石章雄 馬 寧 郝 豐

中國石油工程建設(shè)有限公司北京設(shè)計分公司, 北京 100085

0 前言

目前，模塊應(yīng)用場合多為海洋平臺等缺乏常規(guī)大規(guī)模安裝條件的地方,在一定程度上解決現(xiàn)場實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)計方法、大型現(xiàn)代化制造設(shè)備、新型運輸起重設(shè)備的出現(xiàn),模塊化技術(shù)陸續(xù)應(yīng)用于海洋平臺工程、油氣田地面工程、煉油化工工程中,實現(xiàn)了從海洋到陸地、由簡入繁、集成度越來越高的轉(zhuǎn)變。油氣田地面工程模塊化建造可以克服當?shù)貏趧恿Χ倘?、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。因此,模塊化建造在海外油氣工程項目中越來越受到重視,并取得了一定的成果經(jīng)驗[5]。在現(xiàn)有傳統(tǒng)建造模式占多數(shù)的情況下,針對模塊化建造模式對投資的影響進行分析,為建設(shè)單位的科學(xué)決策提供及時支持。

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)計和采購策略,在模塊預(yù)制廠將成套的專業(yè)設(shè)備、材料裝配在一個框架內(nèi),經(jīng)建造和工廠檢測合格后,整體運輸至現(xiàn)場進行安裝的過程。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個或2個以上橇塊裝配,并能實現(xiàn)一定工藝功能[9],模塊的集成性和裝配性要強于橇塊,模塊化表面上是轉(zhuǎn)移工作,轉(zhuǎn)移現(xiàn)場安裝到預(yù)制廠,但更強調(diào)異地集成。模塊化真正的核心價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)場施工工期、減少項目總投資為目的(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,還有可能會增加裝置的投資,一些偏遠的陸地項目,模塊化后現(xiàn)場的運輸和起重能力不足,嚴重影響工期,造成業(yè)主的經(jīng)濟損失。在項目前期,分析模塊化的影響以及可行性,對模塊化的科學(xué)決策至關(guān)重要。

2 模塊化建造模式影響分析

2.1 投資計算模式

模塊化建造模式對前期業(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,再進行組合,計取運費、安裝費等的傳統(tǒng)定額組價方式已不適應(yīng)模塊預(yù)制新形勢的發(fā)展。大部分與設(shè)備制造相關(guān)的深化設(shè)計、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)的價格不單純是設(shè)備材料安裝費用等簡單靜態(tài)組合,模塊價格將日益市場化,且隨競爭形勢的發(fā)展變動較大,靜態(tài)的組價方式不能及時反映現(xiàn)實情況,模塊制造強調(diào)合作與協(xié)同,模塊制造廠的議價能力與競爭態(tài)勢將直接反映在出廠價格上,模塊價格具有不確定性。

2.2 設(shè)備購置費

模塊化建造模式下,模塊出廠價格不僅僅是設(shè)備原價,還包括輔助材料費,以及裝置的深化設(shè)計費。加固運輸、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要求等。模塊集成的設(shè)備材料越多,與傳統(tǒng)設(shè)備原價的偏差就會越大。

大型模塊運輸依靠自行式模塊運輸車(SPMT)和大型遠洋運輸船[19],要提前籌劃運輸路由,減少模塊滯留。運費沒有議價能力,較傳統(tǒng)運輸方式費率高,運輸周期較難控制,運輸保險費相對較高。另外，道路運輸可能還涉及超限設(shè)備運費。

如果涉及進出口環(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值高,關(guān)稅和進口環(huán)節(jié)增值稅等都將有所增加。

2.3 建筑安裝工程費

模塊制造廠能夠通過制定人力資源調(diào)度計劃、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,減少項目人工成本。模塊制造廠一般設(shè)置在交通便利、經(jīng)濟較發(fā)達的地區(qū),人力資源供應(yīng)充足,勞動生產(chǎn)率高。模塊化能夠克服海外現(xiàn)場勞動簽證申請難、風(fēng)險補貼高、勞動環(huán)境差、人員流動大、當?shù)厝肆Y源短缺等問題。同時,將技術(shù)要求高的工作在模塊制造廠內(nèi)完成,減少當?shù)赜霉ち?相應(yīng)減緩了施工現(xiàn)場當?shù)貏诠す?yīng)緊張的局面。

通過制定合理的制造計劃和相應(yīng)的質(zhì)量控制體系,以及自動化制造安裝技術(shù)的應(yīng)用,相較于施工現(xiàn)場,模塊制造安裝質(zhì)量將會不同程度地得到提高,減少人員返工、材料浪費等。同時，材料的經(jīng)濟批量采購以及交易市場的活躍,可以減少庫存和倉儲成本。

模塊化建造能夠減少施工現(xiàn)場施工機械和儀器儀表的使用,減少施工機具的臺班數(shù),但可能會增加吊裝大型模塊的大型起重機臺班需求。模塊化建造模式下能夠克服某些特種設(shè)備、現(xiàn)場設(shè)備短缺，以及調(diào)動的困難。相對于海外施工現(xiàn)場的艱苦環(huán)境,國內(nèi)施工機具的臺班費較便宜,且市場供應(yīng)充足。模塊制造廠的日常施工機械,可以直接采購，也可以租賃或融資租賃,管理靈活。

現(xiàn)場措施費也將不同程度降低,環(huán)境保護費、文明施工費、安全生產(chǎn)費、臨時設(shè)施費、現(xiàn)場材料臨時儲存費、二次搬運費等會因現(xiàn)場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)管理費由于現(xiàn)場組織協(xié)調(diào)以及模塊制造時的溝通可能有一定程度增加,針對具體項目具體分析。稅金會因為模塊出廠增值的部分而增加,同時通過有效地組織和協(xié)調(diào),模塊制造的技術(shù)創(chuàng)新,可以提高施工單位利潤率。

2.4 工程建設(shè)其他費

模塊化將一定程度上減少對土地的占用,減少建設(shè)用地費和賠償費,在土地資源緊張的地區(qū),將部分緩解征地拆遷的難度?？尚行匝芯繄蟾婢幹萍霸u估費等項目前期工作費會因為前期模塊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、工程監(jiān)理費、健康安全環(huán)境管理費、項目管理承包費都會因模塊化對項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增加,設(shè)備監(jiān)造等工作也越來越多。

業(yè)主的場地準備費與臨時設(shè)施費因模塊整體安裝而減少,現(xiàn)場臨時倉庫和生活用房,因材料和用工量減少而減少。

與模塊相關(guān)的設(shè)計人工時會相應(yīng)增加,現(xiàn)場服務(wù)由于涉及變更的減少會有下降,整個設(shè)計費會有不同程度增加。模塊化因利用三維建模相應(yīng)提高了工作效率與競爭力,對設(shè)計專業(yè)技術(shù)人員提出了較高要求,這部分成本也會相應(yīng)增加。

3 實證分析

油氣工程常按流程劃分模塊,某海外油氣工程常見模塊劃分見表1[20]。

表1 某海外油氣工程常見模塊劃分表

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)當具體問題具體分析,不能籠統(tǒng)地說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表2～3。

由表2～3對比可以看出,在相同條件下,針對該聯(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,相同費率下,將導(dǎo)致工程直接費上漲約15.5%,同時將不同程度增加間接費以及管理費等,項目投資將增加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

每個油氣工程項目的不同單元、不同模塊對投資的影響各不相同,具體項目具體分析。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)場惡劣環(huán)境。雖然一部分單元模塊化后會對投資產(chǎn)生不利影響,但整體單元模塊化后也可能對投資產(chǎn)生有利影響。模塊化對項目投資的影響表現(xiàn)更多的是間接影響，在模塊化決策時,要注重分析考慮模塊化對項目投資的間接影響。

4 模塊化建造模式投資工作建議

4.1 注重模塊化組裝對項目成本的影響

采用傳統(tǒng)建造模式時,由于現(xiàn)場條件的限制,經(jīng)常會出現(xiàn)設(shè)計變更,現(xiàn)場服務(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)場變更服務(wù)費用。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)計成本,還能經(jīng)濟批量采購設(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)場條件、技術(shù)更新以及項目具體要求等,更切合實際也是模塊化發(fā)展的高級應(yīng)用是留一些活動接口,注重模塊之間的組裝性、配合性、功能補充性,允許少量模塊組件根據(jù)具體情況更新、改變、重新設(shè)計,這將減少整個模塊重新設(shè)計、重新制造的成本。

同時，要加強對模塊制造廠的后向供應(yīng)商控制力,增強溝通及議價能力。針對某些項目,模塊化制造雖然能在一定程度上降低項目總成本,但是如果模塊制造廠是外部單位,競爭力強,價格并不能有效控制。因此要加強模塊制造廠的長期合作,追求合作效益的最大化。

4.2 加強模塊化下成本價格庫的積累

模塊化建造模式將改變投資計算思路,投資計算可能更偏向于市場化,更強調(diào)價格的變動性,為了后期模塊裝置投資的有效控制,以及與項目預(yù)算順利銜接,模塊化建造模式下概算編制要注重清單計價模式的應(yīng)用,以及綜合單價的使用。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,與項目管理部門和采購部門密切配合,加強已執(zhí)行項目或?qū)⒁獔?zhí)行項目的工藝參數(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地計算投資以及模塊化決策提供支持。

4.3 加強運輸起重對投資的影響分析

模塊重大高,對陸地運輸、碼頭水深、航道運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,制定好運輸方案以及運輸過程中的保護措施,并對先期運輸費詢價進行綜合分析。運輸市場大型模塊的運輸車、運輸船少,較難預(yù)定,運輸費主要依靠市場詢價,進行市場價格的對比分析以及協(xié)商談判是十分必要的。

大型模塊運輸?shù)浆F(xiàn)場安裝,對起重吊裝能力要求較高,要確認現(xiàn)場起重設(shè)備是否具備模塊吊裝能力,一些偏遠落后地區(qū)的起重設(shè)備可能需要長途運輸,到場組裝,成本要單獨測算。

確定模塊運輸和起重方式時,要及時與技術(shù)人員確認,前期做好市場調(diào)研以及費用測算工作。

4.4 注重項目全生命周期的成本分析

對于海外油氣工程項目,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,模塊化帶來的好處往往是間接效益,更多體現(xiàn)在項目全生命周期中,模塊化建造模式可以降低現(xiàn)場施工的管理控制風(fēng)險,可以克服當?shù)厥┕べY源限制,可以提高施工質(zhì)量水平,可以縮短項目施工周期,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決定是否采用模塊化建造模式,在前期模塊化決策時,分析結(jié)果將是片面、不符合實際的。

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、降低項目風(fēng)險的有效探索,有利有弊,對海外油氣工程項目投資產(chǎn)生一定的影響,在前期模塊化決策時要科學(xué)分析、合理決策,不能以偏概全、因小失大,要站在項目全生命周期角度,針對模塊化對投資的影響進行全面分析,以提高建設(shè)單位的投資效益。