淺析三代核電模塊化技術(shù)對核電工程建設(shè)的影響

摘??要：本文通過與CPR機(jī)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(jìn)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(jìn)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(zhǔn)度的協(xié)調(diào)配合，這給進(jìn)度超前謀劃和精細(xì)化管理提出了更高要求。與傳統(tǒng)核電相比，各環(huán)節(jié)進(jìn)度形象圖的區(qū)別如下：

綜合其他三代核電項目實(shí)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(yùn)）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(jī)組的土建、安裝工作有嚴(yán)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(jī)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(jī)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(jī)械模塊，只需附近模塊（結(jié)構(gòu)或機(jī)械）完成安裝就位，該機(jī)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(jī)組土建、安裝工作標(biāo)準(zhǔn)意義上的分界點(diǎn)是“RV具備引入條件”，而實(shí)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(jī)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(xì)設(shè)計三個階段。總體設(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(xué)分析，輸出設(shè)計固化的模塊三維模型。詳細(xì)設(shè)計主要包括模塊吊裝設(shè)計，模塊運(yùn)輸設(shè)計，模塊吊裝、運(yùn)輸工況力學(xué)分析，模塊施工圖文件包編制。

3.2?設(shè)計進(jìn)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(jìn)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(zhǔn)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(jī)械模塊內(nèi)包含了多種安裝物項，在設(shè)計進(jìn)度安排上，需各專業(yè)同時開展、協(xié)同設(shè)計，以保證在進(jìn)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(jìn)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(jìn)度再往前提。

4?模塊化技術(shù)對采購工作影響

機(jī)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(shí)際到貨尺寸不能有太大偏差，如果出現(xiàn)實(shí)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(fēng)險。此外，設(shè)備荷載的變化會對結(jié)構(gòu)模塊的強(qiáng)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(qiáng)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(shí)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(fēng)險

5.1?模塊化下設(shè)計、采購進(jìn)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(jìn)，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(fù)雜等問題，處理不好容易導(dǎo)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(jìn)。

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(qiáng)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(shí)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(jìn)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(dǎo)致模塊設(shè)計變更在所難免且數(shù)量非常大，對造價和進(jìn)度帶來了很多負(fù)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(shí)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(shí)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(jìn)行匹配和檢查。

5.3?模塊化采購過程質(zhì)量控制風(fēng)險

從模塊的實(shí)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(diǎn)、作業(yè)時段以及責(zé)任相關(guān)方，其質(zhì)量控制、設(shè)備保護(hù)維護(hù)及其責(zé)任的認(rèn)定相比既往項目將更加復(fù)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(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)檢實(shí)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(jìn)行分析，制定切實(shí)有效的改進(jìn)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(xiàn)：

[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。