淺析三代核電模塊化技術對核電工程建設的影響

摘??要：本文通過與CPR機組工程建設模式的對比，介紹了核電廠采用模塊化建造技術后對核電工程建設進度控制管理，以及設計、采購、施工等環節所造成的影響，并給出相應處理意見。

關鍵詞：三代核電;模塊化;核電工程建設

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

1?模塊化技術下項目總體計劃分析

模塊化建造技術的大規模引入，改變了傳統核電工程的設計、采購、建造和管理模式，要求設計、采購、制造大幅前移并高度集成，需要設計、采購、施工環節和各專業高精準度的協調配合，這給進度超前謀劃和精細化管理提出了更高要求。與傳統核電相比，各環節進度形象圖的區別如下：

綜合其他三代核電項目實際建造情況，以及之前CPR項目建設經驗，國內某核電建設單位提出項目建設（采用模塊化建造技術）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）秉承“非能動”的安全設計理念，大大減少冗余的安全設備設置，對于閥門、泵、管道、電纜等設備的采購與安裝工作量顯著減少。與CPR技術相比，上述設備減少的數量如下：

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，除一些預埋件需在土建時期完成安裝外，其余設備均需相應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，其土建、安裝的工藝方法和傳統的CPR機組有很大不同，而是類似“搭積木”的方式。對于設備的安裝工作來說，其所在的機械模塊，只需附近模塊（結構或機械）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?模塊化技術對設計工作影響

3.1?設計貫穿EPC全過程

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

3.2?設計進度提前

因開頂式施工的應用，在房間未封頂前就引入設備、模塊及相關物項，而在進行封頂后，在頂板施工的同時房間內即可開展有關的安裝準備工作，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計也需大大提前。

機械模塊內包含了多種安裝物項，在設計進度安排上，需各專業同時開展、協同設計，以保證在進行模塊設計前各專業初步設計已經完成。

模塊化后預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，這就需要將設計進度再往前提。

4?模塊化技術對采購工作影響

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

因此，在模塊部件的采購技術規格書中需特別規定設備的包絡尺寸及要求，同時要加強采購過程和結果的質量控制，確保模塊內部件的設計與采購尺寸一致，避免在實際安裝過程中觸發過多現場臨時修改，甚至返廠調整的情況。

5?模塊化對項目管理的影響及風險

5.1?模塊化下設計、采購進度、接口對項目建設影響

模塊化施工模式下，為滿足前期預制廠開工需求，要求相關設計、采購工作大幅提前，齊頭并進，而不是傳統意義上的先設計、后采購，存在一定的先后關系。這種變化容易帶來設計難固化、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及現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，設計應將工作做在前面，充分利用參考技術方案，提前梳理模塊相關的設計輸入，研究并建立模塊的設計、采購、建安間的邏輯關系。采購一方面應盡早啟動模塊預制和模塊內物項的采購，為合同執行和處理可能的設計變更留出足夠的時間裕度，另一方面應加強對采購的全流程管理，積極探尋優化空間，盡量縮短采購周期，以適應設計固化延遲、安裝需求緊迫的新局面。

5.2?模塊設計變更的影響

根據依托項目的經驗反饋，在項目實施過程中，模塊設計所需的上游設計（系統、設備、布置）進度很難得到滿足，使得模塊的上游設計輸入無法按照要求固化、導致模塊設計變更在所難免且數量非常大，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場模塊預制、安裝過程中的變更，在沒有設備實體接口時，對設備參數可采取合理的包絡設計值;在設計中，通過對關鍵設計輸入-三維布置模型狀態管控來實現對模塊設計的過程控制，包括記錄、發布模塊設計上游輸入的變化情況，跟蹤對三維布置模型修改內容及其修改情況;在完成模塊設計后，將模塊設計模型放入三維布置模型中進行匹配和檢查。

5.3?模塊化采購過程質量控制風險

從模塊的實施流程看，模塊的成套和應用過程中將面臨設備和材料多次交付和多次安裝的境況，雖然單體設備的質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點、作業時段以及責任相關方，其質量控制、設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，可通過從設備供貨合同和模塊預制合同中的出廠和到貨檢驗標準及質檢實施加以界定和控制。

6?結語

三代核電項目采用模塊化建造技術后，將對傳統核電工程建設工作各個環節造成較大影響，核電工程項目承包方應對此提前進行分析，制定切實有效的改進措施，以適應新形勢、新技術條件下的三代核電項目工程建設，真正將新技術轉化為新效能。

參考文獻：

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

[2]楊志生主編.《建設工程技術與計量》.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，現主要從事核電廠技術管理工作。