鄒 瑋

（三門(mén)核電有限公司，浙江 三門(mén) 317112）

AP1000模塊化施工分析

鄒 瑋

（三門(mén)核電有限公司，浙江 三門(mén) 317112）

文章針對(duì)AP1000機(jī)組模塊化施工的技術(shù)和進(jìn)度特點(diǎn)進(jìn)行了分析，特別是對(duì)AP1000模塊化施工面臨的挑戰(zhàn)和問(wèn)題進(jìn)行了深入的分析。這些挑戰(zhàn)和問(wèn)題有些是首臺(tái)AP1000機(jī)組所特有的，有些將在后續(xù)AP1000機(jī)組建設(shè)過(guò)程中繼續(xù)存在，文章分別闡述并提出了幾項(xiàng)建議措施。

AP1000；模塊化施工；進(jìn)度控制

傳統(tǒng)的核電廠建造，由于作業(yè)面受限，導(dǎo)致土建和安裝施工作業(yè)無(wú)法平行展開(kāi)，大部分安裝工作需要待土建工作基本完成后才能開(kāi)始，這就造成了核電建設(shè)工期較長(zhǎng)，投資成本居高不下。為縮短核電項(xiàng)目的建設(shè)周期，AP1000壓水堆核電廠廣泛采用了模塊化設(shè)計(jì)和模塊化建造施工工藝。

模塊化施工將核電廠的廠房土建結(jié)構(gòu)（如墻、樓板、房間整體）或者某個(gè)區(qū)域的工藝系統(tǒng)設(shè)備、支撐結(jié)構(gòu)及管道，根據(jù)其組成的特點(diǎn)，組成若干可以在工廠中進(jìn)行加工制造的結(jié)構(gòu)模塊和設(shè)備模塊，將這些模塊在工廠完成預(yù)制，然后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施整體安裝。AP1000機(jī)組最大的結(jié)構(gòu)模塊CA01組裝如圖1所示。

模塊化施工不僅可以縮短核電機(jī)組的建造工期，有利于保證安裝的施工質(zhì)量，而且降低了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工場(chǎng)地大小的要求。另一方面，模塊化施工打破以往先土建后安裝的傳統(tǒng)施工方法，土建和安裝可以相互交叉同時(shí)施工，既便于核電機(jī)組建造的標(biāo)準(zhǔn)化、批量化，又優(yōu)化了整體建造工作的關(guān)鍵路徑。

在三門(mén)核電首臺(tái)AP1000機(jī)組的建造過(guò)程中，由于各種原因，模塊化施工給項(xiàng)目的進(jìn)度控制和投資控制帶來(lái)了負(fù)面影響。這些負(fù)面影響有些是首堆項(xiàng)目所特有的，有些將可能在后續(xù)AP1000項(xiàng)目批量化建設(shè)過(guò)程中繼續(xù)存在。

圖1 CA01組裝示意圖Fig.1 Schemetic of CA01 assembly

1 模塊簡(jiǎn)介

AP1000單個(gè)機(jī)組共用171個(gè)模塊，分為結(jié)構(gòu)模塊和設(shè)備模塊兩大類(lèi)。結(jié)構(gòu)模塊作為廠房土建結(jié)構(gòu)的一部分，包括墻、樓板等組合。其中包括CA模塊、CB模塊、CH模塊、CS模塊。

設(shè)備模塊是指將相互關(guān)聯(lián)的設(shè)備、閥門(mén)、風(fēng)管、管道、管道支撐等，組合成一個(gè)整體單元。設(shè)備模塊包括KQ模塊、Q模塊、KB模塊、R模塊、KT模塊、W模塊。

模塊分類(lèi)及位置分布統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 模塊在各廠房?jī)?nèi)分布統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of modules in various buildings

2 模塊化施工的優(yōu)點(diǎn)

2.1 有利于縮短建設(shè)工期

AP1000模塊化施工過(guò)程中，土建和安裝可以相互交叉同時(shí)施工，使得現(xiàn)場(chǎng)的土建和安裝工作變得更簡(jiǎn)單，可以縮短核電機(jī)組的施工工期。據(jù)美國(guó)能源局的《先進(jìn)建造技術(shù)的應(yīng)用》中評(píng)估，模塊化建造技術(shù)可以使核電廠的建造周期從50個(gè)月壓縮至36個(gè)月（從第一罐混凝土至裝料）。

2.2 有利于降低核電廠的建設(shè)成本

除了工期縮短將直接降低電廠的投資外，模塊化施工還大大減少了電廠現(xiàn)場(chǎng)施工的工作量，增加了模塊加工車(chē)間的工作量，而車(chē)間的生產(chǎn)效率要遠(yuǎn)高于現(xiàn)場(chǎng)施工。

2.3 有利于質(zhì)量控制

加工車(chē)間的環(huán)境相對(duì)優(yōu)越，操作空間大，更有利于焊接、切割等對(duì)環(huán)境要求較高的作業(yè)，提高了核電廠的建造質(zhì)量。

2.4 有利于安全控制

由于模塊化建造將原來(lái)在環(huán)境較差的現(xiàn)場(chǎng)工作，尤其是高空作業(yè)和密閉環(huán)境的作業(yè)，轉(zhuǎn)移到

了環(huán)境較好的車(chē)間里，這樣極大地改善了工作環(huán)境，減少了事故的發(fā)生。

2.5 便于施工管理

模塊化施工使得大部分機(jī)械安裝、電氣安裝、管道安裝及風(fēng)管安裝都從現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)移到車(chē)間里，有助于減少施工環(huán)境的擁擠，便于施工管理。

2.6 其他

另外，模塊化施工便于核電機(jī)組建造的標(biāo)準(zhǔn)化和批量化，這對(duì)于后續(xù)AP1000核電機(jī)組的批量化建設(shè)有積極意義。

3 模塊化施工面臨的挑戰(zhàn)

3.1 模塊化施工進(jìn)度上的優(yōu)勢(shì)仍受設(shè)備制造長(zhǎng)周期的制約

同傳統(tǒng)核電廠的建設(shè)一樣，長(zhǎng)周期設(shè)備的制造仍處在AP1000機(jī)組建造的關(guān)鍵路徑上。圖2中紅色路徑是三門(mén)核電站1號(hào)機(jī)組二級(jí)進(jìn)度計(jì)劃關(guān)鍵路徑（SG采購(gòu)合同簽訂至裝料的時(shí)間是71個(gè)月），藍(lán)色路徑是現(xiàn)場(chǎng)建安施工的關(guān)鍵路徑（FCD至裝料的時(shí)間是50個(gè)月）。

如果按照美國(guó)能源局的《先進(jìn)建造技術(shù)的應(yīng)用》中對(duì)模塊化施工的AP1000建造工期評(píng)估，對(duì)于后續(xù)AP1000機(jī)組建設(shè)，將50個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)施工工期縮短至36個(gè)月，關(guān)鍵路徑分析如圖3所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，AP1000模塊化施工只是縮短了現(xiàn)場(chǎng)建安施工的工期，而沒(méi)有實(shí)質(zhì)性縮短整個(gè)項(xiàng)目的時(shí)間。為了保證長(zhǎng)周期設(shè)備到貨與現(xiàn)場(chǎng)建安活動(dòng)協(xié)調(diào)同步，蒸汽發(fā)生器需要在FCD前35個(gè)月訂貨和FCD后15個(gè)月就到貨。而國(guó)內(nèi)核電廠蒸汽發(fā)生器（SG）的訂貨至核島第一罐混凝土的時(shí)間一般是1～2年，很難滿足這一到貨要求。

如果蒸汽發(fā)生器等長(zhǎng)周期關(guān)鍵設(shè)備到貨進(jìn)度無(wú)法保證，模塊化施工不僅無(wú)法保證36個(gè)月的建

造工期，還會(huì)使電廠建設(shè)出現(xiàn)停工等設(shè)備的不利局面。

圖2 三門(mén)1號(hào)機(jī)組50個(gè)月建造工期關(guān)鍵路徑圖Fig.2 Critical path of Sanmen Unit 1 with 50-month construciton duration

圖3 三門(mén)1號(hào)機(jī)組36個(gè)月建造工期關(guān)鍵路徑圖Fig.3 Critical path of Sanmen Unit 1 with 36-month construciton duration

3.2 設(shè)備模塊化對(duì)土建施工和系統(tǒng)移交進(jìn)度的影響

設(shè)備物項(xiàng)的模塊化使得體積變大，安裝與土建工作關(guān)聯(lián)度增加。原本可以從廠房門(mén)洞移入的設(shè)備物項(xiàng)模塊化集成后必須在房間封頂前移入。這使得設(shè)備模塊內(nèi)的每個(gè)物項(xiàng)的到貨進(jìn)度都可能成為所在房間土建施工的制約因素，小設(shè)備物項(xiàng)到貨滯后的負(fù)面影響被放大，影響土建施工進(jìn)度。

設(shè)備的高度集成導(dǎo)致設(shè)備安裝作業(yè)面小，設(shè)備后裝的施工難度很大，部分到貨滯后的非關(guān)鍵設(shè)備可能對(duì)系統(tǒng)移交帶來(lái)影響。

3.3 設(shè)備模塊內(nèi)部設(shè)備物項(xiàng)采購(gòu)進(jìn)度控制是難點(diǎn)

AP1000機(jī)組58個(gè)設(shè)備模塊中，每個(gè)設(shè)備模塊都有幾個(gè)到幾十個(gè)設(shè)備物項(xiàng)，包括機(jī)械設(shè)備、管道、閥門(mén)、電纜橋架、通風(fēng)管道、電纜套管、保溫等。每個(gè)設(shè)備物項(xiàng)的采購(gòu)進(jìn)度都決定著設(shè)備模塊能否按時(shí)完整地交付現(xiàn)場(chǎng)。以三門(mén)核電站1號(hào)機(jī)組KB36機(jī)械模塊為例，其中4類(lèi)關(guān)鍵閥門(mén)為西屋公司供貨；其他閥門(mén)與機(jī)械設(shè)備由國(guó)家核電工程公司供貨；管道、風(fēng)管、電纜套管等大宗材料由山東模塊設(shè)備廠負(fù)責(zé)采購(gòu)。復(fù)雜的設(shè)備供貨責(zé)任給設(shè)備的接口管理及進(jìn)度控制帶來(lái)挑戰(zhàn)。

3.4 模塊化設(shè)計(jì)工作大幅提前

模塊化設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)工作相比傳統(tǒng)核電廠要提前很多。模塊化施工采用土建和安裝交叉施工，模塊內(nèi)設(shè)備的采購(gòu)工作大幅提前。設(shè)備的采購(gòu)規(guī)范書(shū)的提交時(shí)間也需相應(yīng)提前。模塊包括工藝管道、設(shè)備、支撐等，要求更早的進(jìn)行系統(tǒng)分析和計(jì)算，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，固化工藝流程如圖4所示。

圖4 AP1000與傳統(tǒng)核電設(shè)計(jì)工作對(duì)比示意圖Fig.4 Comparison of engineering work between AP1000 and conventional nuclear power plants

這種情況在首堆的情況下顯得尤為突出，相信在以后設(shè)計(jì)成熟、AP1000批量建設(shè)后，情況能得到改善。

3.5 設(shè)備模塊的成品保護(hù)問(wèn)題

模塊化施工采取土建安裝交叉施工，安全殼廠房采用開(kāi)頂法施工，這對(duì)已就位設(shè)備模塊的成品保護(hù)提出更高的要求。最先就位的設(shè)備模塊，如KB10、KB13等設(shè)備模塊，就位時(shí)間距所在系統(tǒng)調(diào)試有近3年的時(shí)間間隔。安全殼廠房?jī)?nèi)底封頭就位后第一個(gè)就位的設(shè)備模塊KQ11，距安全殼頂封頭就位有近30個(gè)月的時(shí)間間隔。成品保護(hù)問(wèn)題是個(gè)大問(wèn)題。

3.6 施工工藝的挑戰(zhàn)

相比傳統(tǒng)核電廠，模塊化施工工藝給建安施工工藝帶來(lái)了全新的挑戰(zhàn)。如CA20和CA01等大型模塊的內(nèi)部混凝土澆筑問(wèn)題，模塊內(nèi)部空間狹小，振搗人員操作不便導(dǎo)致振搗不實(shí)問(wèn)題，混凝土脹模問(wèn)題。又如CV環(huán)段的吊裝就位問(wèn)題，對(duì)于直徑39.6 m，壁厚只有44.5～47.6 mm，重610 t的薄壁結(jié)構(gòu)，如何成功與底封頭對(duì)接、精度控制、錯(cuò)邊調(diào)整、焊接工藝都是挑戰(zhàn)。

3.7 模塊預(yù)制廠的產(chǎn)能問(wèn)題

根據(jù)國(guó)家能源戰(zhàn)略的布局，AP1000將作為中國(guó)未來(lái)幾年核電機(jī)組的主力堆型。由于AP1000機(jī)組很大一部分工作都在模塊廠進(jìn)行，模塊廠的產(chǎn)能擴(kuò)張及人員儲(chǔ)備能否滿足未來(lái)AP1000批量建設(shè)的需求，還存在一定問(wèn)題。就目前三門(mén)核電站1、2號(hào)機(jī)組而言，模塊廠的產(chǎn)能已經(jīng)對(duì)機(jī)組前期施工進(jìn)度造成了一定的影響。

3.8 額外成本的增加

模塊化施工造成重件吊裝作業(yè)較多。以單堆計(jì)，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個(gè)模塊）；100～500 t有4件(CA03、CB20、CA55、KQ22/23)，并且吊裝距離遠(yuǎn)，吊裝高度高，需要配置大型吊車(chē)、多組液壓平板運(yùn)輸車(chē)、專(zhuān)用大件道路和吊裝T臺(tái)，造成了額外成本的增加。

4 建議

4.1 保證FCD前模塊設(shè)計(jì)、采購(gòu)工作的提前量

為了充分發(fā)揮模塊化施工對(duì)縮短核電項(xiàng)目工期的作用，必須保證FCD前模塊設(shè)計(jì)、模塊設(shè)備材料采購(gòu)的提前量。否則就會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目開(kāi)工后，出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工工作量不飽滿，施工停滯等模塊的不利局面。

4.2 加大對(duì)關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的支持力度

長(zhǎng)周期設(shè)備（如蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆壓力容器、主泵、堆內(nèi)構(gòu)件、爆破閥、DCS設(shè)備等）的制造周期仍是決定AP1000核電機(jī)組建造進(jìn)度的關(guān)鍵因素。通過(guò)浙江三門(mén)、山東海陽(yáng)4臺(tái)機(jī)組的建設(shè)，國(guó)內(nèi)AP1000長(zhǎng)周期設(shè)備的制造能力已有大幅提升，但與國(guó)外先進(jìn)制造廠家相比，仍有不小差距。國(guó)家需繼續(xù)加大對(duì)國(guó)內(nèi)設(shè)備廠家的支持力度，提高長(zhǎng)周期設(shè)備鍛件一次成功率，以縮短設(shè)備制造的工期。另外，在支持設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的同時(shí)，應(yīng)允許核電業(yè)主采購(gòu)部分國(guó)外設(shè)備作為備用，以降低核電項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 國(guó)家需對(duì)AP1000項(xiàng)目前期融資給予政策支持

模塊化施工在進(jìn)度上的優(yōu)越性需要建立在上游設(shè)計(jì)、設(shè)備材料到貨進(jìn)度能夠保證的基礎(chǔ)上，模塊化開(kāi)頂法施工也對(duì)核島長(zhǎng)周期設(shè)備到貨時(shí)間提出了更高的要求。目前國(guó)家要求核電項(xiàng)目在核準(zhǔn)之前只能使用自有資金采購(gòu)長(zhǎng)周期設(shè)備，將會(huì)使得AP1000項(xiàng)目前期面臨巨大的資金壓力。國(guó)家如能允許AP1000項(xiàng)目在取得“小路條”后即可通過(guò)銀行融資，擴(kuò)大設(shè)備訂貨的范圍和提前量，將能使AP1000模塊化施工的進(jìn)度優(yōu)勢(shì)得到更充分的發(fā)揮。

4.4 適當(dāng)減小大型結(jié)構(gòu)模塊的體積和重量

AP1000大型結(jié)構(gòu)模塊（如CA20和CA01）長(zhǎng)度和高度達(dá)到20 m，模塊凈重超過(guò)700 t，這給模塊的組裝、運(yùn)輸、吊裝施工帶來(lái)了巨大安全風(fēng)險(xiǎn)，也增加了大件道路、大吊車(chē)的投資。而根據(jù)日本先進(jìn)沸水堆模塊化施工的成功經(jīng)驗(yàn)，模塊重量通常不超過(guò)200 t，長(zhǎng)度和高度不超過(guò)10 m為宜。

5 結(jié)論

核電廠建設(shè)工期的長(zhǎng)短對(duì)其經(jīng)濟(jì)性有著顯著的影響。AP1000模塊化施工理念致力于如何縮短工期，降低核電廠的建設(shè)成本，是核電廠建設(shè)的大勢(shì)所趨。三門(mén)核電在全球AP1000模塊化施工的首次實(shí)踐過(guò)程中，由于設(shè)計(jì)和設(shè)備供貨的滯后，模塊化施工的優(yōu)勢(shì)未能得以充分體現(xiàn)。隨著AP1000模塊化施工實(shí)踐不斷深入開(kāi)展，尤其是國(guó)產(chǎn)AP1000長(zhǎng)周期設(shè)備制造工藝逐步走向成熟，模塊化施工應(yīng)當(dāng)會(huì)對(duì)AP1000核電站建造的進(jìn)度控制和投資控制產(chǎn)生積極影響。

[1] 臧希年，申世飛. 核電廠系統(tǒng)及設(shè)備[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2003.（ZANG Xi-nian, SHEN Shifei. Systems and Equipment of Nuclear Power Plant[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2003.）

[2] 顧軍，等. AP1000核電廠系統(tǒng)與設(shè)備[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模塊設(shè)備規(guī)范書(shū)[S]. 美國(guó).（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

鄒 瑋（1980—），男，浙江安吉人，工程師，從事核電廠工程管理工作。