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項(xiàng)目建設(shè)向模塊化趨勢發(fā)展
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2024-09-26

隨著全球經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和科技的高速發(fā)展，很多先進(jìn)的理念及技術(shù)都被廣泛應(yīng)用到制造業(yè)，特別是伴隨著信息技術(shù)以及現(xiàn)代化生產(chǎn)方式的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)代制造業(yè)越來越向知識密集型、設(shè)備及信息密集型方向轉(zhuǎn)變，從而推動項(xiàng)目建設(shè)模塊化的發(fā)展。

模塊化的項(xiàng)目建設(shè)方式在制造過程及項(xiàng)目實(shí)際投產(chǎn)上具有諸多優(yōu)勢，使得越來越多行業(yè)的項(xiàng)目建設(shè)向模塊化趨勢發(fā)展。

1、模塊化制造的優(yōu)勢

（1）符合國際化分工產(chǎn)業(yè)格局，平衡全球生產(chǎn)資源

將大型的、復(fù)雜的裝置通過設(shè)計(jì)拆解為數(shù)個(gè)工業(yè)模塊或?qū)⒍鄠€(gè)相關(guān)工藝流程中的設(shè)備及管路集成至單個(gè)大型模塊，在工廠預(yù)制、預(yù)組裝代替?zhèn)鹘y(tǒng)工程建造模式在項(xiàng)目現(xiàn)場施工的工作模式，使得項(xiàng)目的主要建設(shè)過程能夠從施工現(xiàn)場轉(zhuǎn)移至異地工廠，能夠發(fā)揮勞動力的成本優(yōu)勢，在國際化分工產(chǎn)業(yè)格局下，我國將成為全球最主要的工業(yè)模塊生產(chǎn)基地。

（2）避免惡劣的施工環(huán)境

石油天然氣開采、礦業(yè)等行業(yè)，對于大型裝置模塊化有著較高需求，主要原因?yàn)槠漤?xiàng)目建設(shè)地多為人際罕至的地區(qū)且自然環(huán)境條件惡劣，不適合大規(guī)?，F(xiàn)場施工作業(yè)，大大提高了項(xiàng)目建設(shè)的難度、周期和成本。而采用模塊化制造方式，可以把大型開采及生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)拆解成各種具有功能的中小型模塊，異地制造完成后運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行簡單安裝即可生產(chǎn)，有效地避免了惡劣的施工環(huán)境。

（3）成本及質(zhì)量控制、安全生產(chǎn)、環(huán)保

模塊化制造能夠在更優(yōu)良的廠區(qū)生產(chǎn)環(huán)境中實(shí)施集中生產(chǎn)，工作內(nèi)容相對固定明確，可以提高大型裝置的制造質(zhì)量；同時(shí)，不同模塊之間可以同步制造，從而可以壓縮項(xiàng)目建設(shè)周期，以更好地對在建項(xiàng)目進(jìn)行成本控制。

以中國石油承建的新疆獨(dú)山子石化分公司 8 臺 15 萬噸乙烯裂解爐為例，相比現(xiàn)場安裝模式，模塊化在幾乎各個(gè)環(huán)節(jié)均大幅提升效率，并節(jié)省了人員和場地設(shè)施成本，平均單臺裂解爐建造施工成本減少約 260 萬元。

模塊化制造的模式，能夠避免現(xiàn)場建設(shè)過程中交叉施工的現(xiàn)象，并通過先進(jìn)的儀器和技術(shù)手段完成大型裝置的檢測，大幅提高項(xiàng)目建設(shè)的安全生產(chǎn)系數(shù)。在傳統(tǒng)現(xiàn)場施工建設(shè)過程中，需要對噪聲、振動、廢水、廢氣和固體廢棄物進(jìn)行全面控制，盡量減少這些污染物的排放造成的影響，模塊化制造的模式能夠有效地降低施工現(xiàn)場環(huán)境污染。

2、大型裝置模塊化的優(yōu)勢

通過模塊化方式制造的大型裝置具有方便拆卸的特點(diǎn)，在生產(chǎn)線升級改造、檢維修、回收利用等方面具有諸多優(yōu)勢。

（1）生產(chǎn)線升級改造

模塊化為工業(yè)企業(yè)提供了許多可能性，可以同搭積木般將不同功能的工業(yè)模塊組裝成新的生產(chǎn)裝置。在項(xiàng)目建設(shè)初期，工業(yè)企業(yè)可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的市場需求及資金情況，采用產(chǎn)能較小的生產(chǎn)裝置；后續(xù)隨著市場需求不斷增加或工藝路線的革新，企業(yè)能夠?qū)⑸a(chǎn)裝置進(jìn)行快速拆卸并擴(kuò)建，同時(shí)將技術(shù)領(lǐng)先的工藝設(shè)備集成到現(xiàn)有流程生產(chǎn)裝置中，用于替換或新增的工業(yè)模塊可以提前進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，從而大幅降低擴(kuò)產(chǎn)或技改所需的停工時(shí)間。

（2）生產(chǎn)線檢維修

通常工業(yè)企業(yè)對整條生產(chǎn)線停工檢修需要耗費(fèi)大量時(shí)間及成本，而通過模塊化方式建設(shè)的生產(chǎn)線，可以在連續(xù)生產(chǎn)的情況下，通過不斷拆卸單個(gè)模塊化裝置實(shí)現(xiàn)整條生產(chǎn)線的檢修工作。

（3）生產(chǎn)線回收利用

生產(chǎn)線上各個(gè)模塊相互獨(dú)立、拆分便捷，可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，有效降低成本。

3、各個(gè)行業(yè)的模塊化發(fā)展趨勢

（1）化工行業(yè)的模塊化發(fā)展趨勢

化工行業(yè)的固定資產(chǎn)投資較大，目前已受到廣泛認(rèn)可及推廣，大型化工工程逐步采用模塊化方式進(jìn)行建造。化工裝置的模塊化技術(shù)能夠?qū)⒒瘜W(xué)品生產(chǎn)中酯化、羰化、精餾等各項(xiàng)化學(xué)反應(yīng)所需的工藝設(shè)備預(yù)制為各類工藝模塊，并根據(jù)生產(chǎn)的不同需求，對模塊進(jìn)行相應(yīng)的選擇，將各類模塊通過標(biāo)準(zhǔn)接口按照工藝流程相連接，實(shí)現(xiàn)單體模塊制造到大型裝置的集成。

因而，越來越多的化工項(xiàng)目選擇模塊化制造方式進(jìn)行建設(shè)，模塊化制造已成為化工工程項(xiàng)目建設(shè)的主要方式之一。2018 年，巴斯夫委托利柏特制造的全新世界級抗氧化劑年產(chǎn)能 42,000 噸裝置在上海漕涇基地正式竣工，標(biāo)志著巴斯夫全球首套模塊化化工裝置落地，該項(xiàng)目整套裝置被分為了 10 個(gè)模塊獨(dú)立制造，模塊預(yù)制完成后僅 5 天即在施工現(xiàn)場完成整套裝置拼裝，并對施工現(xiàn)場的噪聲、廢氣和固體廢棄物全面控制。

在化工領(lǐng)域，隨著模塊化制造用時(shí)短、施工效率與質(zhì)量可控性更好、施工安全性更高等的優(yōu)勢凸顯。選擇模塊化制造方式進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)的需求日益迫切，模塊化制造已逐步成為化工工程項(xiàng)目建設(shè)的主要方式。

（2）油氣能源行業(yè)模塊化發(fā)展情況

國際上大型油氣能源開發(fā)公司不斷投資建設(shè)天然氣液化工廠、輸氣管網(wǎng)等設(shè)施以加大對天然氣這一清潔能源的戰(zhàn)略投資。隨著液化天然氣的需求和投資的增長，模塊化技術(shù)憑借高效、環(huán)保、定制化的特點(diǎn)也逐步應(yīng)用于液化天然氣相關(guān)大型裝置中，采用模塊化技術(shù)建設(shè)大型天然氣液化工廠，可以有效地降低投資成本和縮短建設(shè)周期，同時(shí)可預(yù)留升級改造的空間，因此工業(yè)模塊在液化天然氣相關(guān)建設(shè)領(lǐng)域具有廣闊的市場空間。

2015 年，由起源能源公司、美國康菲國際石油公司及中國石油化工股份有限公司共同投資230億澳元于澳大利亞昆士蘭州的柯蒂斯島建設(shè) Australia PacificLNG 天然氣項(xiàng)目，該項(xiàng)目主體建設(shè)工程由 260 個(gè)大型模塊從澳大利亞本土之外的模塊化工廠運(yùn)送到島上后拼裝而成；2017 年，由俄羅斯諾瓦泰克公司、中國石油、絲路基金、法國道達(dá)爾公司合作開發(fā)完成的亞馬爾項(xiàng)目是全球在北極地區(qū)開展的最大型液化天然氣工程，工藝復(fù)雜，該項(xiàng)目通過模塊化制造克服了人力和技術(shù)資源不足、缺乏基礎(chǔ)設(shè)施依托以及自然條件惡劣等諸多不利因素。

2019 年，繼亞馬爾項(xiàng)目之后，俄羅斯諾瓦泰克公司啟動了北極 LNG2 項(xiàng)目的建設(shè)，該項(xiàng)目仍沿用模塊化的建造方式。FPSO 是海洋油氣開發(fā)的主要開發(fā)方式，是海洋鉆井的后道工序，F(xiàn)PSO 的主要生產(chǎn)功能依賴上部模塊實(shí)現(xiàn)，上部模塊的建造成本也在整個(gè) FPSO 中占更大比例。通過不同的功能模塊，以及一系列復(fù)雜的工藝流程實(shí)現(xiàn)原油開采、處理、儲存、外輸的功能。FLNG 是集海上天然氣的液化、儲存、裝卸和外運(yùn)為一體的新型 FPSO 裝置。

早期建造 FPSO 基本上都是在船體結(jié)構(gòu)建成后，在甲板上安裝各種生產(chǎn)設(shè)備、主電站和熱站等，建造一艘 FPSO 通常需要 20 個(gè)月或更長時(shí)間。目前，F(xiàn)PSO 建造已開始采用了模塊化生產(chǎn)工藝，船體結(jié)構(gòu)和上部設(shè)施可以同時(shí)施工建造，使得 FPSO 建造周期可縮短至 10-14 個(gè)月。采用模塊化建造工藝可以針對不同油田開發(fā)要求，提出模塊化設(shè)計(jì)方案，統(tǒng)一 FPSO 船體、組塊、生活模塊以及其他系統(tǒng)建造標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)方案，有助于降低 FPSO 在設(shè)計(jì)階段和建造階段的成本，提高建造效率和投產(chǎn)效率。

（3）核電工程行業(yè)模塊化發(fā)展情況

隨著工業(yè)能力和基建能力的提升，模塊化建造技術(shù)被廣泛應(yīng)用于造船、路橋、海洋、石化和民用建筑等領(lǐng)域，優(yōu)越性得到了充分驗(yàn)證，取得了長足進(jìn)步，模塊的體積、重量、系統(tǒng)集成度均達(dá)到了相當(dāng)高的水平，為核電建設(shè)中模塊化建造技術(shù)的應(yīng)用提供了豐富的參考借鑒。核電廠模塊化建造技術(shù)可以追溯到 20 世紀(jì) 80 年代初期，美國 Bechtel 公司將核潛艇模塊化建造的成功經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于核電工程建造并進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究。

Bechtel 公司與日本的日立公司一起推進(jìn)了核電工程模塊化技術(shù)的應(yīng)用研究和項(xiàng)目實(shí)施試驗(yàn)，將一臺核電機(jī)組建造工期由 80 年代的 62 個(gè)月降低到 48 個(gè)月（從澆筑第一罐混凝土到商運(yùn)）。美國西屋公司將模塊化的設(shè)計(jì)理念系統(tǒng)應(yīng)用在AP1000 研發(fā)中，真正從設(shè)計(jì)源頭就明確了模塊化設(shè)計(jì)、工廠化預(yù)制、現(xiàn)場組裝的建造總體思路，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；?、批量化的模塊化建造技術(shù)在依托項(xiàng)目的實(shí)施應(yīng)用。

在核工程領(lǐng)域，以全球首批四臺 AP1000 機(jī)組為依托開展了大量的模塊化應(yīng)用，我國自主三代核電技術(shù)“國和一號”“華龍一號”建設(shè)中各參建單位也陸續(xù)開展了大量的模塊化研究和應(yīng)用，并形成了《NB/T 20501—2018，核電廠結(jié)構(gòu)模塊制造及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)程》等 14 項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。模塊化建造相對于傳統(tǒng)工程建設(shè)模式有其明顯的優(yōu)勢，模塊化建造技術(shù)大幅減少了現(xiàn)場的資源投入密度，優(yōu)化了建造周期，實(shí)現(xiàn)了核電項(xiàng)目的安全、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量的全面提升。

（4）其他下游行業(yè)模塊化發(fā)展情況

德勤在《2019 年趨勢追蹤推動未來礦業(yè)轉(zhuǎn)型的十大要項(xiàng)》指出礦產(chǎn)開發(fā)未來將持續(xù)建構(gòu)在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行智能化轉(zhuǎn)型。全球礦山已逐步由淺層開采向深層開采，為適應(yīng)更復(fù)雜的工作場所和高危險(xiǎn)性，礦山開采設(shè)備將用規(guī)范化后的功能模塊以遠(yuǎn)程制作、現(xiàn)場拼接的方式來實(shí)現(xiàn)自動化和智能化。

水處理行業(yè)發(fā)展至今，除了對出水水質(zhì)的要求越來越高以外，對占地面積，施工周期的要求也不斷提高。傳統(tǒng)鋼混的建設(shè)方式存在施工周期長、占地面積大，建設(shè)成本高、建設(shè)污染等問題，已經(jīng)越來越難以滿足需要。模塊化設(shè)計(jì)和制造可以極大地縮短水處理項(xiàng)目的建設(shè)周期、減少占地面積、降低運(yùn)維成本，水處理裝備模塊化將成為水處理行業(yè)建設(shè)的主流趨勢。

采用模塊化設(shè)施生產(chǎn)方式，可以將大型設(shè)備設(shè)計(jì)拆分成各種具有獨(dú)立功能的中小型模塊，異地建造完成后運(yùn)輸至當(dāng)?shù)匕惭b即可投入使用。

此外，由于模塊設(shè)施功能獨(dú)立、拆分簡便，還可循環(huán)利用，能有效降低成本，未來，多領(lǐng)域的大型裝置及生產(chǎn)基地將逐步向模塊化、大型化與標(biāo)準(zhǔn)化、成套化、機(jī)電液一體化轉(zhuǎn)變。

綜上，隨著石油化工、油氣能源、核電工程等領(lǐng)域模塊化發(fā)展的應(yīng)用趨勢的深入，下游行業(yè)對工業(yè)模塊及工程服務(wù)的需求也將不斷提升，下游市場具有廣闊的發(fā)展空間

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