海工裝備模塊化建造的未來挑戰

本刊記者 崔 燕

模塊化建造技術誕生于上世紀40年代。第二次世界大戰時，由美國人首先將其應用于軍船領域。60年代，日本人發明的一項組合技術，促成了模塊化建造的發展。到70年代，歐洲和美國已經在這項技術上逐漸形成了一個比較成熟的階段，又經過40多年的發展，模塊化建造逐漸被應用于很多領域。近年來，模塊化建造作為一種低成本、高效率且安全的建造模式，已成為現代造船和海工領域的重要技術及發展趨勢。

新技術助力模塊化發展

談到模塊化建造的特點和優勢，中國海洋石油工程股份有限公司副總工程師史佑在由北京美沙會展公司承辦的2013模塊化建造技術與管理國際論壇上表示，傳統的構建式建造方式需要在現場或同一場地來完成，受場地限制比較大。而模塊化建造則可以把一些產品同時放在不同場地完成，不僅不受施工場地限制，還大大地節省了工時，提高生產效率。其次，傳統構件式建造方式必須要在項目所在地進行組裝，而模塊化建造則可以把主要部件在運輸安裝和抵達現場之前就完成組裝，從而可以避免在建造過程出現誤差。另外，傳統構建式建造在項目期間內或多或少會在某些設備的安裝環節出現一些調試和改裝。但模塊化建造則完全可以避免，因為模塊化建造大部分的設備就已經在設計之初內納入其中了，所以相對來說更加完整。

以上三個方面足以證明模塊化這種建造方式，已逐漸向海工項目領域延伸，且不斷向能源、化工及更多的基礎建設等方面滲透。未來模塊化建造將被越來越多的行業所認可和采用。

從未來的發展趨勢來看，可以肯定的是新型技術的出現推動了模塊化的全面發展。這些新技術包括，3D技術、SPMT小車和海上運輸設備及更大范疇地調集和安裝技術。3D技術的應用大大提高了設計效率和精度，促進了模塊化建造的前期模擬。也就是說，設計師在辦公室的電腦上就可以把整個項目用三維形狀模擬出來。而SPMT小車的出現使得模塊化建造的運載能力得到不斷提升，有了這些設備，即使幾千噸的模塊也可以從四面八方匯集到現場。特別是一些大型及特殊種類船舶的出現，為模塊化建造提供了便捷和完善的運輸服務。隨著起重能力的不斷增強，大型吊機以及先進的安裝技術，更是為模塊化建造創造了更多的可能。這些新技術的發展和運用都是成就模塊化建造進程的重要保證。

一體化能力至關重要

如果說新技術的發展促進了模塊化的全面發展。那么，隨著模塊化建造技術的不斷延伸。未來的模塊化建造能力怎樣才能得到更大的提升呢？

在談到這一問題時，有著多年豐富項目實踐經驗的中國海洋石油工程股份有限公司執行副總裁楊云表示：“由于海工項目造價很高，一些設備的安裝相當復雜，且工作量大，同時還要受到環境制約的影響。所以，在海工項目中最核心的就是設計建造一體化問題”。

據了解，在每一個海工項目中，都必須嚴格執行EPCI。所謂EPCI就是指設計、采辦、建造、安裝。采用EPCI，可以實現將設計、采辦、建造和安裝階段統一策劃、統一組織、統一指揮、統一協調。在實施過程中進行進度、費用、質量控制，從而確保項目更好地完成。同時，在設計中可以同時進行設備材料的采辦，使各階段之間合理、有序和深度交叉。在保證各自周期時間的前提下，盡可能地縮短總工期。也就是說，把工程項目各個階段進行整體優化，局部服從整體，階段服從全過程，從而可以提高整體經濟效益。當前，在EPCI模式下業主往往只負責提出工程項目的預期目標、功能要求和設計標準，而設計、采辦、建造、安裝全部交由承包商來完成。

在海工領域，一體化能力在整個項目中發揮了至重要的作用。當然，除了具備完善的統籌能力，實踐經驗也很重要。史佑告訴記者，在工程領域，幾乎沒有任何一個解決方案能夠稱之為完美。我們只能努力實現一個更好的方案，或是更加合理的解決方案。這就要求模塊化建造在設計、采購、建造和項目管理過程中的每一個環節都要按照規劃一步一步地完成。

設計問題是直接影響模塊化的關鍵因素。這里面包括模塊化分段的尺寸、重量以及所包含的設備，這些細碎的問題都是要在項目的最初設計中充分地考慮進去，否則一旦在建造環節中出現一些問題，后面所有的規劃都將受到無法預計的影響。還有就是協調與管理，這方面則要與設計、供應商、建造場地以及運輸商進行等方面進行全面的協調。

以中海油鎳礦建造項目為例，該項目涉及17個模塊，歷時23個月，涉及安裝的設備約有1900多臺，有超過2000多名員工同時作業。由于工程的復雜性，給工程技術部門帶來了不少難題。既要確保效率的同時，又要保證施工質量，同時還要兼顧安全。史佑介紹說，通過該項目我們總結出了三個方面的經驗。第一，要確保充足的場地裝備，充分地調研和重組的技術準備。第二，需要業主和承包商共同評估項目的可行性。在項目實施開始，就需要業主和承包商一起來參與到這個項目當中。第三，在項目的執行過程中，要嚴格地控制誤差的產生，只有嚴格控制好這個方面，才能避免到后面安裝環節的順利進行。只有嚴謹的建造技術和組織結構才能確保項目的完成。

如何應對未來的挑戰

隨著中國制造能力的不斷提升，憑借國產化設備及生產能力等方面的競爭優勢，越來越多的國際業主選擇與國內制造商合作。然而，對任何事情來說，機遇和挑戰都是并存的。我們該如何應對未來的挑戰呢？

采購是模塊化建造的先決條件之一。在工程設計之初，往往就要權衡各方面的利益及相關方面的建議。如何更好地控制成本，是當前海工項目所遇到的難題之一。楊云介紹說，采購帶來的各種難題不僅僅是管理方面的，更是理念問題。海工項目造價高，設備采購直接影響了企業的成本和市場競爭力。目前，我國海工企業采購成本普遍較高，主要因為進口設備和材料的采購成本占總成本的比例較高。例如，海上平臺發電站、平臺接裝分割器、平臺接樁緩沖裝置，以及液化天然氣（LNG）超低溫鋼材等一些關鍵裝備。

在海工項目中，施工成本也不容忽視。以海管鋪設為例，海管本身的成本價格其實并不高，但是鋪設海管的作業船只方面

的費用大約為200萬元左右。如果海管出現質量問題，則維修與返工的費用就面臨著更大的資源浪費。從目前情況來看，模塊化建造的設備采購應該綜合考慮，不論是哪一個國家的產品，只要其制造裝備符合業主的要求，且達到項目標準的要求，都可以納入到采購清單當中來。所以，今后全球采購是必然的選擇。

除了采購問題，模塊化建造未來還存在幾大難題需要引起業界重視。史佑表示，其一，是巨大的工作量給項目計劃和人員組織帶來困難；其二，是復雜的模塊結構給設計與質量控制工作帶來困難；其三，是施工人員的制造工藝、工作責任心也將為模塊化建造帶來不小的挑戰。

另外，隨著場地間的日益加劇，以及中國制造能力的不斷提升，模塊化建造逐漸從海外不斷地向亞洲國家轉移，跨區域、跨國家的項目執行，跨文化溝通與協調等問題也將是成為影響模塊化建造和管理的重要因素。

物流環節不容忽視

作為模塊化建造中的重要環節，模塊的物流運輸越來越受到業界的廣泛關注。美國福斯特惠勒公司Jeremy Cooke表示：“對于模塊項目來說，最重要的一點就是建造、裝載，運輸最大的模塊。”

世界上最領先的重大件運輸服務商道克懷斯重大件海運有限公司充分意識到了在模塊化建造中對超大、超重模塊運輸這一領域已成為未來的發展趨勢。道克懷斯重大件海運有限公司銷售總監Kathryn Lewton-Jones表示，隨著海上油氣勘探作業環境的不斷惡劣，以及不斷向深海領域進軍。對模塊化建造運輸市場來說，越來越充滿挑戰。所以，尋求更加安全、更加高效的運輸解決方案，成為運輸服務商所追求的目標。

一般來說，模塊運輸的難度主要體現在以下幾個方面。首先，是建造場地和安裝場地存在限制。不管是建造場地還是安裝場地，空間都是有限的。然而，物流最根本的原則就是必須確保準時送達；其次甲板裝備、墊墩和綁扎都需要船舶等待很長時間（通常十天以上）；第三，船舶無法進入未經改造的吃水較淺的海岸；第四，港口的擁堵狀況導致船舶等待時間過長；最后，還要充分地考慮到裝載和卸載的設備和能力。

據了解，通過十幾年在運輸領域的探索和完善，道克懷斯重大件海運有限公司已經擁有很多豐富經驗和成功案例，確保了大型模塊運輸項目的順利實施。其中主要具有四大優勢，一是，利用半潛船，超級浮式托盤（FSP）及輔助設備可以盡可能的突破重吊對于模塊裝載重量的限制。二是，通過協調物流及優化建造方、分包商和客戶之間的運輸時間安排，將總成本和管理風險降至最低。三是，依賴內部強大的工程、采購、風險控制和項目管理實力，提供覆蓋了模塊運輸的各個層面的一站式總包合同，無需客戶費心對接更多的服務商。四是，該公司具有世界上最大的半潛船船，包括24條半潛船及2個超級浮式托盤，為運輸提供確定的航程，確保貨物按時到達目的地。

Kathryn Lewton-Jones介紹說，2010年該承接了一家世界領先礦業公司在Koniambo鎳礦項目中的模塊物流服務。這個項目需要完成15個鎳礦加工模塊，分4航次，其中最重的模塊達3500噸。從建造地中國青島運送至南太平洋的新喀里多尼亞。在這項運輸任務中，我們采用T級半潛船第一次采用邊弦滾裝的裝載方式。同時，指定出詳細的綁扎工程方案以確保15個模塊在海上航行的安全性。該項目的順利實施，在運輸領域來說，具有里程碑式的意義。

與Koniambo相比，道克懷斯在2012年推出的利用超級浮力托盤（FSP）的搭載式運輸方案更具有創新性。超級浮式托盤（FSP）是一種可壓載的無動力駁船，模塊獨立裝載到FSP上，連同FSP一起放到半潛船的甲板上進行運輸。單個FSP長60米，寬40米，可裝載重達到6000噸的模塊。從建造地中國青島運送至澳大利亞東岸，分3個航次，總共7個模塊。這項運輸任務，采用了S級半潛船SWAN和兩個超級托盤（DOCKWISE FSP 101及DOCKWISE FSP 102）。它們的應用大大縮短了運輸過程中貨物的綁扎及港口等待時間。同時，還降低了對裝港/卸港的水深要求。提高了半潛船的利用率，從而大大地降低了項目成本。

同時，通過一站式的總包合同方式，很好地協調及優化模塊建造廠和物流分包商之間的關系，用戶只需專注于項目中的核心問題及技術，把模塊物流繁瑣的步驟完全委托給物流總包商進行處理。使“搭載運輸”這一全新概念成功地應用到模塊運輸領域。