石章雄 馬 寧 郝 豐

中國石油工程建設有限公司北京設計分公司, 北京 100085

0 前言

目前，模塊應用場合多為海洋平臺等缺乏常規(guī)大規(guī)模安裝條件的地方,在一定程度上解決現(xiàn)場實際條件不能滿足施工安裝要求的情況[1-4]。隨著高度數(shù)字化設計方法、大型現(xiàn)代化制造設備、新型運輸起重設備的出現(xiàn),模塊化技術陸續(xù)應用于海洋平臺工程、油氣田地面工程、煉油化工工程中,實現(xiàn)了從海洋到陸地、由簡入繁、集成度越來越高的轉變。油氣田地面工程模塊化建造可以克服當?shù)貏趧恿Χ倘薄⒓夹g水平低、質量控制難、環(huán)境惡劣、工期緊張、環(huán)保要求高等難點。因此,模塊化建造在海外油氣工程項目中越來越受到重視,并取得了一定的成果經驗[5]。在現(xiàn)有傳統(tǒng)建造模式占多數(shù)的情況下,針對模塊化建造模式對投資的影響進行分析,為建設單位的科學決策提供及時支持。

1 模塊化概述

模塊化是根據(jù)工藝裝置的功能與區(qū)域,采用模塊化設計和采購策略,在模塊預制廠將成套的專業(yè)設備、材料裝配在一個框架內,經建造和工廠檢測合格后,整體運輸至現(xiàn)場進行安裝的過程。到目前為止,模塊化已發(fā)展為第三代模塊化技術,更大范圍地集成管道、鋼結構、電氣與儀表等各專業(yè),一些大型工藝裝置涵蓋了95%的管道和鋼結構,以及85%的電氣儀表[6-8]。

模塊是在橇塊基礎上的集成,模塊由2個或2個以上橇塊裝配,并能實現(xiàn)一定工藝功能[9],模塊的集成性和裝配性要強于橇塊,模塊化表面上是轉移工作,轉移現(xiàn)場安裝到預制廠,但更強調異地集成。模塊化真正的核心價值在于模塊之間的組合,自由裝配。模塊的組合可以在部分組件技術更新時快速投入使用,特別適合用于技術創(chuàng)新、工程新技術設計中。模塊化也增加了合作與交流,不同承包商之間可以組合成模塊供貨,由業(yè)主自由選擇中意的模塊。模塊也可以劃分通用組件和專用組件,專用組件定制化設計預制,通用組件可以批量生產。

目前,模塊化較多考慮的是單元化,以縮短現(xiàn)場施工工期、減少項目總投資為目的(降低投資額10%)[10-18]。但不能一概而論,要區(qū)分具體的模塊類型以及現(xiàn)場條件,有些類型裝置的模塊化并不一定能節(jié)省投資,還有可能會增加裝置的投資,一些偏遠的陸地項目,模塊化后現(xiàn)場的運輸和起重能力不足,嚴重影響工期,造成業(yè)主的經濟損失。在項目前期,分析模塊化的影響以及可行性,對模塊化的科學決策至關重要。

2 模塊化建造模式影響分析

2.1 投資計算模式

模塊化建造模式對前期業(yè)主投資決策以及前期投資額的確定影響較大。單純套用概算指標,再進行組合,計取運費、安裝費等的傳統(tǒng)定額組價方式已不適應模塊預制新形勢的發(fā)展。大部分與設備制造相關的深化設計、模塊組裝等工作轉移到設備模塊制造廠,出廠設備附加值增加,模塊組內的價格不單純是設備材料安裝費用等簡單靜態(tài)組合,模塊價格將日益市場化,且隨競爭形勢的發(fā)展變動較大,靜態(tài)的組價方式不能及時反映現(xiàn)實情況,模塊制造強調合作與協(xié)同,模塊制造廠的議價能力與競爭態(tài)勢將直接反映在出廠價格上,模塊價格具有不確定性。

2.2 設備購置費

模塊化建造模式下,模塊出廠價格不僅僅是設備原價,還包括輔助材料費,以及裝置的深化設計費。加固運輸、超大結構起重吊裝吊耳制作等,將大量增加鋼結構的工程量。為了合理利用模塊內部空間,配管等材料布置緊湊,增加了管道材料的質量要求、焊接質量要求以及壓力試驗要求等。模塊集成的設備材料越多,與傳統(tǒng)設備原價的偏差就會越大。

大型模塊運輸依靠自行式模塊運輸車(SPMT)和大型遠洋運輸船[19],要提前籌劃運輸路由,減少模塊滯留。運費沒有議價能力,較傳統(tǒng)運輸方式費率高,運輸周期較難控制,運輸保險費相對較高。另外，道路運輸可能還涉及超限設備運費。

如果涉及進出口環(huán)節(jié),由于模塊化制造廠生產的模塊相較于傳統(tǒng)建造模式下的散材價值高,關稅和進口環(huán)節(jié)增值稅等都將有所增加。

2.3 建筑安裝工程費

模塊制造廠能夠通過制定人力資源調度計劃、統(tǒng)一協(xié)調用工需求、組織流水作業(yè)等措施，提高員工的工作效率,減少項目人工成本。模塊制造廠一般設置在交通便利、經濟較發(fā)達的地區(qū),人力資源供應充足,勞動生產率高。模塊化能夠克服海外現(xiàn)場勞動簽證申請難、風險補貼高、勞動環(huán)境差、人員流動大、當?shù)厝肆Y源短缺等問題。同時,將技術要求高的工作在模塊制造廠內完成,減少當?shù)赜霉ち?相應減緩了施工現(xiàn)場當?shù)貏诠すo張的局面。

通過制定合理的制造計劃和相應的質量控制體系,以及自動化制造安裝技術的應用,相較于施工現(xiàn)場,模塊制造安裝質量將會不同程度地得到提高,減少人員返工、材料浪費等。同時，材料的經濟批量采購以及交易市場的活躍,可以減少庫存和倉儲成本。

模塊化建造能夠減少施工現(xiàn)場施工機械和儀器儀表的使用,減少施工機具的臺班數(shù),但可能會增加吊裝大型模塊的大型起重機臺班需求。模塊化建造模式下能夠克服某些特種設備、現(xiàn)場設備短缺，以及調動的困難。相對于海外施工現(xiàn)場的艱苦環(huán)境,國內施工機具的臺班費較便宜,且市場供應充足。模塊制造廠的日常施工機械,可以直接采購，也可以租賃或融資租賃,管理靈活。

現(xiàn)場措施費也將不同程度降低,環(huán)境保護費、文明施工費、安全生產費、臨時設施費、現(xiàn)場材料臨時儲存費、二次搬運費等會因現(xiàn)場散件制作和施工安裝人員的減少而減少。

施工單位的企業(yè)管理費由于現(xiàn)場組織協(xié)調以及模塊制造時的溝通可能有一定程度增加,針對具體項目具體分析。稅金會因為模塊出廠增值的部分而增加,同時通過有效地組織和協(xié)調,模塊制造的技術創(chuàng)新,可以提高施工單位利潤率。

2.4 工程建設其他費

模塊化將一定程度上減少對土地的占用,減少建設用地費和賠償費,在土地資源緊張的地區(qū),將部分緩解征地拆遷的難度?？尚行匝芯繄蟾婢幹萍霸u估費等項目前期工作費會因為前期模塊需求分析與模塊決策分析等工作而有所增加。

建設單位管理費、工程監(jiān)理費、健康安全環(huán)境管理費、項目管理承包費都會因模塊化對項目管理的新要求而有所提高,建設單位配合模塊制造廠的工作量也會增加,設備監(jiān)造等工作也越來越多。

業(yè)主的場地準備費與臨時設施費因模塊整體安裝而減少,現(xiàn)場臨時倉庫和生活用房,因材料和用工量減少而減少。

與模塊相關的設計人工時會相應增加,現(xiàn)場服務由于涉及變更的減少會有下降,整個設計費會有不同程度增加。模塊化因利用三維建模相應提高了工作效率與競爭力,對設計專業(yè)技術人員提出了較高要求,這部分成本也會相應增加。

3 實證分析

油氣工程常按流程劃分模塊,某海外油氣工程常見模塊劃分見表1[20]。

表1 某海外油氣工程常見模塊劃分表

由于模塊構成、設備材料占比、模塊劃分、模塊大小的不同,模塊化后的投資變化并不一樣,應當具體問題具體分析,不能籠統(tǒng)地說明模塊化就能降低投資額。

以某聯(lián)合站集輸系統(tǒng)輸油泵模塊為例,對比傳統(tǒng)建造模式與模塊化建造模式的投資差異。該輸油泵模塊以輸油泵為主要工藝設備,以相應的配管、電氣、儀表、結構等專業(yè)為輔助材料。輸油泵參數(shù):流量376 m3/h,揚程213～848 m,重量24.7 t,功率1 320 kW。應用Aspen Capital Cost Estimator(ACCE)軟件分析傳統(tǒng)建造模式與模塊化建造模式下的投資差異。傳統(tǒng)建造模式與模塊化建造模式投資匯總見表2～3。

由表2～3對比可以看出,在相同條件下,針對該聯(lián)合站集輸系統(tǒng)輸油泵安裝工程，單純模塊化并不能夠有效降低投資,通過分析各專業(yè)工程量,模塊化將增加配管、鋼結構、絕緣、土建工作量,其中混凝土的工作量增加較多,相同費率下,將導致工程直接費上漲約15.5%,同時將不同程度增加間接費以及管理費等,項目投資將增加20%。

表2 傳統(tǒng)建造模式下投資匯總表

表3 模塊化建造模式下投資匯總表

每個油氣工程項目的不同單元、不同模塊對投資的影響各不相同,具體項目具體分析。有些單元模塊化后雖不能節(jié)省投資,但能節(jié)約工期并克服現(xiàn)場惡劣環(huán)境。雖然一部分單元模塊化后會對投資產生不利影響,但整體單元模塊化后也可能對投資產生有利影響。模塊化對項目投資的影響表現(xiàn)更多的是間接影響，在模塊化決策時,要注重分析考慮模塊化對項目投資的間接影響。

4 模塊化建造模式投資工作建議

4.1 注重模塊化組裝對項目成本的影響

采用傳統(tǒng)建造模式時,由于現(xiàn)場條件的限制,經常會出現(xiàn)設計變更,現(xiàn)場服務成本不能有效控制。如果采用模塊化建造模塊,將減少現(xiàn)場變更服務費用。定型生產是模塊化建造模式下減少成本的一種重要方式,不僅能減少前期設計成本,還能經濟批量采購設備材料,減少設備材料成本,生產制造人員技術操作熟練將使工作效率提升,減少設備材料返工損耗,提高經濟效益。越復雜、大型的模塊化生產制造,成本將減少得越多。

根據(jù)現(xiàn)場條件、技術更新以及項目具體要求等,更切合實際也是模塊化發(fā)展的高級應用是留一些活動接口,注重模塊之間的組裝性、配合性、功能補充性,允許少量模塊組件根據(jù)具體情況更新、改變、重新設計,這將減少整個模塊重新設計、重新制造的成本。

同時，要加強對模塊制造廠的后向供應商控制力,增強溝通及議價能力。針對某些項目,模塊化制造雖然能在一定程度上降低項目總成本,但是如果模塊制造廠是外部單位,競爭力強,價格并不能有效控制。因此要加強模塊制造廠的長期合作,追求合作效益的最大化。

4.2 加強模塊化下成本價格庫的積累

模塊化建造模式將改變投資計算思路,投資計算可能更偏向于市場化,更強調價格的變動性,為了后期模塊裝置投資的有效控制,以及與項目預算順利銜接,模塊化建造模式下概算編制要注重清單計價模式的應用,以及綜合單價的使用。建立完善的裝置體系編碼系統(tǒng)以及相應的前后一致性的投資成本編碼,與項目管理部門和采購部門密切配合,加強已執(zhí)行項目或將要執(zhí)行項目的工藝參數(shù)與投資成本的積累、分析,建立模塊化裝置的成本曲線,為快速分析確定裝置的成本打下基礎,為在模塊化建造模式下快速精準地計算投資以及模塊化決策提供支持。

4.3 加強運輸起重對投資的影響分析

模塊重大高,對陸地運輸、碼頭水深、航道運輸工期提出了較高的要求。根據(jù)模塊分塊形式,提前規(guī)劃好路由,制定好運輸方案以及運輸過程中的保護措施,并對先期運輸費詢價進行綜合分析。運輸市場大型模塊的運輸車、運輸船少,較難預定,運輸費主要依靠市場詢價,進行市場價格的對比分析以及協(xié)商談判是十分必要的。

大型模塊運輸?shù)浆F(xiàn)場安裝,對起重吊裝能力要求較高,要確認現(xiàn)場起重設備是否具備模塊吊裝能力,一些偏遠落后地區(qū)的起重設備可能需要長途運輸,到場組裝,成本要單獨測算。

確定模塊運輸和起重方式時,要及時與技術人員確認,前期做好市場調研以及費用測算工作。

4.4 注重項目全生命周期的成本分析

對于海外油氣工程項目,不能單純以節(jié)約前期建設投資為目的,片面推廣模塊化建造模式,應該以項目全生命周期的成本角度全面分析模塊化建造模式與傳統(tǒng)建造模式的差異,模塊化帶來的好處往往是間接效益,更多體現(xiàn)在項目全生命周期中,模塊化建造模式可以降低現(xiàn)場施工的管理控制風險,可以克服當?shù)厥┕べY源限制,可以提高施工質量水平,可以縮短項目施工周期,可以整合上下游資源并推廣產品科技化水平。如果不考慮以上因素,僅以工程投資額的增減來決定是否采用模塊化建造模式,在前期模塊化決策時,分析結果將是片面、不符合實際的。

5 結論

模塊化建造模式是轉變發(fā)展方式、提高生產效率、降低項目風險的有效探索,有利有弊,對海外油氣工程項目投資產生一定的影響,在前期模塊化決策時要科學分析、合理決策,不能以偏概全、因小失大,要站在項目全生命周期角度,針對模塊化對投資的影響進行全面分析,以提高建設單位的投資效益。