石章雄 馬 寧 郝 豐

中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司北京設(shè)計(jì)分公司, 北京 100085

0 前言

目前，模塊應(yīng)用場(chǎng)合多為海洋平臺(tái)等缺乏常規(guī)大規(guī)模安裝條件的地方,在一定程度上解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件不能滿足施工安裝要求的情況[1-4]。隨著高度數(shù)字化設(shè)計(jì)方法、大型現(xiàn)代化制造設(shè)備、新型運(yùn)輸起重設(shè)備的出現(xiàn),模塊化技術(shù)陸續(xù)應(yīng)用于海洋平臺(tái)工程、油氣田地面工程、煉油化工工程中,實(shí)現(xiàn)了從海洋到陸地、由簡(jiǎn)入繁、集成度越來(lái)越高的轉(zhuǎn)變。油氣田地面工程模塊化建造可以克服當(dāng)?shù)貏趧?dòng)力短缺、技術(shù)水平低、質(zhì)量控制難、環(huán)境惡劣、工期緊張、環(huán)保要求高等難點(diǎn)。因此,模塊化建造在海外油氣工程項(xiàng)目中越來(lái)越受到重視,并取得了一定的成果經(jīng)驗(yàn)[5]。在現(xiàn)有傳統(tǒng)建造模式占多數(shù)的情況下,針對(duì)模塊化建造模式對(duì)投資的影響進(jìn)行分析,為建設(shè)單位的科學(xué)決策提供及時(shí)支持。

1 模塊化概述

模塊化是根據(jù)工藝裝置的功能與區(qū)域,采用模塊化設(shè)計(jì)和采購(gòu)策略,在模塊預(yù)制廠將成套的專業(yè)設(shè)備、材料裝配在一個(gè)框架內(nèi),經(jīng)建造和工廠檢測(cè)合格后,整體運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝的過(guò)程。到目前為止,模塊化已發(fā)展為第三代模塊化技術(shù),更大范圍地集成管道、鋼結(jié)構(gòu)、電氣與儀表等各專業(yè),一些大型工藝裝置涵蓋了95%的管道和鋼結(jié)構(gòu),以及85%的電氣儀表[6-8]。

模塊是在橇塊基礎(chǔ)上的集成,模塊由2個(gè)或2個(gè)以上橇塊裝配,并能實(shí)現(xiàn)一定工藝功能[9],模塊的集成性和裝配性要強(qiáng)于橇塊,模塊化表面上是轉(zhuǎn)移工作,轉(zhuǎn)移現(xiàn)場(chǎng)安裝到預(yù)制廠,但更強(qiáng)調(diào)異地集成。模塊化真正的核心價(jià)值在于模塊之間的組合,自由裝配。模塊的組合可以在部分組件技術(shù)更新時(shí)快速投入使用,特別適合用于技術(shù)創(chuàng)新、工程新技術(shù)設(shè)計(jì)中。模塊化也增加了合作與交流,不同承包商之間可以組合成模塊供貨,由業(yè)主自由選擇中意的模塊。模塊也可以劃分通用組件和專用組件,專用組件定制化設(shè)計(jì)預(yù)制,通用組件可以批量生產(chǎn)。

目前,模塊化較多考慮的是單元化,以縮短現(xiàn)場(chǎng)施工工期、減少項(xiàng)目總投資為目的(降低投資額10%)[10-18]。但不能一概而論,要區(qū)分具體的模塊類型以及現(xiàn)場(chǎng)條件,有些類型裝置的模塊化并不一定能節(jié)省投資,還有可能會(huì)增加裝置的投資,一些偏遠(yuǎn)的陸地項(xiàng)目,模塊化后現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸和起重能力不足,嚴(yán)重影響工期,造成業(yè)主的經(jīng)濟(jì)損失。在項(xiàng)目前期,分析模塊化的影響以及可行性,對(duì)模塊化的科學(xué)決策至關(guān)重要。

2 模塊化建造模式影響分析

2.1 投資計(jì)算模式

模塊化建造模式對(duì)前期業(yè)主投資決策以及前期投資額的確定影響較大。單純套用概算指標(biāo),再進(jìn)行組合,計(jì)取運(yùn)費(fèi)、安裝費(fèi)等的傳統(tǒng)定額組價(jià)方式已不適應(yīng)模塊預(yù)制新形勢(shì)的發(fā)展。大部分與設(shè)備制造相關(guān)的深化設(shè)計(jì)、模塊組裝等工作轉(zhuǎn)移到設(shè)備模塊制造廠,出廠設(shè)備附加值增加,模塊組內(nèi)的價(jià)格不單純是設(shè)備材料安裝費(fèi)用等簡(jiǎn)單靜態(tài)組合,模塊價(jià)格將日益市場(chǎng)化,且隨競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)的發(fā)展變動(dòng)較大,靜態(tài)的組價(jià)方式不能及時(shí)反映現(xiàn)實(shí)情況,模塊制造強(qiáng)調(diào)合作與協(xié)同,模塊制造廠的議價(jià)能力與競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)將直接反映在出廠價(jià)格上,模塊價(jià)格具有不確定性。

2.2 設(shè)備購(gòu)置費(fèi)

模塊化建造模式下,模塊出廠價(jià)格不僅僅是設(shè)備原價(jià),還包括輔助材料費(fèi),以及裝置的深化設(shè)計(jì)費(fèi)。加固運(yùn)輸、超大結(jié)構(gòu)起重吊裝吊耳制作等,將大量增加鋼結(jié)構(gòu)的工程量。為了合理利用模塊內(nèi)部空間,配管等材料布置緊湊,增加了管道材料的質(zhì)量要求、焊接質(zhì)量要求以及壓力試驗(yàn)要求等。模塊集成的設(shè)備材料越多,與傳統(tǒng)設(shè)備原價(jià)的偏差就會(huì)越大。

大型模塊運(yùn)輸依靠自行式模塊運(yùn)輸車(SPMT)和大型遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船[19],要提前籌劃運(yùn)輸路由,減少模塊滯留。運(yùn)費(fèi)沒(méi)有議價(jià)能力,較傳統(tǒng)運(yùn)輸方式費(fèi)率高,運(yùn)輸周期較難控制,運(yùn)輸保險(xiǎn)費(fèi)相對(duì)較高。另外，道路運(yùn)輸可能還涉及超限設(shè)備運(yùn)費(fèi)。

如果涉及進(jìn)出口環(huán)節(jié),由于模塊化制造廠生產(chǎn)的模塊相較于傳統(tǒng)建造模式下的散材價(jià)值高,關(guān)稅和進(jìn)口環(huán)節(jié)增值稅等都將有所增加。

2.3 建筑安裝工程費(fèi)

模塊制造廠能夠通過(guò)制定人力資源調(diào)度計(jì)劃、統(tǒng)一協(xié)調(diào)用工需求、組織流水作業(yè)等措施，提高員工的工作效率,減少項(xiàng)目人工成本。模塊制造廠一般設(shè)置在交通便利、經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū),人力資源供應(yīng)充足,勞動(dòng)生產(chǎn)率高。模塊化能夠克服海外現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)簽證申請(qǐng)難、風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)貼高、勞動(dòng)環(huán)境差、人員流動(dòng)大、當(dāng)?shù)厝肆Y源短缺等問(wèn)題。同時(shí),將技術(shù)要求高的工作在模塊制造廠內(nèi)完成,減少當(dāng)?shù)赜霉ち?相應(yīng)減緩了施工現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)?shù)貏诠す?yīng)緊張的局面。

通過(guò)制定合理的制造計(jì)劃和相應(yīng)的質(zhì)量控制體系,以及自動(dòng)化制造安裝技術(shù)的應(yīng)用,相較于施工現(xiàn)場(chǎng),模塊制造安裝質(zhì)量將會(huì)不同程度地得到提高,減少人員返工、材料浪費(fèi)等。同時(shí)，材料的經(jīng)濟(jì)批量采購(gòu)以及交易市場(chǎng)的活躍,可以減少庫(kù)存和倉(cāng)儲(chǔ)成本。

模塊化建造能夠減少施工現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械和儀器儀表的使用,減少施工機(jī)具的臺(tái)班數(shù),但可能會(huì)增加吊裝大型模塊的大型起重機(jī)臺(tái)班需求。模塊化建造模式下能夠克服某些特種設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備短缺，以及調(diào)動(dòng)的困難。相對(duì)于海外施工現(xiàn)場(chǎng)的艱苦環(huán)境,國(guó)內(nèi)施工機(jī)具的臺(tái)班費(fèi)較便宜,且市場(chǎng)供應(yīng)充足。模塊制造廠的日常施工機(jī)械,可以直接采購(gòu)，也可以租賃或融資租賃,管理靈活。

現(xiàn)場(chǎng)措施費(fèi)也將不同程度降低,環(huán)境保護(hù)費(fèi)、文明施工費(fèi)、安全生產(chǎn)費(fèi)、臨時(shí)設(shè)施費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)材料臨時(shí)儲(chǔ)存費(fèi)、二次搬運(yùn)費(fèi)等會(huì)因現(xiàn)場(chǎng)散件制作和施工安裝人員的減少而減少。

施工單位的企業(yè)管理費(fèi)由于現(xiàn)場(chǎng)組織協(xié)調(diào)以及模塊制造時(shí)的溝通可能有一定程度增加,針對(duì)具體項(xiàng)目具體分析。稅金會(huì)因?yàn)槟K出廠增值的部分而增加,同時(shí)通過(guò)有效地組織和協(xié)調(diào),模塊制造的技術(shù)創(chuàng)新,可以提高施工單位利潤(rùn)率。

2.4 工程建設(shè)其他費(fèi)

模塊化將一定程度上減少對(duì)土地的占用,減少建設(shè)用地費(fèi)和賠償費(fèi),在土地資源緊張的地區(qū),將部分緩解征地拆遷的難度?？尚行匝芯繄?bào)告編制及評(píng)估費(fèi)等項(xiàng)目前期工作費(fèi)會(huì)因?yàn)榍捌谀K需求分析與模塊決策分析等工作而有所增加。

建設(shè)單位管理費(fèi)、工程監(jiān)理費(fèi)、健康安全環(huán)境管理費(fèi)、項(xiàng)目管理承包費(fèi)都會(huì)因模塊化對(duì)項(xiàng)目管理的新要求而有所提高,建設(shè)單位配合模塊制造廠的工作量也會(huì)增加,設(shè)備監(jiān)造等工作也越來(lái)越多。

業(yè)主的場(chǎng)地準(zhǔn)備費(fèi)與臨時(shí)設(shè)施費(fèi)因模塊整體安裝而減少,現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)倉(cāng)庫(kù)和生活用房,因材料和用工量減少而減少。

與模塊相關(guān)的設(shè)計(jì)人工時(shí)會(huì)相應(yīng)增加,現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)由于涉及變更的減少會(huì)有下降,整個(gè)設(shè)計(jì)費(fèi)會(huì)有不同程度增加。模塊化因利用三維建模相應(yīng)提高了工作效率與競(jìng)爭(zhēng)力,對(duì)設(shè)計(jì)專業(yè)技術(shù)人員提出了較高要求,這部分成本也會(huì)相應(yīng)增加。

3 實(shí)證分析

油氣工程常按流程劃分模塊,某海外油氣工程常見(jiàn)模塊劃分見(jiàn)表1[20]。

表1 某海外油氣工程常見(jiàn)模塊劃分表

由于模塊構(gòu)成、設(shè)備材料占比、模塊劃分、模塊大小的不同,模塊化后的投資變化并不一樣,應(yīng)當(dāng)具體問(wèn)題具體分析,不能籠統(tǒng)地說(shuō)明模塊化就能降低投資額。

以某聯(lián)合站集輸系統(tǒng)輸油泵模塊為例,對(duì)比傳統(tǒng)建造模式與模塊化建造模式的投資差異。該輸油泵模塊以輸油泵為主要工藝設(shè)備,以相應(yīng)的配管、電氣、儀表、結(jié)構(gòu)等專業(yè)為輔助材料。輸油泵參數(shù):流量376 m3/h,揚(yáng)程213～848 m,重量24.7 t,功率1 320 kW。應(yīng)用Aspen Capital Cost Estimator(ACCE)軟件分析傳統(tǒng)建造模式與模塊化建造模式下的投資差異。傳統(tǒng)建造模式與模塊化建造模式投資匯總見(jiàn)表2～3。

由表2～3對(duì)比可以看出,在相同條件下,針對(duì)該聯(lián)合站集輸系統(tǒng)輸油泵安裝工程，單純模塊化并不能夠有效降低投資,通過(guò)分析各專業(yè)工程量,模塊化將增加配管、鋼結(jié)構(gòu)、絕緣、土建工作量,其中混凝土的工作量增加較多,相同費(fèi)率下,將導(dǎo)致工程直接費(fèi)上漲約15.5%,同時(shí)將不同程度增加間接費(fèi)以及管理費(fèi)等,項(xiàng)目投資將增加20%。

表2 傳統(tǒng)建造模式下投資匯總表

表3 模塊化建造模式下投資匯總表

每個(gè)油氣工程項(xiàng)目的不同單元、不同模塊對(duì)投資的影響各不相同,具體項(xiàng)目具體分析。有些單元模塊化后雖不能節(jié)省投資,但能節(jié)約工期并克服現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境。雖然一部分單元模塊化后會(huì)對(duì)投資產(chǎn)生不利影響,但整體單元模塊化后也可能對(duì)投資產(chǎn)生有利影響。模塊化對(duì)項(xiàng)目投資的影響表現(xiàn)更多的是間接影響，在模塊化決策時(shí),要注重分析考慮模塊化對(duì)項(xiàng)目投資的間接影響。

4 模塊化建造模式投資工作建議

4.1 注重模塊化組裝對(duì)項(xiàng)目成本的影響

采用傳統(tǒng)建造模式時(shí),由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更,現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)成本不能有效控制。如果采用模塊化建造模塊,將減少現(xiàn)場(chǎng)變更服務(wù)費(fèi)用。定型生產(chǎn)是模塊化建造模式下減少成本的一種重要方式,不僅能減少前期設(shè)計(jì)成本,還能經(jīng)濟(jì)批量采購(gòu)設(shè)備材料,減少設(shè)備材料成本,生產(chǎn)制造人員技術(shù)操作熟練將使工作效率提升,減少設(shè)備材料返工損耗,提高經(jīng)濟(jì)效益。越復(fù)雜、大型的模塊化生產(chǎn)制造,成本將減少得越多。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、技術(shù)更新以及項(xiàng)目具體要求等,更切合實(shí)際也是模塊化發(fā)展的高級(jí)應(yīng)用是留一些活動(dòng)接口,注重模塊之間的組裝性、配合性、功能補(bǔ)充性,允許少量模塊組件根據(jù)具體情況更新、改變、重新設(shè)計(jì),這將減少整個(gè)模塊重新設(shè)計(jì)、重新制造的成本。

同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)模塊制造廠的后向供應(yīng)商控制力,增強(qiáng)溝通及議價(jià)能力。針對(duì)某些項(xiàng)目,模塊化制造雖然能在一定程度上降低項(xiàng)目總成本,但是如果模塊制造廠是外部單位,競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng),價(jià)格并不能有效控制。因此要加強(qiáng)模塊制造廠的長(zhǎng)期合作,追求合作效益的最大化。

4.2 加強(qiáng)模塊化下成本價(jià)格庫(kù)的積累

模塊化建造模式將改變投資計(jì)算思路,投資計(jì)算可能更偏向于市場(chǎng)化,更強(qiáng)調(diào)價(jià)格的變動(dòng)性,為了后期模塊裝置投資的有效控制,以及與項(xiàng)目預(yù)算順利銜接,模塊化建造模式下概算編制要注重清單計(jì)價(jià)模式的應(yīng)用,以及綜合單價(jià)的使用。建立完善的裝置體系編碼系統(tǒng)以及相應(yīng)的前后一致性的投資成本編碼,與項(xiàng)目管理部門和采購(gòu)部門密切配合,加強(qiáng)已執(zhí)行項(xiàng)目或?qū)⒁獔?zhí)行項(xiàng)目的工藝參數(shù)與投資成本的積累、分析,建立模塊化裝置的成本曲線,為快速分析確定裝置的成本打下基礎(chǔ),為在模塊化建造模式下快速精準(zhǔn)地計(jì)算投資以及模塊化決策提供支持。

4.3 加強(qiáng)運(yùn)輸起重對(duì)投資的影響分析

模塊重大高,對(duì)陸地運(yùn)輸、碼頭水深、航道運(yùn)輸工期提出了較高的要求。根據(jù)模塊分塊形式,提前規(guī)劃好路由,制定好運(yùn)輸方案以及運(yùn)輸過(guò)程中的保護(hù)措施,并對(duì)先期運(yùn)輸費(fèi)詢價(jià)進(jìn)行綜合分析。運(yùn)輸市場(chǎng)大型模塊的運(yùn)輸車、運(yùn)輸船少,較難預(yù)定,運(yùn)輸費(fèi)主要依靠市場(chǎng)詢價(jià),進(jìn)行市場(chǎng)價(jià)格的對(duì)比分析以及協(xié)商談判是十分必要的。

大型模塊運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)安裝,對(duì)起重吊裝能力要求較高,要確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備是否具備模塊吊裝能力,一些偏遠(yuǎn)落后地區(qū)的起重設(shè)備可能需要長(zhǎng)途運(yùn)輸,到場(chǎng)組裝,成本要單獨(dú)測(cè)算。

確定模塊運(yùn)輸和起重方式時(shí),要及時(shí)與技術(shù)人員確認(rèn),前期做好市場(chǎng)調(diào)研以及費(fèi)用測(cè)算工作。

4.4 注重項(xiàng)目全生命周期的成本分析

對(duì)于海外油氣工程項(xiàng)目,不能單純以節(jié)約前期建設(shè)投資為目的,片面推廣模塊化建造模式,應(yīng)該以項(xiàng)目全生命周期的成本角度全面分析模塊化建造模式與傳統(tǒng)建造模式的差異,模塊化帶來(lái)的好處往往是間接效益,更多體現(xiàn)在項(xiàng)目全生命周期中,模塊化建造模式可以降低現(xiàn)場(chǎng)施工的管理控制風(fēng)險(xiǎn),可以克服當(dāng)?shù)厥┕べY源限制,可以提高施工質(zhì)量水平,可以縮短項(xiàng)目施工周期,可以整合上下游資源并推廣產(chǎn)品科技化水平。如果不考慮以上因素,僅以工程投資額的增減來(lái)決定是否采用模塊化建造模式,在前期模塊化決策時(shí),分析結(jié)果將是片面、不符合實(shí)際的。

5 結(jié)論

模塊化建造模式是轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、提高生產(chǎn)效率、降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的有效探索,有利有弊,對(duì)海外油氣工程項(xiàng)目投資產(chǎn)生一定的影響,在前期模塊化決策時(shí)要科學(xué)分析、合理決策,不能以偏概全、因小失大,要站在項(xiàng)目全生命周期角度,針對(duì)模塊化對(duì)投資的影響進(jìn)行全面分析,以提高建設(shè)單位的投資效益。