李 陽(yáng)

（中國(guó)核電工程有限公司，北京100840）

1 “模塊化”建造

模塊，是指一個(gè)由材料和元件組裝而成的組合件。可分為結(jié)構(gòu)模塊和機(jī)械模塊兩大類。

1.1 “模塊化”的建設(shè)流程

“模塊化”的建設(shè)流程包括三維設(shè)計(jì)、工廠制造、現(xiàn)場(chǎng)安裝三個(gè)環(huán)節(jié)。

在電廠綜合布置設(shè)計(jì)完成以后，通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件建立電廠的三維模型；然后對(duì)三維模型進(jìn)行碰撞檢查和專業(yè)綜合；并充分考慮模塊化的需求，進(jìn)行合理的布置優(yōu)化；在此基礎(chǔ)上，建立完善的三維設(shè)計(jì)模型；然后根據(jù)一定的模塊切割原則，分割出模塊。同時(shí)，在模塊設(shè)計(jì)方面采用了設(shè)計(jì)與建造一體化的虛擬驗(yàn)證系統(tǒng)[1]。以便驗(yàn)證模塊分割的合理性，優(yōu)化制造和安裝工序和進(jìn)度安排，并在模塊制造和施工之前提前解決存在的問(wèn)題。

在模塊分割以后，通過(guò)三維模型和三維軟件的設(shè)計(jì)輸出功能，完成最終的制造文件、圖紙和材料清單。制造廠根據(jù)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行加工制造。

模塊的現(xiàn)場(chǎng)安裝分為兩類。小型的結(jié)構(gòu)模塊或者機(jī)械模塊，由工廠制造完成后直接運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝。大型的結(jié)構(gòu)模塊，實(shí)現(xiàn)整體遠(yuǎn)程運(yùn)輸非常困難，因此必須將結(jié)構(gòu)模塊分割成一個(gè)個(gè)小的子模塊，在制造廠完成子模塊的制造以后，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)預(yù)留的大型模塊拼裝場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)拼裝成完整的結(jié)構(gòu)模塊，并使用大吊車進(jìn)行吊裝就位，然后完成現(xiàn)場(chǎng)安裝。

1.2 “模塊化”的優(yōu)點(diǎn)

采用“模塊化”方式將很大部分的土建和安裝工作放在了模塊制造廠，現(xiàn)場(chǎng)土建工程到某一個(gè)層位以后，該層的模塊已提前在制造廠制造完成，在現(xiàn)場(chǎng)直接吊裝就位，澆筑混凝土，然后繼續(xù)土建施工，使得土建和安裝交叉施工成為可能，極大地縮短了建設(shè)工期。繼而減少了項(xiàng)目的財(cái)務(wù)成本。同時(shí)大部分施工工作從現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)移到了模塊制造廠，將工程施工工作變?yōu)榱斯S制造，一定程度上降低了施工成本和人員成本。同時(shí)，“模塊化”使得部分土建、安裝工作大幅度提前，降低了安裝高峰期的成本投入壓力。相較于傳統(tǒng)核電站建設(shè)施工的環(huán)境較差，有大量的高空作業(yè)，密閉環(huán)境作業(yè)等。通過(guò)“模塊化”，部分施工作業(yè)環(huán)境得到了大幅度改善，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和制造效率。同時(shí)，工作環(huán)境的改善更減少了安全事故的發(fā)生。

2 “模塊化”對(duì)設(shè)計(jì)的要求

2.1 模塊劃分需考慮施工需求

由于結(jié)構(gòu)模塊尺寸、重量較大，在模塊預(yù)制、運(yùn)輸、組裝、翻轉(zhuǎn)和吊裝的過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生形變，且難以控制；同時(shí)，模塊的組裝大量采用焊接作業(yè)，且焊縫較長(zhǎng)。同時(shí)模塊內(nèi)部空間以及房間的內(nèi)部空間狹小，不便于模塊安裝作業(yè)，管道和電纜的布置、維修操作困難加大。

AP1000采用的模塊化建造和“開頂法”施工，需要考慮成品保護(hù)工作。大量安裝在模塊上的設(shè)備隨著機(jī)械模塊就位以后，就長(zhǎng)期暴露在惡劣的施工條件下，需要制定合理有效的成品保護(hù)措施，同時(shí)，也需要考慮安全殼廠房的排水設(shè)計(jì)。因此，模塊的劃分需要考慮施工過(guò)程中的形變、施工可操作性以及施工過(guò)程中的成品保護(hù)。

2.2 設(shè)計(jì)方案需盡早固化

綜合依托項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)反饋，模塊設(shè)計(jì)產(chǎn)生了較多的設(shè)計(jì)變更。對(duì)于結(jié)構(gòu)模塊，大量的結(jié)構(gòu)模塊充當(dāng)了廠房樓板和墻體，模塊中包含了大量的管道留洞和電氣留洞，以及設(shè)備支撐、預(yù)埋件等內(nèi)容涉及工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)以及廠房布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容。上述任一設(shè)計(jì)的修改都有可能引起留洞、支撐以及預(yù)埋件的位置、大小發(fā)生重大變化。

對(duì)于機(jī)械模塊，內(nèi)部包含大量的泵、容器、箱體、閥門等設(shè)備以及閥門等管件，例如KB10和KB13，包含氣動(dòng)雙隔膜泵，以及阻尼器、閘閥、球閥、電磁閥等設(shè)備，R216包含了球閥、截止閥等管件。如果其中設(shè)備采購(gòu)不能夠按時(shí)開展，影響設(shè)備提資和確認(rèn)工作，就會(huì)導(dǎo)致該設(shè)備模塊的設(shè)計(jì)工作延遲或存在開口項(xiàng)。所以需考慮在工程準(zhǔn)備階段進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的固化，減少由于設(shè)計(jì)產(chǎn)生的變更。

2.3 進(jìn)度安排需滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝

設(shè)計(jì)進(jìn)度的安排需要考慮以下因素：

2.3.1 模塊的按時(shí)完整到場(chǎng)

根據(jù)依托項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)反饋，大部分機(jī)械模塊不能完整到場(chǎng)。以輔助廠房為例，包含KB類模塊20個(gè)，包含工藝設(shè)備和各類管件。雖相對(duì)后續(xù)安裝的設(shè)備來(lái)說(shuō)，數(shù)量不多，但種類較多，涉及多個(gè)采購(gòu)包。同時(shí)，大部分模塊處于廠房底層，需較早就位，例如KB1013模塊需要在FCD前預(yù)埋，而CA20內(nèi)部的KB20等7個(gè)設(shè)備模塊需要在FCD+2之前移入CA20并固定。這就需要將模塊設(shè)計(jì)的進(jìn)度安排提前，滿足施工需求。

2.3.2 模塊相關(guān)廠房設(shè)施滿足施工需求

部分模塊需要在制造廠完成制造后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，需要加設(shè)模塊拼裝廠房。制造和拼裝完成的模塊通過(guò)大型履帶吊車（2 800～3 200 t）進(jìn)行吊裝。同時(shí)，為滿足大型履帶車的行走和定點(diǎn)吊裝，重件道路的設(shè)計(jì)需考慮荷載和路徑范圍要求，同時(shí)需要在安全殼廠房一側(cè)設(shè)T形平臺(tái)。

由于模塊廠在FCD-4前可用，重件路、T形臺(tái)和吊車在FCD前可用，這就需要設(shè)計(jì)提前進(jìn)行上述設(shè)施的設(shè)計(jì)工作。

同時(shí)，AP1000的總平面布置中綜合管廊與重件路有部分交叉，需要在FCD-9完成該部分綜合管廊的設(shè)計(jì)，F(xiàn)CD-7完成施工，以滿足重件路按期可用。另外，對(duì)于考慮水路運(yùn)輸?shù)膹S址來(lái)說(shuō)，也應(yīng)該考慮碼頭提前可用，保障模塊運(yùn)輸?shù)綀?chǎng)。

2.4 重點(diǎn)關(guān)注設(shè)計(jì)、采購(gòu)接口關(guān)系

由依托項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)反饋，模塊內(nèi)設(shè)備接口提資較晚也是造成設(shè)計(jì)不能按時(shí)完成的原因之一。AP1000模塊化使得設(shè)備接口關(guān)系產(chǎn)生了變化，增加了模塊提資部分，設(shè)計(jì)、采購(gòu)之間的關(guān)系更為復(fù)雜，需要重點(diǎn)關(guān)注。

3 加強(qiáng)設(shè)計(jì)控制的措施

3.1 固化模塊設(shè)計(jì)方案

應(yīng)建立項(xiàng)目組織下的、設(shè)計(jì)主導(dǎo)、項(xiàng)控、采購(gòu)、施工配合的、三維模型為目標(biāo)的模塊設(shè)計(jì)方案固化機(jī)制。

首先，完成廠房和模塊的三維模型。針對(duì)模塊的三維模型以及導(dǎo)出的設(shè)備、材料清單，由采購(gòu)、施工部門進(jìn)行合理性驗(yàn)證：針對(duì)模塊內(nèi)設(shè)備，需提出采購(gòu)和提資方案；針對(duì)模塊，需提出制造、安裝方案；同時(shí)要考慮平行交叉施工下對(duì)廠房其他區(qū)域安裝作業(yè)的影響。設(shè)計(jì)部在各部門驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，對(duì)模塊設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。方案優(yōu)化應(yīng)考慮以下4個(gè)方面：

（1）模塊內(nèi)機(jī)械設(shè)備和大宗材料的通用化，便于減少設(shè)備接口，推動(dòng)后續(xù)的設(shè)計(jì)固化工作，也便于組包采購(gòu)和制造備料。

（2）部分大型模塊的小型化，便于運(yùn)輸和吊裝，利于減少安裝過(guò)程中產(chǎn)生的形變。同時(shí)，模塊的小型化減少了單個(gè)模塊的設(shè)備接口，也利于后續(xù)設(shè)計(jì)固化。

（3）模塊安裝、檢修的操作空間和人員通道，施工過(guò)程成品保護(hù)。

（4）合理的施工進(jìn)度安排，除考慮土建、安裝平行交叉作業(yè)。同時(shí)考慮項(xiàng)目準(zhǔn)備階段設(shè)計(jì)、采購(gòu)的成本投入和進(jìn)度匹配。

同時(shí)，要考慮設(shè)備和材料的標(biāo)準(zhǔn)化。設(shè)備、材料的質(zhì)量、外形以及材質(zhì)的變化，都有可能造成設(shè)計(jì)方案的修改。所以優(yōu)化完成的設(shè)計(jì)方案必須以設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化為前提。

在此基礎(chǔ)上，完成設(shè)計(jì)方案的固化，形成了由項(xiàng)目下各部門統(tǒng)一的三維模型。

3.2 合理安排設(shè)計(jì)進(jìn)度

設(shè)計(jì)進(jìn)度的安排應(yīng)滿足模塊施工的需求。分析現(xiàn)場(chǎng)需求最早的機(jī)械模塊和結(jié)構(gòu)模塊，其中機(jī)械模塊，首個(gè)需要就位的機(jī)械模塊為KB1013，需要在FCD-18完成上述設(shè)備的設(shè)計(jì)工作。而結(jié)構(gòu)模塊，首個(gè)需要就位的結(jié)構(gòu)模塊為CA20，要在FCD-22完成相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)工作。由上述分析可知，需要在FCD前兩年就開始模塊相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)工作。在FCD前一年半就開始模塊的設(shè)計(jì)工作。

為保障FCD后能夠連續(xù)施工，必須在FCD前完成安全殼廠房118＇6"和輔助廠房117'6"以下的模塊設(shè)計(jì)，包括機(jī)械模塊47個(gè)，結(jié)構(gòu)模塊81個(gè)，分別占模塊總量的92%和76%。可見，必須在FCD前投入大量的資源滿足模塊設(shè)計(jì)、采購(gòu)、制造工作，以及核島廠房的設(shè)計(jì)和長(zhǎng)周期設(shè)備的采購(gòu)。同時(shí)要兼顧吊車、重件路、綜合管廊的設(shè)計(jì)進(jìn)度，以滿足吊車在FCD時(shí)可用。所以，F(xiàn)CD前的工作變得至關(guān)重要，已經(jīng)成為隱形的關(guān)鍵線路。

由分析可知，F(xiàn)CD前模塊設(shè)計(jì)的工作量較大，除了單純地將設(shè)計(jì)進(jìn)度提前以外，更需要結(jié)合已經(jīng)固化三維設(shè)計(jì)模型，通過(guò)與進(jìn)度管理軟件的集成，匹配采購(gòu)需求和施工邏輯，合理地安排模塊設(shè)計(jì)進(jìn)度。同時(shí)，模塊設(shè)計(jì)離不開大量的設(shè)備信息作為輸入條件，在編制模塊設(shè)計(jì)進(jìn)度時(shí)更要關(guān)注相應(yīng)設(shè)備接口的交換時(shí)間，以及設(shè)備設(shè)計(jì)、采購(gòu)的進(jìn)度安排。為設(shè)計(jì)及時(shí)提供相應(yīng)的設(shè)計(jì)輸入，保障設(shè)計(jì)工作能夠按照計(jì)劃開展。

3.3 專項(xiàng)管理模塊接口

良好的接口管理是設(shè)計(jì)過(guò)程控制的有效措施。對(duì)于模塊設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)、采購(gòu)之間的關(guān)系更復(fù)雜。模塊接口不應(yīng)局限于單純?cè)O(shè)備參數(shù)的接口，應(yīng)將含義擴(kuò)大化，包含設(shè)計(jì)、采購(gòu)的全部配合關(guān)系。

對(duì)于模塊化，設(shè)計(jì)、采購(gòu)配合關(guān)系包括設(shè)計(jì)提供設(shè)備采購(gòu)規(guī)格書、采購(gòu)提供設(shè)備參數(shù)接口，設(shè)計(jì)提供模塊制造圖紙三個(gè)方面，并存在因果關(guān)系的影響。所以應(yīng)建立一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行專項(xiàng)管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程可控。

4 結(jié)語(yǔ)

AP1000的“模塊化”技術(shù)使得核電站的施工變?yōu)槠叫薪徊孀鳂I(yè)，有利于進(jìn)度、成本和質(zhì)量的控制。這與良好的設(shè)計(jì)控制措施密不可分。在設(shè)計(jì)方面，需要完成以設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)的模塊設(shè)計(jì)固化，建立完善的模塊三維模型，并以此為基礎(chǔ)加強(qiáng)進(jìn)度和接口管理的控制，以達(dá)到加強(qiáng)設(shè)計(jì)控制，滿足工程需求的目的。