石章雄 马 宁 郝 丰

中国石油工程建设有限公司北京设计分公司, 北京 100085

0 前言

目前，模块应用场合多为海洋平台等缺乏常规大规模安装条件的地方,在一定程度上解决现场实际条件不能满足施工安装要求的情况[1-4]。随着高度数字化设计方法、大型现代化制造设备、新型运输起重设备的出现,模块化技术陆续应用于海洋平台工程、油气田地面工程、炼油化工工程中,实现了从海洋到陆地、由简入繁、集成度越来越高的转变。油气田地面工程模块化建造可以克服当地劳动力短缺、技术水平低、质量控制难、环境恶劣、工期紧张、环保要求高等难点。因此,模块化建造在海外油气工程项目中越来越受到重视,并取得了一定的成果经验[5]。在现有传统建造模式占多数的情况下,针对模块化建造模式对投资的影响进行分析,为建设单位的科学决策提供及时支持。

1 模块化概述

模块化是根据工艺装置的功能与区域,采用模块化设计和采购策略,在模块预制厂将成套的专业设备、材料装配在一个框架内,经建造和工厂检测合格后,整体运输至现场进行安装的过程。到目前为止,模块化已发展为第三代模块化技术,更大范围地集成管道、钢结构、电气与仪表等各专业,一些大型工艺装置涵盖了95%的管道和钢结构,以及85%的电气仪表[6-8]。

模块是在橇块基础上的集成,模块由2个或2个以上橇块装配,并能实现一定工艺功能[9],模块的集成性和装配性要强于橇块,模块化表面上是转移工作,转移现场安装到预制厂,但更强调异地集成。模块化真正的核心价值在于模块之间的组合,自由装配。模块的组合可以在部分组件技术更新时快速投入使用,特别适合用于技术创新、工程新技术设计中。模块化也增加了合作与交流,不同承包商之间可以组合成模块供货,由业主自由选择中意的模块。模块也可以划分通用组件和专用组件,专用组件定制化设计预制,通用组件可以批量生产。

目前,模块化较多考虑的是单元化,以缩短现场施工工期、减少项目总投资为目的(降低投资额10%)[10-18]。但不能一概而论,要区分具体的模块类型以及现场条件,有些类型装置的模块化并不一定能节省投资,还有可能会增加装置的投资,一些偏远的陆地项目,模块化后现场的运输和起重能力不足,严重影响工期,造成业主的经济损失。在项目前期,分析模块化的影响以及可行性,对模块化的科学决策至关重要。

2 模块化建造模式影响分析

2.1 投资计算模式

模块化建造模式对前期业主投资决策以及前期投资额的确定影响较大。单纯套用概算指标,再进行组合,计取运费、安装费等的传统定额组价方式已不适应模块预制新形势的发展。大部分与设备制造相关的深化设计、模块组装等工作转移到设备模块制造厂,出厂设备附加值增加,模块组内的价格不单纯是设备材料安装费用等简单静态组合,模块价格将日益市场化,且随竞争形势的发展变动较大,静态的组价方式不能及时反映现实情况,模块制造强调合作与协同,模块制造厂的议价能力与竞争态势将直接反映在出厂价格上,模块价格具有不确定性。

2.2 设备购置费

模块化建造模式下,模块出厂价格不仅仅是设备原价,还包括辅助材料费,以及装置的深化设计费。加固运输、超大结构起重吊装吊耳制作等,将大量增加钢结构的工程量。为了合理利用模块内部空间,配管等材料布置紧凑,增加了管道材料的质量要求、焊接质量要求以及压力试验要求等。模块集成的设备材料越多,与传统设备原价的偏差就会越大。

大型模块运输依靠自行式模块运输车(SPMT)和大型远洋运输船[19],要提前筹划运输路由,减少模块滞留。运费没有议价能力,较传统运输方式费率高,运输周期较难控制,运输保险费相对较高。另外，道路运输可能还涉及超限设备运费。

如果涉及进出口环节,由于模块化制造厂生产的模块相较于传统建造模式下的散材价值高,关税和进口环节增值税等都将有所增加。

2.3 建筑安装工程费

模块制造厂能够通过制定人力资源调度计划、统一协调用工需求、组织流水作业等措施，提高员工的工作效率,减少项目人工成本。模块制造厂一般设置在交通便利、经济较发达的地区,人力资源供应充足,劳动生产率高。模块化能够克服海外现场劳动签证申请难、风险补贴高、劳动环境差、人员流动大、当地人力资源短缺等问题。同时,将技术要求高的工作在模块制造厂内完成,减少当地用工量,相应减缓了施工现场当地劳工供应紧张的局面。

通过制定合理的制造计划和相应的质量控制体系,以及自动化制造安装技术的应用,相较于施工现场,模块制造安装质量将会不同程度地得到提高,减少人员返工、材料浪费等。同时，材料的经济批量采购以及交易市场的活跃,可以减少库存和仓储成本。

模块化建造能够减少施工现场施工机械和仪器仪表的使用,减少施工机具的台班数,但可能会增加吊装大型模块的大型起重机台班需求。模块化建造模式下能够克服某些特种设备、现场设备短缺，以及调动的困难。相对于海外施工现场的艰苦环境,国内施工机具的台班费较便宜,且市场供应充足。模块制造厂的日常施工机械,可以直接采购，也可以租赁或融资租赁,管理灵活。

现场措施费也将不同程度降低,环境保护费、文明施工费、安全生产费、临时设施费、现场材料临时储存费、二次搬运费等会因现场散件制作和施工安装人员的减少而减少。

施工单位的企业管理费由于现场组织协调以及模块制造时的沟通可能有一定程度增加,针对具体项目具体分析。税金会因为模块出厂增值的部分而增加,同时通过有效地组织和协调,模块制造的技术创新,可以提高施工单位利润率。

2.4 工程建设其他费

模块化将一定程度上减少对土地的占用,减少建设用地费和赔偿费,在土地资源紧张的地区,将部分缓解征地拆迁的难度。可行性研究报告编制及评估费等项目前期工作费会因为前期模块需求分析与模块决策分析等工作而有所增加。

建设单位管理费、工程监理费、健康安全环境管理费、项目管理承包费都会因模块化对项目管理的新要求而有所提高,建设单位配合模块制造厂的工作量也会增加,设备监造等工作也越来越多。

业主的场地准备费与临时设施费因模块整体安装而减少,现场临时仓库和生活用房,因材料和用工量减少而减少。

与模块相关的设计人工时会相应增加,现场服务由于涉及变更的减少会有下降,整个设计费会有不同程度增加。模块化因利用三维建模相应提高了工作效率与竞争力,对设计专业技术人员提出了较高要求,这部分成本也会相应增加。

3 实证分析

油气工程常按流程划分模块,某海外油气工程常见模块划分见表1[20]。

表1 某海外油气工程常见模块划分表

由于模块构成、设备材料占比、模块划分、模块大小的不同,模块化后的投资变化并不一样,应当具体问题具体分析,不能笼统地说明模块化就能降低投资额。

以某联合站集输系统输油泵模块为例,对比传统建造模式与模块化建造模式的投资差异。该输油泵模块以输油泵为主要工艺设备,以相应的配管、电气、仪表、结构等专业为辅助材料。输油泵参数:流量376 m3/h,扬程213～848 m,重量24.7 t,功率1 320 kW。应用Aspen Capital Cost Estimator(ACCE)软件分析传统建造模式与模块化建造模式下的投资差异。传统建造模式与模块化建造模式投资汇总见表2～3。

由表2～3对比可以看出,在相同条件下,针对该联合站集输系统输油泵安装工程，单纯模块化并不能够有效降低投资,通过分析各专业工程量,模块化将增加配管、钢结构、绝缘、土建工作量,其中混凝土的工作量增加较多,相同费率下,将导致工程直接费上涨约15.5%,同时将不同程度增加间接费以及管理费等,项目投资将增加20%。

表2 传统建造模式下投资汇总表

表3 模块化建造模式下投资汇总表

每个油气工程项目的不同单元、不同模块对投资的影响各不相同,具体项目具体分析。有些单元模块化后虽不能节省投资,但能节约工期并克服现场恶劣环境。虽然一部分单元模块化后会对投资产生不利影响,但整体单元模块化后也可能对投资产生有利影响。模块化对项目投资的影响表现更多的是间接影响，在模块化决策时,要注重分析考虑模块化对项目投资的间接影响。

4 模块化建造模式投资工作建议

4.1 注重模块化组装对项目成本的影响

采用传统建造模式时,由于现场条件的限制,经常会出现设计变更,现场服务成本不能有效控制。如果采用模块化建造模块,将减少现场变更服务费用。定型生产是模块化建造模式下减少成本的一种重要方式,不仅能减少前期设计成本,还能经济批量采购设备材料,减少设备材料成本,生产制造人员技术操作熟练将使工作效率提升,减少设备材料返工损耗,提高经济效益。越复杂、大型的模块化生产制造,成本将减少得越多。

根据现场条件、技术更新以及项目具体要求等,更切合实际也是模块化发展的高级应用是留一些活动接口,注重模块之间的组装性、配合性、功能补充性,允许少量模块组件根据具体情况更新、改变、重新设计,这将减少整个模块重新设计、重新制造的成本。

同时，要加强对模块制造厂的后向供应商控制力,增强沟通及议价能力。针对某些项目,模块化制造虽然能在一定程度上降低项目总成本,但是如果模块制造厂是外部单位,竞争力强,价格并不能有效控制。因此要加强模块制造厂的长期合作,追求合作效益的最大化。

4.2 加强模块化下成本价格库的积累

模块化建造模式将改变投资计算思路,投资计算可能更偏向于市场化,更强调价格的变动性,为了后期模块装置投资的有效控制,以及与项目预算顺利衔接,模块化建造模式下概算编制要注重清单计价模式的应用,以及综合单价的使用。建立完善的装置体系编码系统以及相应的前后一致性的投资成本编码,与项目管理部门和采购部门密切配合,加强已执行项目或将要执行项目的工艺参数与投资成本的积累、分析,建立模块化装置的成本曲线,为快速分析确定装置的成本打下基础,为在模块化建造模式下快速精准地计算投资以及模块化决策提供支持。

4.3 加强运输起重对投资的影响分析

模块重大高,对陆地运输、码头水深、航道运输工期提出了较高的要求。根据模块分块形式,提前规划好路由,制定好运输方案以及运输过程中的保护措施,并对先期运输费询价进行综合分析。运输市场大型模块的运输车、运输船少,较难预定,运输费主要依靠市场询价,进行市场价格的对比分析以及协商谈判是十分必要的。

大型模块运输到现场安装,对起重吊装能力要求较高,要确认现场起重设备是否具备模块吊装能力,一些偏远落后地区的起重设备可能需要长途运输,到场组装,成本要单独测算。

确定模块运输和起重方式时,要及时与技术人员确认,前期做好市场调研以及费用测算工作。

4.4 注重项目全生命周期的成本分析

对于海外油气工程项目,不能单纯以节约前期建设投资为目的,片面推广模块化建造模式,应该以项目全生命周期的成本角度全面分析模块化建造模式与传统建造模式的差异,模块化带来的好处往往是间接效益,更多体现在项目全生命周期中,模块化建造模式可以降低现场施工的管理控制风险,可以克服当地施工资源限制,可以提高施工质量水平,可以缩短项目施工周期,可以整合上下游资源并推广产品科技化水平。如果不考虑以上因素,仅以工程投资额的增减来决定是否采用模块化建造模式,在前期模块化决策时,分析结果将是片面、不符合实际的。

5 结论

模块化建造模式是转变发展方式、提高生产效率、降低项目风险的有效探索,有利有弊,对海外油气工程项目投资产生一定的影响,在前期模块化决策时要科学分析、合理决策,不能以偏概全、因小失大,要站在项目全生命周期角度,针对模块化对投资的影响进行全面分析,以提高建设单位的投资效益。