海工装备模块化建造的未来挑战

本刊记者 崔 燕

模块化建造技术诞生于上世纪40年代。第二次世界大战时，由美国人首先将其应用于军船领域。60年代，日本人发明的一项组合技术，促成了模块化建造的发展。到70年代，欧洲和美国已经在这项技术上逐渐形成了一个比较成熟的阶段，又经过40多年的发展，模块化建造逐渐被应用于很多领域。近年来，模块化建造作为一种低成本、高效率且安全的建造模式，已成为现代造船和海工领域的重要技术及发展趋势。

新技术助力模块化发展

谈到模块化建造的特点和优势，中国海洋石油工程股份有限公司副总工程师史佑在由北京美沙会展公司承办的2013模块化建造技术与管理国际论坛上表示，传统的构建式建造方式需要在现场或同一场地来完成，受场地限制比较大。而模块化建造则可以把一些产品同时放在不同场地完成，不仅不受施工场地限制，还大大地节省了工时，提高生产效率。其次，传统构件式建造方式必须要在项目所在地进行组装，而模块化建造则可以把主要部件在运输安装和抵达现场之前就完成组装，从而可以避免在建造过程出现误差。另外，传统构建式建造在项目期间内或多或少会在某些设备的安装环节出现一些调试和改装。但模块化建造则完全可以避免，因为模块化建造大部分的设备就已经在设计之初内纳入其中了，所以相对来说更加完整。

以上三个方面足以证明模块化这种建造方式，已逐渐向海工项目领域延伸，且不断向能源、化工及更多的基础建设等方面渗透。未来模块化建造将被越来越多的行业所认可和采用。

从未来的发展趋势来看，可以肯定的是新型技术的出现推动了模块化的全面发展。这些新技术包括，3D技术、SPMT小车和海上运输设备及更大范畴地调集和安装技术。3D技术的应用大大提高了设计效率和精度，促进了模块化建造的前期模拟。也就是说，设计师在办公室的电脑上就可以把整个项目用三维形状模拟出来。而SPMT小车的出现使得模块化建造的运载能力得到不断提升，有了这些设备，即使几千吨的模块也可以从四面八方汇集到现场。特别是一些大型及特殊种类船舶的出现，为模块化建造提供了便捷和完善的运输服务。随着起重能力的不断增强，大型吊机以及先进的安装技术，更是为模块化建造创造了更多的可能。这些新技术的发展和运用都是成就模块化建造进程的重要保证。

一体化能力至关重要

如果说新技术的发展促进了模块化的全面发展。那么，随着模块化建造技术的不断延伸。未来的模块化建造能力怎样才能得到更大的提升呢？

在谈到这一问题时，有着多年丰富项目实践经验的中国海洋石油工程股份有限公司执行副总裁杨云表示：“由于海工项目造价很高，一些设备的安装相当复杂，且工作量大，同时还要受到环境制约的影响。所以，在海工项目中最核心的就是设计建造一体化问题”。

据了解，在每一个海工项目中，都必须严格执行EPCI。所谓EPCI就是指设计、采办、建造、安装。采用EPCI，可以实现将设计、采办、建造和安装阶段统一策划、统一组织、统一指挥、统一协调。在实施过程中进行进度、费用、质量控制，从而确保项目更好地完成。同时，在设计中可以同时进行设备材料的采办，使各阶段之间合理、有序和深度交叉。在保证各自周期时间的前提下，尽可能地缩短总工期。也就是说，把工程项目各个阶段进行整体优化，局部服从整体，阶段服从全过程，从而可以提高整体经济效益。当前，在EPCI模式下业主往往只负责提出工程项目的预期目标、功能要求和设计标准，而设计、采办、建造、安装全部交由承包商来完成。

在海工领域，一体化能力在整个项目中发挥了至重要的作用。当然，除了具备完善的统筹能力，实践经验也很重要。史佑告诉记者，在工程领域，几乎没有任何一个解决方案能够称之为完美。我们只能努力实现一个更好的方案，或是更加合理的解决方案。这就要求模块化建造在设计、采购、建造和项目管理过程中的每一个环节都要按照规划一步一步地完成。

设计问题是直接影响模块化的关键因素。这里面包括模块化分段的尺寸、重量以及所包含的设备，这些细碎的问题都是要在项目的最初设计中充分地考虑进去，否则一旦在建造环节中出现一些问题，后面所有的规划都将受到无法预计的影响。还有就是协调与管理，这方面则要与设计、供应商、建造场地以及运输商进行等方面进行全面的协调。

以中海油镍矿建造项目为例，该项目涉及17个模块，历时23个月，涉及安装的设备约有1900多台，有超过2000多名员工同时作业。由于工程的复杂性，给工程技术部门带来了不少难题。既要确保效率的同时，又要保证施工质量，同时还要兼顾安全。史佑介绍说，通过该项目我们总结出了三个方面的经验。第一，要确保充足的场地装备，充分地调研和重组的技术准备。第二，需要业主和承包商共同评估项目的可行性。在项目实施开始，就需要业主和承包商一起来参与到这个项目当中。第三，在项目的执行过程中，要严格地控制误差的产生，只有严格控制好这个方面，才能避免到后面安装环节的顺利进行。只有严谨的建造技术和组织结构才能确保项目的完成。

如何应对未来的挑战

随着中国制造能力的不断提升，凭借国产化设备及生产能力等方面的竞争优势，越来越多的国际业主选择与国内制造商合作。然而，对任何事情来说，机遇和挑战都是并存的。我们该如何应对未来的挑战呢？

采购是模块化建造的先决条件之一。在工程设计之初，往往就要权衡各方面的利益及相关方面的建议。如何更好地控制成本，是当前海工项目所遇到的难题之一。杨云介绍说，采购带来的各种难题不仅仅是管理方面的，更是理念问题。海工项目造价高，设备采购直接影响了企业的成本和市场竞争力。目前，我国海工企业采购成本普遍较高，主要因为进口设备和材料的采购成本占总成本的比例较高。例如，海上平台发电站、平台接装分割器、平台接桩缓冲装置，以及液化天然气（LNG）超低温钢材等一些关键装备。

在海工项目中，施工成本也不容忽视。以海管铺设为例，海管本身的成本价格其实并不高，但是铺设海管的作业船只方面

的费用大约为200万元左右。如果海管出现质量问题，则维修与返工的费用就面临着更大的资源浪费。从目前情况来看，模块化建造的设备采购应该综合考虑，不论是哪一个国家的产品，只要其制造装备符合业主的要求，且达到项目标准的要求，都可以纳入到采购清单当中来。所以，今后全球采购是必然的选择。

除了采购问题，模块化建造未来还存在几大难题需要引起业界重视。史佑表示，其一，是巨大的工作量给项目计划和人员组织带来困难；其二，是复杂的模块结构给设计与质量控制工作带来困难；其三，是施工人员的制造工艺、工作责任心也将为模块化建造带来不小的挑战。

另外，随着场地间的日益加剧，以及中国制造能力的不断提升，模块化建造逐渐从海外不断地向亚洲国家转移，跨区域、跨国家的项目执行，跨文化沟通与协调等问题也将是成为影响模块化建造和管理的重要因素。

物流环节不容忽视

作为模块化建造中的重要环节，模块的物流运输越来越受到业界的广泛关注。美国福斯特惠勒公司Jeremy Cooke表示：“对于模块项目来说，最重要的一点就是建造、装载，运输最大的模块。”

世界上最领先的重大件运输服务商道克怀斯重大件海运有限公司充分意识到了在模块化建造中对超大、超重模块运输这一领域已成为未来的发展趋势。道克怀斯重大件海运有限公司销售总监Kathryn Lewton-Jones表示，随着海上油气勘探作业环境的不断恶劣，以及不断向深海领域进军。对模块化建造运输市场来说，越来越充满挑战。所以，寻求更加安全、更加高效的运输解决方案，成为运输服务商所追求的目标。

一般来说，模块运输的难度主要体现在以下几个方面。首先，是建造场地和安装场地存在限制。不管是建造场地还是安装场地，空间都是有限的。然而，物流最根本的原则就是必须确保准时送达；其次甲板装备、垫墩和绑扎都需要船舶等待很长时间（通常十天以上）；第三，船舶无法进入未经改造的吃水较浅的海岸；第四，港口的拥堵状况导致船舶等待时间过长；最后，还要充分地考虑到装载和卸载的设备和能力。

据了解，通过十几年在运输领域的探索和完善，道克怀斯重大件海运有限公司已经拥有很多丰富经验和成功案例，确保了大型模块运输项目的顺利实施。其中主要具有四大优势，一是，利用半潜船，超级浮式托盘（FSP）及辅助设备可以尽可能的突破重吊对于模块装载重量的限制。二是，通过协调物流及优化建造方、分包商和客户之间的运输时间安排，将总成本和管理风险降至最低。三是，依赖内部强大的工程、采购、风险控制和项目管理实力，提供覆盖了模块运输的各个层面的一站式总包合同，无需客户费心对接更多的服务商。四是，该公司具有世界上最大的半潜船船，包括24条半潜船及2个超级浮式托盘，为运输提供确定的航程，确保货物按时到达目的地。

Kathryn Lewton-Jones介绍说，2010年该承接了一家世界领先矿业公司在Koniambo镍矿项目中的模块物流服务。这个项目需要完成15个镍矿加工模块，分4航次，其中最重的模块达3500吨。从建造地中国青岛运送至南太平洋的新喀里多尼亚。在这项运输任务中，我们采用T级半潜船第一次采用边弦滚装的装载方式。同时，指定出详细的绑扎工程方案以确保15个模块在海上航行的安全性。该项目的顺利实施，在运输领域来说，具有里程碑式的意义。

与Koniambo相比，道克怀斯在2012年推出的利用超级浮力托盘（FSP）的搭载式运输方案更具有创新性。超级浮式托盘（FSP）是一种可压载的无动力驳船，模块独立装载到FSP上，连同FSP一起放到半潜船的甲板上进行运输。单个FSP长60米，宽40米，可装载重达到6000吨的模块。从建造地中国青岛运送至澳大利亚东岸，分3个航次，总共7个模块。这项运输任务，采用了S级半潜船SWAN和两个超级托盘（DOCKWISE FSP 101及DOCKWISE FSP 102）。它们的应用大大缩短了运输过程中货物的绑扎及港口等待时间。同时，还降低了对装港/卸港的水深要求。提高了半潜船的利用率，从而大大地降低了项目成本。

同时，通过一站式的总包合同方式，很好地协调及优化模块建造厂和物流分包商之间的关系，用户只需专注于项目中的核心问题及技术，把模块物流繁琐的步骤完全委托给物流总包商进行处理。使“搭载运输”这一全新概念成功地应用到模块运输领域。