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        AP1000模塊化設(shè)計(jì)控制方法研究

        2021-07-14 03:05:44
        科技視界 2021年17期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)方案廠房模塊化

        李 陽

        (中國核電工程有限公司,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??煞譃榻Y(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題。

        在模塊分割以后,通過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)場預(yù)留的大型模塊拼裝場,在現(xiàn)場拼裝成完整的結(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“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。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程中的形變、施工可操作性以及施工過程中的成品保護(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

        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。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)備來說,數(shù)量不多,但種類較多,涉及多個(gè)采購包。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址來說,也應(yīng)該考慮碼頭提前可用,保障模塊運(yùn)輸?shù)綀觥?/p>

        2.4 重點(diǎn)關(guān)注設(shè)計(jì)、采購接口關(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、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、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%??梢姡仨氃贔CD前投入大量的資源滿足模塊設(shè)計(jì)、采購、制造工作,以及核島廠房的設(shè)計(jì)和長周期設(shè)備的采購。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,通過與進(jìn)度管理軟件的集成,匹配采購需求和施工邏輯,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)過程控制的有效措施。對(duì)于模塊設(shè)計(jì)來說,設(shè)計(jì)、采購之間的關(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)、采購的全部配合關(guān)系。

        對(duì)于模塊化,設(shè)計(jì)、采購配合關(guān)系包括設(shè)計(jì)提供設(shè)備采購規(guī)格書、采購提供設(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)庫進(jìn)行專項(xiàng)管理,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程可控。

        4 結(jié)語

        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。

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