机组。蒸汽轮机发电机组主要有七个组成部分，分别为高压缸、中压缸、低压缸、转子、凝汽器、发电机和其辅助设备。除了燃气轮机发电机组的模块化程度高之外，蒸汽轮机发电机组本体模块化程度也很高。

4)合成气净化、煤气化设备模块化。作为合成气净化和煤气化的主要的较大件设备，像气化炉、氨洗塔等，它们全都满足运输和吊装约束性要求，就要全部在工厂完成制造，整体运输到达现场，从而将焊接和有关安装的工作量减少。

5)一般通用的机械设备，在工厂中最好和管道、仪表设备及管道支架等一系列组装成一个单元，然后安装至钢制底座上，若是想要减少现场的检测和安装工作量，可以选择在车间预制阶段完成必须的检测，之后将其看作一个整体搬运到现场进行施工安装。

4.2 厂房、工艺管道和支撑框架模块化

管道的预制中包含很多方面，其中就有坡口预制、保温和管道的加工以及管道和管件之间的焊接(如法兰、支吊架管部、弯头等)等。厂房封闭结构和框架最好使用预制结构，工厂化制造，整体运输到现场，减少现场土建工程量。在厂房封闭结构、框架和设备模块之外的工艺管道，必须先要考虑运输条件，然后才能选择较好的模块范围，在工厂预制加工成型和结构附件结合之后运输到现场。在确保运输允许的条件下，考虑重量和尺寸从而最大化的对模块进行分割，最大程度的将现场焊接与安装的工作量降低。

4.3 仪表与电气模块

若是电气和仪表可以与工艺管道模块化、厂房、设备及支撑框架相互融合，就可以考虑先在上面提到的模块中安装。反之，若是不能相融合，则就要考虑在表盘、柜中或者是提前在工厂中安装并完成必要的检测工作，再一起运输至现场。

5 结语

在工程中引入模块化建设思路和技术，会使施工效率显著提升，缩减建设工期，提高经济效益。同时，可以使现场建设活动的管理更加容易，施工量和需要的施工人员数量大幅较少，降低安全事故的出现概率。当然，模块化技术对工程项目管理水平提出了更高的要求，这就需要我们工程管理人员提高自身素质，加强各方面的管理能力。本工程项目在项目前期大量考虑了模块化建设技术，获得了各方良好的反响，值得类似工程借鉴引用。

[1] 尹建华，王兆华.模块化理论的国内外研究述评[J].科研管理,2008(3):187-191.

[2] 张治栋，荣兆梓.模块化悖论与模块化战略[J].中国工业经济,2008(2):67-74.

To explore the construction of modular technology

Ning Hui

(ChinaNationalElectricEngineeringCo.,Ltd,Beijing100048,China)

Taking Australian 600 MW IDGCC power plant modularity construction as an example, the paper introduces modularity design concept, describes modularity prefabrication from aspects of equipment modularity, workshop, technological pipeline and support frame modularity, instrument and electrical modularity, and finally points out that modularity construction management concept can achieve the goal of lowering integral construction cost, shortening construction duration and improving construction quality.

engineering project, modularity, prefabrication, management

2015-03-06

宁 辉(1983- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2015)14-0235-02

TU712

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