黃亞（四川省鑫宇石油技術(shù)服務(wù)有限公司，四川 成都 610041）

模塊化建造技術(shù)，起源于19世紀(jì)70年代，由于施工工期越長(zhǎng)，不確定性因數(shù)越多，導(dǎo)致海洋工程施工難度增大。為解決工期過(guò)長(zhǎng)而形成的風(fēng)險(xiǎn)，人們便嘗試在陸地上將整個(gè)工藝流程預(yù)先高度集成再分成若干個(gè)模塊，然后用駁船將模塊運(yùn)至海上平臺(tái)組裝，這樣大大縮短了海上施工工期。后來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)在造船工業(yè)發(fā)達(dá)的美國(guó)、日韓等國(guó)得到了迅速發(fā)展并成為現(xiàn)代船舶海洋工程中的重要技術(shù)。

19世紀(jì)80年代開始，模塊化建造技術(shù)陸續(xù)應(yīng)用于陸上項(xiàng)目(油氣處理廠和礦業(yè)加工廠等)的建造。為轉(zhuǎn)變地面建設(shè)和管理方式，適應(yīng)中國(guó)石油原油產(chǎn)量穩(wěn)定增長(zhǎng)，天然氣業(yè)務(wù)快速發(fā)展的需要，20世紀(jì)初，中國(guó)石油高層領(lǐng)導(dǎo)人明確提出“各油氣田公司要結(jié)合自身實(shí)際，采取直接引進(jìn)、聯(lián)合研制、獨(dú)立研發(fā)等多種方式，全面推廣一體化集成裝置”的工作要求。

隨著BIM技術(shù)、SPMT和海上運(yùn)輸設(shè)備、大型吊裝技術(shù)的出現(xiàn)，快速地推動(dòng)了橇裝化、一體化、模塊化的全面發(fā)展。BIM技術(shù)的應(yīng)用大大提高了設(shè)計(jì)效率和精度，實(shí)現(xiàn)了橇裝化、一體化、模塊化建造的3D直觀模擬；而SPMT運(yùn)輸車的出現(xiàn)使得模塊化建造的運(yùn)載能力得到不斷提升，即使幾千噸的橇塊、模塊也可以順利的運(yùn)輸至工地現(xiàn)場(chǎng)；隨著起重能力的不斷增強(qiáng)，大型吊機(jī)以及先進(jìn)的安裝技術(shù)，更是為大型整裝模塊化建造創(chuàng)造了條件。

石化行業(yè)橇裝技術(shù)發(fā)展歷程先后經(jīng)歷了單體橇裝設(shè)備到可替代部分中小站場(chǎng)的一體化集成裝置，再到發(fā)展為功能整合、空間布局的模塊化。

1 單一橇裝模塊

單一橇裝模塊是將一個(gè)或者幾個(gè)重要設(shè)備及其管路、管件組裝于鋼結(jié)構(gòu)之上的一個(gè)整體裝置，可視為一個(gè)功能單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的設(shè)備。單一橇裝模塊實(shí)現(xiàn)了單一功能裝置便捷重復(fù)利用的可能性，但其布置松散，功能簡(jiǎn)單，只適用于比較簡(jiǎn)單的單井站場(chǎng)。

單一橇裝模塊幾乎均在橇裝制造廠完成組裝為一個(gè)整體設(shè)備，施工現(xiàn)場(chǎng)工作簡(jiǎn)單，橇座基礎(chǔ)施工→橇裝設(shè)備吊裝→調(diào)試等，相對(duì)于傳統(tǒng)施工方法，由于為單一橇裝模塊，對(duì)于整個(gè)工程現(xiàn)場(chǎng)工作量減少有限，優(yōu)化工期也受到限制，節(jié)約投資不明顯。

2 一體化集成裝置

一體化集成裝置是將多個(gè)單一功能的設(shè)備、管道、電氣、儀控等按照安全性、操作性、美觀性的原則進(jìn)行裝配集成，以實(shí)現(xiàn)裝置綜合性能的技術(shù)。一體化集成裝置是對(duì)單體橇裝的再次提升與集成，具有多個(gè)單一橇裝模塊的功能，可以替代部分中小型單體集輸站場(chǎng)。

一體化裝置建造流程分為物質(zhì)運(yùn)至橇廠→橇廠組裝→橇廠調(diào)試（→精密儀表拆卸）→橇廠至現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸→橇座基礎(chǔ)施工（按實(shí)際計(jì)劃）→橇裝設(shè)備吊裝（→精密儀表安裝）→調(diào)試。相對(duì)于傳統(tǒng)施工方法，其功能性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊，現(xiàn)場(chǎng)施工工作量小，快裝上產(chǎn)，并可整體搬遷重復(fù)利用，從而實(shí)現(xiàn)了技術(shù)提高、流程優(yōu)化、節(jié)約占地30%以上、工期縮減15%以上、投資減少等優(yōu)點(diǎn)。

一體化集成裝置技術(shù)要點(diǎn)包括：（1）工藝流程優(yōu)化與設(shè)備選型：更有利于高度集成；（2）優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置：從安全性、操作性、美觀性實(shí)現(xiàn)裝置集成一體；（3）整體質(zhì)量控制：橇裝制造廠焊接、組裝、調(diào)試（拆卸）、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)吊（安）裝、調(diào)試等；（4）技術(shù)支撐：核心技術(shù)研究與專利專有技術(shù)整合。

一體化集成裝置具有功能、工期、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)，加之設(shè)計(jì)流程標(biāo)準(zhǔn)化的不斷推進(jìn)，已經(jīng)成功運(yùn)用于油田站場(chǎng)（油氣混輸一體化集成裝置、電加熱增壓一體化集成裝置、計(jì)量增壓一體化集成裝置、生活水供水一體化集成裝置等）、氣田站場(chǎng)（天然氣集氣一體化集成裝置、非酸性天然氣集氣一體化集成裝置、酸性天然氣集氣一體化集成裝置等）、變配電站場(chǎng)（35kV一體化集成開關(guān)站、油氣站場(chǎng)電控一體化集成裝置等）等。

3 模塊化

模塊化是指以資源整合是核心，在解決一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題的過(guò)程中，自上向下逐層把一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)劃分成若干模塊的過(guò)程，再在施工現(xiàn)場(chǎng)組裝為具有一定功能的裝置。模塊化也是對(duì)一體化集成裝置的再次提升，天然氣處理廠大型復(fù)雜的生產(chǎn)單元由模塊化集成裝置從空間疊加而成。模塊化思想是項(xiàng)目的分解和資源的整合，實(shí)現(xiàn)工廠作業(yè)最大化，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)最小化。

裝置模塊化建造流程分為物質(zhì)運(yùn)至橇廠→橇廠預(yù)組裝→橇廠調(diào)試→精密儀表拆卸→橇廠至現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸→橇座基礎(chǔ)施工（按實(shí)際計(jì)劃）→橇裝設(shè)備吊裝→精密儀表安裝→調(diào)試；傳統(tǒng)施工工藝流程分為設(shè)備、材料運(yùn)至工地現(xiàn)場(chǎng)→土建工程施工（按實(shí)際計(jì)劃）→設(shè)備、材料現(xiàn)場(chǎng)安裝→調(diào)試。兩種建造模式無(wú)論是設(shè)計(jì)理念，還是施工方法都大相徑庭，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平均有迥異差別。

裝置模塊化技術(shù)要點(diǎn)內(nèi)容：（1）裝置模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，包括工藝設(shè)計(jì)、三維配管設(shè)計(jì)及管道應(yīng)力分析設(shè)計(jì)、裝置模塊拆分方案設(shè)計(jì)、裝置模塊吊點(diǎn)設(shè)計(jì)、裝置布置設(shè)計(jì)等。（2）裝置模塊化建造技術(shù)，包括成焊接技術(shù)、組橇安裝技術(shù)、施工組織管理技術(shù)等。（3）裝置模塊化包裝運(yùn)輸技術(shù)，包括公路、鐵路、水運(yùn)等方式；（4）裝置模塊化安裝技術(shù)。

模塊化裝置常用的運(yùn)輸方式有：（1）公路運(yùn)輸；（2）鐵路運(yùn)輸；（3）船運(yùn)。其比較見表3.1。

表3.1 模塊化裝置常用的運(yùn)輸方式

模塊化設(shè)計(jì)建造優(yōu)點(diǎn)包括：（1）縮短建設(shè)工期，現(xiàn)場(chǎng)土建施工與橇裝制造廠工藝模塊建造可同時(shí)進(jìn)行。模塊建造在工廠內(nèi)完成，不受天氣和場(chǎng)地條件等因素制約。（2）減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，橇裝制造廠內(nèi)完成裝置焊接及預(yù)組裝工作、調(diào)試，現(xiàn)場(chǎng)僅負(fù)責(zé)完成模塊的搭接以及各裝置系統(tǒng)間的貫通安裝、調(diào)試。（3）充分利用橇裝制造廠地理優(yōu)勢(shì)具備的物資、人力資源，減少現(xiàn)場(chǎng)條件的限制。（4）質(zhì)量可靠，在橇裝制造廠完成焊接、吹掃、試壓、調(diào)試，施工質(zhì)量高，減少現(xiàn)場(chǎng)變更，確保質(zhì)量。（5）由平面展布向多層空間疊加集成，節(jié)約占地40%以上。（6）生產(chǎn)單元可整體拆裝、整體搬遷，可重復(fù)利用。（7）節(jié)約投資，在物資及人力資源缺乏的地區(qū)（特別是海外）實(shí)施模塊化，可減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，節(jié)約投資。

以磨溪龍王廟天然氣凈化廠處理含硫天然氣300×104m3∕d為例，從初設(shè)批復(fù)到建成投產(chǎn)僅用了9 個(gè)月，工廠預(yù)制率85%，減少占地面積40%，總體施工周期縮短30%，節(jié)約投資10%，創(chuàng)造了天然氣凈化廠建設(shè)速度新紀(jì)錄。

從上面介紹不難發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)相比，模塊化設(shè)計(jì)建造優(yōu)化了資源整合、縮短了建設(shè)工期、降低了工程投資、方便重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，隨著市場(chǎng)全球化的發(fā)展，一體化、模塊化設(shè)計(jì)建造理念逐漸成為跨國(guó)大型公司承攬EPC 項(xiàng)目和進(jìn)軍海外市場(chǎng)的重要依托。在業(yè)主需求或具備條件的地區(qū)，實(shí)施大型裝置模塊化，進(jìn)一步發(fā)揮預(yù)制建造工廠的人力資源、物資資源優(yōu)勢(shì)，提高模塊化裝置的集成度和預(yù)制化率，盡可能在預(yù)制建造工廠完成裝置的功能測(cè)試，從而大大減小施工現(xiàn)場(chǎng)各種不確定因素引起的資金風(fēng)險(xiǎn)、安全風(fēng)險(xiǎn)以及進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)。