用積木搭建一棟(dong)自己設(she)計(ji)的房(fang)子，是(shi)不(bu)少人(ren)童(tong)年美好(hao)的回憶。石(shi)油化工(gong)裝置也能(neng)(neng)像搭積木一樣(yang)建造起來。隨著計(ji)算機設(she)計(ji)技術(shu)、施(shi)工(gong)機械化程度(du)提(ti)高，現代化大型(xing)吊裝運輸能(neng)(neng)力不(bu)斷增強，模塊化設(she)計(ji)、制(zhi)造正(zheng)在(zai)取代傳統(tong)設(she)計(ji)與(yu)傳統(tong)現場(chang)施(shi)工(gong)。
模(mo)塊(kuai)化(hua)(hua)技(ji)術起源于19世紀(ji)70年代，隨著近些(xie)年數字化(hua)(hua)、智能化(hua)(hua)設計手(shou)段的提高，模(mo)塊(kuai)化(hua)(hua)設計又被注入(ru)了(le)新(xin)的因素。裝(zhuang)置(zhi)模(mo)塊(kuai)化(hua)(hua)設計是通過集成設計，將石油化(hua)(hua)工裝(zhuang)置(zhi)按區域(yu)劃分成若干可在制(zhi)造廠或項目(mu)建設場地(di)內進行建造的模(mo)塊(kuai)，現(xian)場完(wan)成組裝(zhuang)和連接，以最(zui)大限度地(di)減少項目(mu)現(xian)場施工量的設計過程。
浙江(jiang)至德鋼(gang)業有限公司技術人員(yuan)參與負責設(she)計(ji)的(de)某國外工程采用模(mo)塊(kuai)化(hua)設(she)計(ji)與施(shi)工，建設(she)工期(qi)減少(shao)了50％，惡(e)劣環(huan)境(jing)施(shi)工現場人員(yuan)減少(shao)70％。壓力(li)管(guan)道專(zhuan)業主導的(de)模(mo)塊(kuai)化(hua)設(she)計(ji)，在(zai)設(she)計(ji)時將整套裝(zhuang)置分為了若干個模(mo)塊(kuai)，在(zai)異地獨立的(de)生(sheng)產車間(jian)內，所有的(de)設(she)備(bei)、管(guan)道、儀表、電線等都在(zai)鋼(gang)結構的(de)框(kuang)架內進(jin)行預(yu)組裝(zhuang)，完成后被(bei)運往施(shi)工現場，與公用設(she)施(shi)對(dui)接并進(jin)行拼裝(zhuang)。
1. 模(mo)塊化(hua)設計建造的優勢
模塊化設計建造(zao)具有(you)諸(zhu)多優勢(shi)，包括工(gong)期短、施工(gong)現場人員少、施工(gong)效率與質(zhi)量可控(kong)性(xing)更好、施工(gong)安全性(xing)更高等。
a. 工期短
傳統建(jian)(jian)(jian)設工(gong)程需要先完成建(jian)(jian)(jian)筑工(gong)地(di)土(tu)建(jian)(jian)(jian)，再進(jin)行(xing)上方工(gong)廠(chang)管道建(jian)(jian)(jian)設。而(er)模塊化(hua)設計建(jian)(jian)(jian)造，由于工(gong)廠(chang)在異地(di)車間預制(zhi)，土(tu)建(jian)(jian)(jian)和管道建(jian)(jian)(jian)設可以同時進(jin)行(xing)，因(yin)此(ci)能夠節省(sheng)工(gong)期。
b. 施工效率高(gao)
這(zhe)(zhe)種異地車間預制(zhi)在(zai)(zai)廠房內進行(xing)，不受(shou)天氣(qi)、環境等外界因素的(de)影響，因此工人的(de)工作(zuo)效率顯著提升，工程質量也更高(gao)。傳統的(de)裝(zhuang)置建造在(zai)(zai)雷雨天就得暫停(ting)焊接(jie)工作(zuo)，而(er)廠房內則完全(quan)沒有這(zhe)(zhe)些因素的(de)干擾，溫(wen)度、濕度得到(dao)控制(zhi)，還大(da)大(da)提高(gao)了焊接(jie)的(de)質量。
c. 安(an)全(quan)性(xing)高
預制模式還(huan)(huan)免去了不少安全和污(wu)染隱患，提(ti)高了施工安全性。傳統建設工程需(xu)配(pei)置固(gu)(gu)定腳(jiao)(jiao)手架，施工人員爬上爬下有(you)不少潛在(zai)風險(xian)。而(er)車間內預制建造，減少了固(gu)(gu)定腳(jiao)(jiao)手架。預制車間內還(huan)(huan)能進行管道(dao)自動焊接，沒有(you)煙霧、減少噪聲(sheng)。
2. 模塊(kuai)化設計的特點
盡管(guan)模(mo)塊(kuai)化(hua)設(she)計建(jian)造好處較(jiao)多，但想要(yao)(yao)建(jian)成一(yi)座模(mo)塊(kuai)化(hua)工(gong)(gong)廠著實(shi)不易。需要(yao)(yao)考(kao)慮設(she)計及(ji)模(mo)塊(kuai)化(hua)施工(gong)(gong)的(de)限制(zhi)(zhi)很多，例如，石油化(hua)工(gong)(gong)裝置一(yi)些大(da)(da)型設(she)備(bei)無法分割成能運輸(shu)的(de)模(mo)塊(kuai)，一(yi)些高溫高壓劇(ju)毒流體管(guan)道的(de)模(mo)塊(kuai)化(hua)設(she)計也有(you)較(jiao)大(da)(da)的(de)問題(ti)，特別是預制(zhi)(zhi)模(mo)塊(kuai)“最后兩公里(li)的(de)陸路運輸(shu)條件”影響較(jiao)大(da)(da)。
首(shou)先進行道路(lu)勘察，包括運輸(shu)時將經過的(de)(de)輪(lun)船(chuan)、碼頭、陸(lu)路(lu)等情(qing)況，在(zai)掌握模(mo)塊制造、運輸(shu)、拼裝過程(cheng)中的(de)(de)各項外界因素后，再著手(shou)設計(ji)。
模(mo)塊化設計(ji)中既要考慮裝(zhuang)置本身(shen)，也要考慮模(mo)塊的(de)分(fen)割問題。例如，有的(de)裝(zhuang)置大型(xing)設備不(bu)能拆分(fen)，每(mei)個模(mo)塊設計(ji)都需符合運輸條件，模(mo)塊間的(de)連接也要盡(jin)量減少。模(mo)塊在吊裝(zhuang)、運輸中的(de)變形會(hui)對(dui)拼裝(zhuang)造(zao)成困(kun)難(nan)。需要全方位計(ji)算(suan)模(mo)塊的(de)受(shou)力條件，找(zhao)到精確(que)的(de)重心，從而結構專業可以精準設計(ji)鋼(gang)結構和模(mo)塊的(de)連接。
①. 裝置應具(ju)備(bei)(bei)成(cheng)熟(shu)的(de)工(gong)藝(yi)，在工(gong)藝(yi)流程中將每個工(gong)藝(yi)單元劃(hua)分成(cheng)若干具(ju)有完整工(gong)藝(yi)過(guo)程功(gong)能的(de)區(qu)塊。機泵、換熱器(qi)等設(she)備(bei)(bei)應盡(jin)量選擇體(ti)積小的(de)設(she)備(bei)(bei)。如果設(she)備(bei)(bei)尺寸(cun)較大無法滿足模塊布(bu)置要求，則需(xu)進行設(she)備(bei)(bei)拆分劃(hua)塊。
②. 將設備、管道、電氣、儀表、平臺和(he)梯子(zi)等盡可能集中布置在模(mo)塊內。減少模(mo)塊或模(mo)塊組之(zhi)間的接(jie)口。
③. 設計(ji)時需滿(man)足(zu)標準規范對安全、操作、維護和(he)檢修(xiu)等(deng)空間的要求。管(guan)道設計(ji)還(huan)需考慮運(yun)輸、吊裝過程(cheng)中臨時加(jia)固措施。泵(beng)、換熱(re)器等(deng)設備(bei)和(he)管(guan)道閥(fa)組等(deng)安裝在鋼結構底(di)板上。
④. 每個模(mo)塊(kuai)的尺寸需(xu)嚴格控制在最大尺寸和最大重(zhong)量范圍內。將(jiang)超大設備整體或局(ju)部單獨視作一個模(mo)塊(kuai)設計。例(li)如，可(ke)將(jiang)加熱(re)爐整個爐體分(fen)為對流室、輻射(she)室、余熱(re)回收和煙囪(cong)等幾個模(mo)塊(kuai)，有些平臺設計為可(ke)拆(chai)卸(xie)式平臺，以滿足運輸(shu)的要(yao)求。
⑤. 模塊化設計(ji)制圖，可采用三維或二(er)維軟件(jian)(jian)設計(ji)。設計(ji)文(wen)件(jian)(jian)以模塊為(wei)基本單(dan)位完成，文(wen)件(jian)(jian)編號細(xi)分到每(mei)個模塊。
⑥. 模塊內部的鋼結構以焊接為主，模塊之間的鋼結構連接盡(jin)量采用(yong)螺(luo)(luo)栓等形式連接，模塊中的輔助(zhu)支(zhi)承(cheng)構件、設備管道的臨輔助(zhu)運輸時(shi)支(zhi)承(cheng)件可采用(yong)螺(luo)(luo)栓連接，以便于組裝(zhuang)就(jiu)位(wei)后拆除(chu)。
⑦. 模塊(kuai)之間管(guan)道(dao)(dao)連(lian)(lian)接(jie)(jie)處可(ke)采(cai)用(yong)法蘭或焊接(jie)(jie)連(lian)(lian)接(jie)(jie)，對(dui)于高溫、高壓(ya)、有毒和可(ke)燃介質管(guan)道(dao)(dao)宜采(cai)用(yong)焊接(jie)(jie)連(lian)(lian)接(jie)(jie)。模塊(kuai)在制(zhi)造(zao)廠內(nei)(nei)完(wan)成模塊(kuai)內(nei)(nei)部(bu)管(guan)道(dao)(dao)、結(jie)構涂裝，完(wan)成設備和管(guan)道(dao)(dao)的無損檢驗、吹掃試壓(ya)、絕熱(re)涂漆、儀表及平臺安裝。模塊(kuai)建造(zao)完(wan)成后需(xu)對(dui)相鄰的模塊(kuai)在制(zhi)造(zao)廠內(nei)(nei)進行預拼裝，確(que)保在項目現場模塊(kuai)的精(jing)準(zhun)對(dui)接(jie)(jie)。
⑧. 模(mo)塊之間的(de)儀表、電(dian)氣等電(dian)纜(lan)需在項(xiang)目(mu)現場(chang)完(wan)成(cheng)。
3. 模塊化建造(zao)的過程及問題(ti)
預制完(wan)成后，數(shu)日的(de)海(hai)路(lu)、陸路(lu)運(yun)(yun)輸及運(yun)(yun)輸起吊(diao)期(qi)是(shi)對模(mo)塊結構的(de)一次嚴(yan)峻檢驗(yan)。避(bi)免吊(diao)裝(zhuang)時模(mo)塊變形。所(suo)有的(de)模(mo)塊運(yun)(yun)到現場后，完(wan)成整(zheng)套裝(zhuang)置的(de)拼裝(zhuang)，所(suo)有螺栓(shuan)進行(xing)連接。
相對于傳統裝(zhuang)(zhuang)置的(de)(de)建設(she)模式，模塊化設(she)計周期和模塊運(yun)輸時間有所延長，相應增加制造(zao)模塊的(de)(de)運(yun)輸防(fang)護(hu)、裝(zhuang)(zhuang)卸、鋼結構、防(fang)變形輔助支(zhi)承構件(jian)、大型吊裝(zhuang)(zhuang)等(deng)費用(yong)，從而導致設(she)計、施工費用(yong)的(de)(de)增加。因(yin)此，裝(zhuang)(zhuang)置是否(fou)采用(yong)模塊化設(she)計還需充分考慮項目工程的(de)(de)綜合造(zao)價和總體進(jin)度。
在一(yi)(yi)些(xie)建設地人(ren)工(gong)成本更(geng)高(gao)(gao)、氣候環境(jing)惡劣(lie)的地區，壓力管道模(mo)塊(kuai)化設計建造(zao)具有優勢。對于一(yi)(yi)些(xie)工(gong)藝流(liu)程標準化程度較高(gao)(gao)的石油化工(gong)裝(zhuang)置，模(mo)塊(kuai)化設計成為一(yi)(yi)種理想的建造(zao)方(fang)案。
