浅析三代核电模块化技术对核电工程建设的影响

摘  要：本文通过与CPR机组工程建设模式的对比，介绍了核电厂采用模块化建造技术后对核电工程建设进度控制管理，以及设计、采购、施工等环节所造成的影响，并给出相应处理意见。

关键词：三代核电;模块化;核电工程建设

目前部分三代核电在建造过程中采用“模块化”技术，将现场土建、安装工作高度集成、整合，采取类似“并联”的施工方式，大大缩短了现场施工建造工期。这种全新的建造模式在颠覆现场施工逻辑及施工方式的同时，也对上游设计、采购环节提出了新的要求。和CPR时代设计、采购工作相比，最大的变化体现在“时效性”上，即要求相应设计、采购工作大幅提前、同时进行，以满足“模块化”技术的需求。

1 模块化技术下项目总体计划分析

模块化建造技术的大规模引入，改变了传统核电工程的设计、采购、建造和管理模式，要求设计、采购、制造大幅前移并高度集成，需要设计、采购、施工环节和各专业高精准度的协调配合，这给进度超前谋划和精细化管理提出了更高要求。与传统核电相比，各环节进度形象图的区别如下：

综合其他三代核电项目实际建造情况，以及之前CPR项目建设经验，国内某核电建设单位提出项目建设（采用模块化建造技术）总工期为58个月，其中土建阶段（FCD至具备RPV引入条件）工期22个月，安装阶段（RPV引入至冷试）工期21个月，调试阶段（冷试至商运）工期15个月。与CPR相比，各阶段工期比较如下：

2模块化技术对安装工作影响

2.1 安装工作量显著减少

三代核电项目（采用模块化建造技术）秉承“非能动”的安全设计理念，大大减少冗余的安全设备设置，对于阀门、泵、管道、电缆等设备的采购与安装工作量显著减少。与CPR技术相比，上述设备减少的数量如下：

2.2 安装工作与土建工作高度重合

CPR机组的土建、安装工作有严格的先后逻辑顺序，除一些预埋件需在土建时期完成安装外，其余设备均需相应房间完成土建工作之后才能引入。其示意图如下：

三代核电机组引入模块化、开顶法施工技术，其土建、安装的工艺方法和传统的CPR机组有很大不同，而是类似“搭积木”的方式。对于设备的安装工作来说，其所在的机械模块，只需附近模块（结构或机械）完成安装就位，该机械模块即可开始安装。采用模块化建造技术的三代核电机组土建、安装工作标准意义上的分界点是“RV具备引入条件”，而实际上土建工程贯穿从FCD开始到屏蔽厂房封顶整个过程;安装工程贯穿从CVBH吊装开始到机组冷试（CFT）整个过程，中间有近38个月的交叉期。其示意图如下：

3 模块化技术对设计工作影响

3.1 设计贯穿EPC全过程

三代核电模块化技术下，针对模块化相关的设计几乎贯穿整个工程建设过程。模块化设计分为总体设计、初步设计、详细设计三个阶段。总体设计主要包含编制模块设计技术组织措施，编制模块初步规划书。初步设计主要包括模块边界确定及物项定义，模块内物项布置优化，模块钢框架设计及模块的整体力学分析，输出设计固化的模块三维模型。详细设计主要包括模块吊装设计，模块运输设计，模块吊装、运输工况力学分析，模块施工图文件包编制。

3.2 设计进度提前

因开顶式施工的应用，在房间未封顶前就引入设备、模块及相关物项，而在进行封顶后，在顶板施工的同时房间内即可开展有关的安装准备工作，即土建施工和安装施工可同时展开，安装施工工期大大提前，其中所涉及的安装物项的设计也需大大提前。

机械模块内包含了多种安装物项，在设计进度安排上，需各专业同时开展、协同设计，以保证在进行模块设计前各专业初步设计已经完成。

模块化后预制工作的工作量大大增加，在进度计划中必需留给模块制造更长的时间，这就需要将设计进度再往前提。

4 模块化技术对采购工作影响

机械模块设计大多较紧凑，这就要求模块内设备及相关部件的设计尺寸与实际到货尺寸不能有太大偏差，如果出现实际采购设备或部件的规格尺寸与设计要求偏差较大，就可能引起模块无法组装，需修改设计方案的风险。此外，设备荷载的变化会对结构模块的强度带来影响，变化较大时可能影響模块的内部结构。

因此，在模块部件的采购技术规格书中需特别规定设备的包络尺寸及要求，同时要加强采购过程和结果的质量控制，确保模块内部件的设计与采购尺寸一致，避免在实际安装过程中触发过多现场临时修改，甚至返厂调整的情况。

5 模块化对项目管理的影响及风险

5.1 模块化下设计、采购进度、接口对项目建设影响

模块化施工模式下，为满足前期预制厂开工需求，要求相关设计、采购工作大幅提前，齐头并进，而不是传统意义上的先设计、后采购，存在一定的先后关系。这种变化容易带来设计难固化、采购难定型、E/P接口更复杂等问题，处理不好容易导致模块在生产及现场安装阶段的大量变更、延误，反而影响项目的总体推进。

对此，设计应将工作做在前面，充分利用参考技术方案，提前梳理模块相关的设计输入，研究并建立模块的设计、采购、建安间的逻辑关系。采购一方面应尽早启动模块预制和模块内物项的采购，为合同执行和处理可能的设计变更留出足够的时间裕度，另一方面应加强对采购的全流程管理，积极探寻优化空间，尽量缩短采购周期，以适应设计固化延迟、安装需求紧迫的新局面。

5.2 模块设计变更的影响

根据依托项目的经验反馈，在项目实施过程中，模块设计所需的上游设计（系统、设备、布置）进度很难得到满足，使得模块的上游设计输入无法按照要求固化、导致模块设计变更在所难免且数量非常大，对造价和进度带来了很多负面影响。

因此，为了尽可能减少和降低现场模块预制、安装过程中的变更，在没有设备实体接口时，对设备参数可采取合理的包络设计值;在设计中，通过对关键设计输入-三维布置模型状态管控来实现对模块设计的过程控制，包括记录、发布模块设计上游输入的变化情况，跟踪对三维布置模型修改内容及其修改情况;在完成模块设计后，将模块设计模型放入三维布置模型中进行匹配和检查。

5.3 模块化采购过程质量控制风险

从模块的实施流程看，模块的成套和应用过程中将面临设备和材料多次交付和多次安装的境况，虽然单体设备的质量和性能问题将贯穿工程的全过程，但由于穿插了多个作业点、作业时段以及责任相关方，其质量控制、设备保护维护及其责任的认定相比既往项目将更加复杂和困难。对此，可通过从设备供货合同和模块预制合同中的出厂和到货检验标准及质检实施加以界定和控制。

6 结语

三代核电项目采用模块化建造技术后，将对传统核电工程建设工作各个环节造成较大影响，核电工程项目承包方应对此提前进行分析，制定切实有效的改进措施，以适应新形势、新技术条件下的三代核电项目工程建设，真正将新技术转化为新效能。

参考文献：

[1]曾小敏.核电站模块化建造研究[J].信息技术，2010（5）：179，181.

[2]杨志生主编.《建设工程技术与计量》.北京：中国计划出版社，2001，04.

作者简介：蔡新（1983—   ），男，江苏海门人，本科，工程师，现主要从事核电厂技术管理工作。