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        淺析三代核電模塊化技術(shù)對核電工程建設(shè)的影響

        2021-08-27 16:29:11蔡新
        科技風 2021年23期
        關(guān)鍵詞:模塊化

        摘??要:本文通過與CPR機組工程建設(shè)模式的對比,介紹了核電廠采用模塊化建造技術(shù)后對核電工程建設(shè)進度控制管理,以及設(shè)計、采購、施工等環(huán)節(jié)所造成的影響,并給出相應(yīng)處理意見。

        關(guān)鍵詞:三代核電;模塊化;核電工程建設(shè)

        目前部分三代核電在建造過程中采用“模塊化”技術(shù),將現(xiàn)場土建、安裝工作高度集成、整合,采取類似“并聯(lián)”的施工方式,大大縮短了現(xiàn)場施工建造工期。這種全新的建造模式在顛覆現(xiàn)場施工邏輯及施工方式的同時,也對上游設(shè)計、采購環(huán)節(jié)提出了新的要求。和CPR時代設(shè)計、采購工作相比,最大的變化體現(xiàn)在“時效性”上,即要求相應(yīng)設(shè)計、采購工作大幅提前、同時進行,以滿足“模塊化”技術(shù)的需求。

        1?模塊化技術(shù)下項目總體計劃分析

        模塊化建造技術(shù)的大規(guī)模引入,改變了傳統(tǒng)核電工程的設(shè)計、采購、建造和管理模式,要求設(shè)計、采購、制造大幅前移并高度集成,需要設(shè)計、采購、施工環(huán)節(jié)和各專業(yè)高精準度的協(xié)調(diào)配合,這給進度超前謀劃和精細化管理提出了更高要求。與傳統(tǒng)核電相比,各環(huán)節(jié)進度形象圖的區(qū)別如下:

        綜合其他三代核電項目實際建造情況,以及之前CPR項目建設(shè)經(jīng)驗,國內(nèi)某核電建設(shè)單位提出項目建設(shè)(采用模塊化建造技術(shù))總工期為58個月,其中土建階段(FCD至具備RPV引入條件)工期22個月,安裝階段(RPV引入至冷試)工期21個月,調(diào)試階段(冷試至商運)工期15個月。與CPR相比,各階段工期比較如下:

        2模塊化技術(shù)對安裝工作影響

        2.1?安裝工作量顯著減少

        三代核電項目(采用模塊化建造技術(shù))秉承“非能動”的安全設(shè)計理念,大大減少冗余的安全設(shè)備設(shè)置,對于閥門、泵、管道、電纜等設(shè)備的采購與安裝工作量顯著減少。與CPR技術(shù)相比,上述設(shè)備減少的數(shù)量如下:

        2.2?安裝工作與土建工作高度重合

        CPR機組的土建、安裝工作有嚴格的先后邏輯順序,除一些預(yù)埋件需在土建時期完成安裝外,其余設(shè)備均需相應(yīng)房間完成土建工作之后才能引入。其示意圖如下:

        三代核電機組引入模塊化、開頂法施工技術(shù),其土建、安裝的工藝方法和傳統(tǒng)的CPR機組有很大不同,而是類似“搭積木”的方式。對于設(shè)備的安裝工作來說,其所在的機械模塊,只需附近模塊(結(jié)構(gòu)或機械)完成安裝就位,該機械模塊即可開始安裝。采用模塊化建造技術(shù)的三代核電機組土建、安裝工作標準意義上的分界點是“RV具備引入條件”,而實際上土建工程貫穿從FCD開始到屏蔽廠房封頂整個過程;安裝工程貫穿從CVBH吊裝開始到機組冷試(CFT)整個過程,中間有近38個月的交叉期。其示意圖如下:

        3?模塊化技術(shù)對設(shè)計工作影響

        3.1?設(shè)計貫穿EPC全過程

        三代核電模塊化技術(shù)下,針對模塊化相關(guān)的設(shè)計幾乎貫穿整個工程建設(shè)過程。模塊化設(shè)計分為總體設(shè)計、初步設(shè)計、詳細設(shè)計三個階段??傮w設(shè)計主要包含編制模塊設(shè)計技術(shù)組織措施,編制模塊初步規(guī)劃書。初步設(shè)計主要包括模塊邊界確定及物項定義,模塊內(nèi)物項布置優(yōu)化,模塊鋼框架設(shè)計及模塊的整體力學分析,輸出設(shè)計固化的模塊三維模型。詳細設(shè)計主要包括模塊吊裝設(shè)計,模塊運輸設(shè)計,模塊吊裝、運輸工況力學分析,模塊施工圖文件包編制。

        3.2?設(shè)計進度提前

        因開頂式施工的應(yīng)用,在房間未封頂前就引入設(shè)備、模塊及相關(guān)物項,而在進行封頂后,在頂板施工的同時房間內(nèi)即可開展有關(guān)的安裝準備工作,即土建施工和安裝施工可同時展開,安裝施工工期大大提前,其中所涉及的安裝物項的設(shè)計也需大大提前。

        機械模塊內(nèi)包含了多種安裝物項,在設(shè)計進度安排上,需各專業(yè)同時開展、協(xié)同設(shè)計,以保證在進行模塊設(shè)計前各專業(yè)初步設(shè)計已經(jīng)完成。

        模塊化后預(yù)制工作的工作量大大增加,在進度計劃中必需留給模塊制造更長的時間,這就需要將設(shè)計進度再往前提。

        4?模塊化技術(shù)對采購工作影響

        機械模塊設(shè)計大多較緊湊,這就要求模塊內(nèi)設(shè)備及相關(guān)部件的設(shè)計尺寸與實際到貨尺寸不能有太大偏差,如果出現(xiàn)實際采購設(shè)備或部件的規(guī)格尺寸與設(shè)計要求偏差較大,就可能引起模塊無法組裝,需修改設(shè)計方案的風險。此外,設(shè)備荷載的變化會對結(jié)構(gòu)模塊的強度帶來影響,變化較大時可能影響模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

        因此,在模塊部件的采購技術(shù)規(guī)格書中需特別規(guī)定設(shè)備的包絡(luò)尺寸及要求,同時要加強采購過程和結(jié)果的質(zhì)量控制,確保模塊內(nèi)部件的設(shè)計與采購尺寸一致,避免在實際安裝過程中觸發(fā)過多現(xiàn)場臨時修改,甚至返廠調(diào)整的情況。

        5?模塊化對項目管理的影響及風險

        5.1?模塊化下設(shè)計、采購進度、接口對項目建設(shè)影響

        模塊化施工模式下,為滿足前期預(yù)制廠開工需求,要求相關(guān)設(shè)計、采購工作大幅提前,齊頭并進,而不是傳統(tǒng)意義上的先設(shè)計、后采購,存在一定的先后關(guān)系。這種變化容易帶來設(shè)計難固化、采購難定型、E/P接口更復雜等問題,處理不好容易導致模塊在生產(chǎn)及現(xiàn)場安裝階段的大量變更、延誤,反而影響項目的總體推進。

        對此,設(shè)計應(yīng)將工作做在前面,充分利用參考技術(shù)方案,提前梳理模塊相關(guān)的設(shè)計輸入,研究并建立模塊的設(shè)計、采購、建安間的邏輯關(guān)系。采購一方面應(yīng)盡早啟動模塊預(yù)制和模塊內(nèi)物項的采購,為合同執(zhí)行和處理可能的設(shè)計變更留出足夠的時間裕度,另一方面應(yīng)加強對采購的全流程管理,積極探尋優(yōu)化空間,盡量縮短采購周期,以適應(yīng)設(shè)計固化延遲、安裝需求緊迫的新局面。

        5.2?模塊設(shè)計變更的影響

        根據(jù)依托項目的經(jīng)驗反饋,在項目實施過程中,模塊設(shè)計所需的上游設(shè)計(系統(tǒng)、設(shè)備、布置)進度很難得到滿足,使得模塊的上游設(shè)計輸入無法按照要求固化、導致模塊設(shè)計變更在所難免且數(shù)量非常大,對造價和進度帶來了很多負面影響。

        因此,為了盡可能減少和降低現(xiàn)場模塊預(yù)制、安裝過程中的變更,在沒有設(shè)備實體接口時,對設(shè)備參數(shù)可采取合理的包絡(luò)設(shè)計值;在設(shè)計中,通過對關(guān)鍵設(shè)計輸入-三維布置模型狀態(tài)管控來實現(xiàn)對模塊設(shè)計的過程控制,包括記錄、發(fā)布模塊設(shè)計上游輸入的變化情況,跟蹤對三維布置模型修改內(nèi)容及其修改情況;在完成模塊設(shè)計后,將模塊設(shè)計模型放入三維布置模型中進行匹配和檢查。

        5.3?模塊化采購過程質(zhì)量控制風險

        從模塊的實施流程看,模塊的成套和應(yīng)用過程中將面臨設(shè)備和材料多次交付和多次安裝的境況,雖然單體設(shè)備的質(zhì)量和性能問題將貫穿工程的全過程,但由于穿插了多個作業(yè)點、作業(yè)時段以及責任相關(guān)方,其質(zhì)量控制、設(shè)備保護維護及其責任的認定相比既往項目將更加復雜和困難。對此,可通過從設(shè)備供貨合同和模塊預(yù)制合同中的出廠和到貨檢驗標準及質(zhì)檢實施加以界定和控制。

        6?結(jié)語

        三代核電項目采用模塊化建造技術(shù)后,將對傳統(tǒng)核電工程建設(shè)工作各個環(huán)節(jié)造成較大影響,核電工程項目承包方應(yīng)對此提前進行分析,制定切實有效的改進措施,以適應(yīng)新形勢、新技術(shù)條件下的三代核電項目工程建設(shè),真正將新技術(shù)轉(zhuǎn)化為新效能。

        參考文獻:

        [1]曾小敏.核電站模塊化建造研究[J].信息技術(shù),2010(5):179,181.

        [2]楊志生主編.《建設(shè)工程技術(shù)與計量》.北京:中國計劃出版社,2001,04.

        作者簡介:蔡新(1983—???),男,江蘇海門人,本科,工程師,現(xiàn)主要從事核電廠技術(shù)管理工作。

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