王朝陽

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 前言

模塊化設(shè)計(jì)在國(guó)外項(xiàng)目中日益受到業(yè)主方的青睞。模塊化設(shè)計(jì)節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)施工周期，節(jié)約大量人工和時(shí)間成本，大大降低了項(xiàng)目施工安裝階段費(fèi)用，為業(yè)主節(jié)約了投資，在實(shí)際應(yīng)用中也取得了理想的效果。模塊化設(shè)計(jì)是將工業(yè)廠房按設(shè)定的拆分規(guī)則拆分為若干個(gè)子單元，每個(gè)子單元集成建筑、結(jié)構(gòu)、管道、設(shè)備、電氣、儀表，控制系統(tǒng)中的全部或部分內(nèi)容。每個(gè)單元均在異地制作拼裝。運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后按設(shè)計(jì)好的組裝方案對(duì)各子單元進(jìn)行拼裝完成。模塊化設(shè)計(jì)對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)人工費(fèi)用昂貴的業(yè)主有顯著的實(shí)用價(jià)值。

1 項(xiàng)目概述

項(xiàng)目位于澳大利亞境內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)離澳大利亞港口較遠(yuǎn)，且人工成本高昂。為了盡可能節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)施工成本，業(yè)主方要求進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。項(xiàng)目涉及到的子項(xiàng)均采用模塊化設(shè)計(jì)完成，項(xiàng)目包含40多個(gè)子項(xiàng)，各子項(xiàng)模塊均在中國(guó)設(shè)計(jì)、預(yù)組裝，按設(shè)計(jì)劃分的模塊單元經(jīng)海運(yùn)、澳大利亞內(nèi)陸運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝。業(yè)主方測(cè)算的結(jié)果顯示模塊化設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工相比項(xiàng)目費(fèi)用將大幅降低。

項(xiàng)目模塊化遇到的最大瓶頸是運(yùn)輸方案，方案既要考慮海運(yùn)，同時(shí)還要考慮澳大利亞內(nèi)陸運(yùn)輸，模塊尺寸受限于內(nèi)陸運(yùn)輸?shù)牡缆窏l件。業(yè)主方選定了Newcastle港和Pirie港，作為模塊運(yùn)輸?shù)诌_(dá)港口。Newcastle港距施工現(xiàn)場(chǎng)550 km，運(yùn)輸限定尺寸7.5 m×5.5 m×34 m，最大運(yùn)輸噸位<100 t。Pirie港距施工現(xiàn)場(chǎng)1 150 km，最大限定運(yùn)輸尺寸9 m×7.5 m×34 m，運(yùn)輸噸位>100 t。綜合考慮車輛的輪高及安全包裝等要求最終確定模塊的最大設(shè)計(jì)尺寸為7 m×8 m×34 m。完成后的模塊單元適合Newcastle港線路運(yùn)輸尺寸的海運(yùn)至該港口，適合從Pirie港運(yùn)輸尺寸海運(yùn)至Pirie港。不能被模塊化的結(jié)構(gòu)散件，小型設(shè)備及設(shè)備組運(yùn)抵Newcastle港，不能從Newcastle港運(yùn)輸?shù)哪K，設(shè)備運(yùn)至Pirie港。

圖1 子項(xiàng)模型

2 模塊化分

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)對(duì)項(xiàng)目模塊類型進(jìn)行劃分，主要?jiǎng)澐譃椋航Y(jié)構(gòu)類、設(shè)備類、管廊類和皮帶類。同一模塊單元中與結(jié)構(gòu)發(fā)生關(guān)系的設(shè)備，管道，電儀等均盡可能的納入同一模塊單元整體制作運(yùn)輸。各模塊化分即要保證運(yùn)輸?shù)目尚行裕忠ＷC拼裝的安全性?，F(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)盡可能的用栓接形式，少用焊接。

圖2 結(jié)構(gòu)單元

圖3 結(jié)構(gòu)+設(shè)備單元

2.1 結(jié)構(gòu)類模塊

結(jié)構(gòu)類模塊分為純結(jié)構(gòu)件模塊單元，含有設(shè)備，電儀，管道等集成性結(jié)構(gòu)單元。各模塊單元之間采用栓接形式連接。現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)結(jié)構(gòu)散件連接同樣采用栓接形式。

圖4 結(jié)構(gòu)桿件

圖5 鋼梯單元

表1 子項(xiàng)模塊化分表

2.2 設(shè)備類模塊

項(xiàng)目采用濕法冶金技術(shù)，項(xiàng)目涉及的設(shè)備有較多的槽體、罐體。根據(jù)生產(chǎn)工藝 大型設(shè)備(如高壓釜)獨(dú)立運(yùn)往項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)。項(xiàng)目中大型的槽體、罐體無法整體運(yùn)輸，需要在中國(guó)境內(nèi)預(yù)制成滿足運(yùn)輸條件的拼接片，在中國(guó)境內(nèi)預(yù)組裝完成，然后拆分成運(yùn)輸單元，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝完成。需要焊接的設(shè)備在施工現(xiàn)場(chǎng)完成最后焊接工作，需要栓接的設(shè)備在施工現(xiàn)場(chǎng)完成最后的栓接工作。項(xiàng)目中需要被拆分的設(shè)備主要有槽罐類設(shè)備和濃縮機(jī)。

圖6 罐體設(shè)備拆分圖

表2 罐體設(shè)備拆分表

表3 濃縮設(shè)備拆分表

圖7 濃縮機(jī)拆分過程圖

2.3 管廊類模塊

項(xiàng)目的管廊指項(xiàng)目廠區(qū)內(nèi)各種管線集中布置的管廊橋架。管廊類模塊化分主要包括：標(biāo)準(zhǔn)模塊，調(diào)節(jié)模塊和非標(biāo)模塊三個(gè)類別。標(biāo)準(zhǔn)模塊尺寸為4.5×6.5×18 m，每?jī)蓚€(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊之間放置一個(gè)調(diào)節(jié)模塊，調(diào)節(jié)模塊尺寸為4.5×6.5×6 m，非標(biāo)模塊主要指管廊的過路段或管廊的轉(zhuǎn)彎或丁字形交結(jié)點(diǎn)模塊。每個(gè)模塊單元均包含管廊承載的所有管線，管件，電纜盒和管廊鋼結(jié)構(gòu)體。

圖8 管廊標(biāo)準(zhǔn)模塊

圖9 管廊非標(biāo)模塊

圖10 管廊調(diào)節(jié)段

2.4 皮帶廊模塊

項(xiàng)目中皮帶廊是為了完成幾個(gè)工序間的物料接續(xù)工作。根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)要求皮帶廊劃分為：標(biāo)準(zhǔn)模塊，調(diào)節(jié)模塊和非標(biāo)模塊，皮帶廊的頭、尾部為單獨(dú)模塊。標(biāo)準(zhǔn)模塊，調(diào)節(jié)模塊和非標(biāo)模塊在預(yù)制時(shí)需包含上托輥，下托輥，中間支架及支腿，兩側(cè)走道板等除皮帶面之外的所有部件。項(xiàng)目的皮帶廊為露天皮帶廊，走道板兩側(cè)需要添加欄桿扶手，該部件預(yù)制成插拔式標(biāo)準(zhǔn)件，皮帶廊拼裝完成后統(tǒng)一安裝。

表4 管廊模塊化表

3 模塊拼裝

圖11 皮帶廊標(biāo)準(zhǔn)模塊

圖12 皮帶廊標(biāo)準(zhǔn)模

圖13 調(diào)節(jié)模塊

項(xiàng)目按要求將經(jīng)歷兩次拼裝，第一次是在中國(guó)境內(nèi)進(jìn)行的各子項(xiàng)預(yù)拼裝，第二次是在澳大利亞施工現(xiàn)場(chǎng)最終拼裝。完成后的各子項(xiàng)模塊需要在中國(guó)境內(nèi)進(jìn)行預(yù)拼裝，驗(yàn)證模塊單元的制作精度是否滿足要求，解決模塊間拼裝連接精準(zhǔn)性，確保現(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)準(zhǔn)確無誤。預(yù)拼裝目的是要把模塊單元內(nèi)部和模塊單元之間拼裝時(shí)可能出現(xiàn)的問題盡可能的在中國(guó)境內(nèi)解決，節(jié)約施工現(xiàn)場(chǎng)的安裝時(shí)間。施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝屬于現(xiàn)場(chǎng)施工階段，主要從基礎(chǔ)預(yù)制，桿件放置，模塊定位，模塊拼裝幾個(gè)方面進(jìn)行。

圖14 調(diào)節(jié)模塊

圖15 非標(biāo)模塊

圖16 非標(biāo)模塊

表5 皮帶廊模塊化分

3.1 基礎(chǔ)預(yù)制

基礎(chǔ)預(yù)制主要針對(duì)混凝土類基礎(chǔ)(柱基礎(chǔ)，設(shè)備基礎(chǔ)，管架支座等)均采用現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制或現(xiàn)澆混凝土的形式。模塊安裝前相關(guān)的基礎(chǔ)部件按相應(yīng)的施工方案布置完成。

圖17 設(shè)備基礎(chǔ)

圖18 皮帶廊基礎(chǔ)

3.2 桿件放置

模塊化設(shè)計(jì)中的桿件包括無法模塊化運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)散件，管廊橋架中無法被納入模塊的結(jié)構(gòu)部件，無法隨管道一體模塊運(yùn)輸 的管道支吊架。桿件的放置根據(jù)結(jié)構(gòu)桿件在子項(xiàng)中所處的位置具體確定放置的先后順序，如管廊結(jié)構(gòu)柱部分需要在基礎(chǔ)預(yù)制完后，管廊模塊安裝前放置。廠房類的結(jié)構(gòu)件就需要在模塊安裝的過程中按模塊的相互關(guān)系確定結(jié)構(gòu)桿件的具體放置時(shí)間。欄桿類桿件則是在模塊安裝完成后統(tǒng)一放置標(biāo)準(zhǔn)欄桿件(非焊接方式)。

圖19 桿件連接

圖20 模塊桿件連接

3.3 模塊定位

模塊拼裝實(shí)施前，拼裝子項(xiàng)的模塊單元按照拼裝方案布置到指定的位置。結(jié)合考慮模塊的拼裝順序，牽引車的運(yùn)行方式，起吊設(shè)備的行走線路、起吊高度、安全距離等，確保模塊拼裝過程安全高效運(yùn)行。所以模塊定位也是模塊拼裝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.4 模塊拼裝

所有拼裝前的工作都準(zhǔn)備就緒了就可以開始模塊拼裝工作，按照各子項(xiàng)的拼裝方案主逐步實(shí)施。如示意圖：

圖21 子項(xiàng)模型

圖22 模型拼裝圖

圖23 模型拼裝

4 結(jié)束語

項(xiàng)目模塊化設(shè)計(jì)說明在未來的海外工程中模塊化設(shè)計(jì)可能成為常態(tài)。模塊化設(shè)計(jì)解決了在人工成本昂貴的國(guó)家建立工業(yè)廠房降低施工費(fèi)用的要求。在人工成本相對(duì)較低的國(guó)家制造為集成式模塊并完成預(yù)組裝，運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng)只需拼裝完成相應(yīng)拼裝工作，大大的降低的施工現(xiàn)場(chǎng)的人工成本，施工周期，帶組業(yè)主方的是直接降低成本投入。

項(xiàng)目的模塊化方案得到了主業(yè)方的認(rèn)可。通過項(xiàng)目模塊化設(shè)計(jì)工作為將來的工業(yè)廠房模塊化設(shè)計(jì)提供了基本的方法和思路，對(duì)大型項(xiàng)目的模塊化設(shè)計(jì)實(shí)施積累了經(jīng)驗(yàn)，形成了一些行之有效的模塊化設(shè)計(jì)方案。