CN101736925B - 用于核电站核岛的模块化建造方法 - Google Patents

Abstract

用于核电站核岛的模块化建造方法，包括如下步骤：模块化设计步骤，对核电站核岛上游工程设计进行模块化设计，以将核电站核岛内的多个单元分割和/或组合成多个模块、模块之间以及模块与外部之间的连接单元；模块预制步骤，以工厂化制造方式对各模块进行预制；厂房建造步骤，以开顶法施工方式建造核岛建筑的厂房；模块安装步骤，将所述预制好的模块安装至所述厂房的预定设计位置。本发明大大提高了核电站核岛工程工厂化制造的预制率、提高核岛工程建造施工质量，加快工程进度，并达到整体建造费用降低的目的。

Description

用于核电站核岛的模块化建造方法

本申请是申请日为2007年9月27日、名称为“用于核电站核岛的模块化建造方法”、申请号为200710162906.3的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及核电站建造领域，尤其涉及百万千瓦级及以上的大型核电站的建造。

背景技术

在目前国内已投产或在建核电站机组的核岛工程建造中，总体上是采用传统建造土建和安装施工组织模式、以部件或设备单体为最小单位、按照预先设定的施工顺序来进行建造。其具有施工周期长、高空作业多、工程质量控制较复杂等缺点。

在现有技术中，已经采用了如下一些技术手段来试图克服这些缺点。

1)工厂化制造技术

在建安领域引入工厂化制造是建安工程的先进施工方法之一，也是建安现场安装前的重要环节，其核心就是将建安工程的预制与现场安装严格地分成两个独立的过程来完成。在现场预制区域(或其它工厂)内，依据施工图纸将所需要的物项集中加工预制，排列编号后运往现场安装。其具有以下特点：即缩短了现场安装施工的时间，又保证了工程质量；生产过程实现机械化/自动化，有利于提高生产效率，减轻劳动强度；预制过程的机械化程度提高，可以节省部分劳动力；工人工作内容可以专一化，利于提高操作水平，同时可以让技术水平低的工人在标准化下完成难度较大、技术性较强的预制加工任务；使许多现场高空作业变为平地作业，有利于安全施工和工程造价的降低；减少与土建或其它相关专业交叉施工时间，缩短了施工工期，加快了施工进度；减少天气等气候的影响，有利于缩短工期；降低材料消耗，利于废料回收；利于产品质量稳定和提高。

但是，目前的工厂化制造在建安工程施工中仅主要应用于管道及钢结构等单一的较简单的工程施工。

2)工程平行施工技术

工程平行施工方式是指在施工现场的多点由多个作业队同时施工，其充分利用工作面，以便缩短工期。

但是，传统建造土建和安装施工组织模式本身并没有对工程平行施工进行优化，因此，目前的工程平行施工仅能在小规模工程安装中应用，并不能应用于整个核岛工程建造中。而且，作业队不能实现专业化生产，不利于改进施工者的操作方法和施工机具，不利于提高工程质量和劳动生产率；作业队及其工人不能连续作业；单位时间投入施工资源量成倍增长，现场临时设施也相应增加；施工现场组织、管理复杂。

3)核电站开顶法施工技术

核电站开顶法施工技术曾经在秦山核电站三期(CANDU6)型重水堆工程建造施工中，为了解决核岛内部大型设备运输和安装就位难题所采用的一项核岛建造施工技术。该技术的应用使得核岛内部设备和材料的运输多了一种方式选择，该施工方法依托于大型/超大型运输吊装/起重机械的使用。

但是，由于该技术仅解决少量大型设备的运输和安装就位问题，使得大型/超大型运输吊装/起重机械的效率不能得到充分发挥，在缩短工期方面效果也不显著。

总之，由于传统建造土建和安装施工组织模式本身的限制，上述这些技术手段在核电站建造中的应用只能是局部的。因此，就需要有一种核电站建造方法，能够在核电站的建造中充分利用上述技术手段。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，而提供一种用于核电站核岛的模块化建造方法。该方法包括如下步骤：

模块化设计步骤，对核电站核岛上游工程设计进行模块化设计，以将核电站核岛内的多个单元分割和/或组合成多个模块、模块之间以及模块与外部之间的连接单元；

模块预制步骤，以工厂化制造方式对各模块进行预制；

厂房建造步骤，以开顶法施工方式建造核岛建筑的厂房；

模块安装步骤，将所述预制好的模块安装至所述厂房的预定设计位置。

优选地，在所述的模块化设计步骤中，进一步包括对每个模块进行现场详细设计以及模块制造步骤及工艺方法设计，并且对于每一个模块都要预先设计其部件加工和构件组合工艺，同时确定模块各部分的制造组装顺序和方式。

优选地，所述厂房包括多层，所述厂房建造步骤和模块安装步骤交错循环进行，对于每一层：首先进行厂房建造步骤，包括建造当前层的基础层面；然后进行模块安装步骤，包括安装属于当前层的模块。

优选地，对于每一层，所述厂房建造步骤还包括建造当前层的至少一部分墙体，用作安装所述模块的基础。

在一个实施例中，所述模块包括结构模块和设备模块。结构模块包括下列各类模块中的一种或多种：由钢板和型钢构成的钢结构模块、附带临时支撑模板的钢筋结构模块、不锈钢衬里模块等；设备模块包含下列各类模块中的一种或多种：由管道或管道及支架构成的管道模块、以设备为核心附带部分管道及其它物项的机械模块等。

优选地，在所述模块预制步骤中，所述模块是在远离建造现场的预制车间和/或在建造现场附近的预制区域中进行预制的，其中，至少一部分模块是在预制车间内进行预制的。

优选地，所述模块预制步骤还包括：

根据模块的结构为模块选择控制基准点；

在所述预制车间和/或预制区域为模块建立水准控制网，该水准控制网的参数是来自于该模块在核岛厂房中的实际位置数据；

其中，基于所述控制基准点在该水准控制网中的预定位置来控制所述模块的总体布置。

在一个实施例中，所述预制车间具有基本上覆盖整个预制车间的起重调运装置，例如运行于轨道上的桥吊；所述预制车间具有多个组装区域，每个组装区域布置有各自的起重调运装置，例如定柱式电动悬臂起重机或运行轨道上的单腿龙门吊。所述多个组装区域可包括静设备模块组装区域、动设备模块组装区域和/或钢结构模块组装区域。所述静设备模块组装区域包括用于模块组装的平台，该平台可以有各种形式，如可以是由枕木搭设，上铺钢板；所述动设备模块组装区域包括用于模块组装的平台，该平台可以有各种形式，如可以是由型钢焊接搭设，上铺钢板。所述钢结构模块组装区域包括用于模块组装的平台，该平台可以有各种形式，如可以是搭设若干支墩，上部利用钢结构模块本身的型钢结构体构成模块部件安装平台。

优选地，在所述模块安装步骤中，至少一部分模块是利用超大型起重设备安装就位的。

优选地，该方法还包括模块调试步骤，用于对预制好的模块进行调试，所述模块调试步骤至少部分地是在模块安装步骤之前进行的，并且所述模块调试步骤至少部分地是在所述预制车间和/或预制区域中进行的。

本发明的有益效果如下所述。

本发明旨在提供一种核电站核岛工程总体建造方法，其可基本上消除因相关领域中的局限性和缺点所引起的各类问题。通过上述技术方案，本发明提供的核电站核岛工程模块化施工技术及应用方法，能够大大提高核电站核岛工程工厂化制造的预制率、提高核岛工程建造施工质量，为核电站工程建造模块化施工技术的应用起到积极推广作用。核电站工程建造模块化施工技术将核岛建造过程中大量的土建、安装立体交叉施工作业迁移到工业厂房内或平整地面场地内进行，改善了作业环境，减少了现场高空作业时间和强度，提高了安全水平。根据本施工技术方法采用工厂化的模块建造可以有效改进工程质量控制，确保产品(模块)在出厂前都能完成检查与试验，将每个模块在制造过程中产生的偏差及可能存在的内在问题在车间内解决，从而减少现场工作量，保证核岛建造质量，加快工程进度。专业化、机械化生产减少了工人的劳动强度，为核岛工程建造周期缩短创造了条件。应用计算机三维模型技术可以在技术准备阶段和施工过程中对模块的顺序和接口等进行预先评估，通过P3计划管理技术可以优化核岛建造施工逻辑、减少冗余工序，同时采取P3多用户共享同一工程数据、协同管理、远程工程的计划进度通过网络和合并等方式或远传进行可以实现模块的异地化制造等多种模式项目管理。基于核岛开顶法施工可以有效地改善现场施工条件，减少项目建造期的临时占地面积，使建造一次投资降低。核岛开顶法施工以及施工机械水平的提高，使得核岛施工期的安装设备与材料的的进入路线可以有多种选择，使建造施工顺序可以进一步优化，基于土建/安装并行的模块化施工可以有效缩短核电站核岛工程建造时间，而P3技术采用使施工管理和布置只需重点考虑成本、现场条件等限制因素灵活选择异地(现场)制造、现场土建/安装并行的模块化建造方式，以达到整体建造费用降低的目的。

附图说明

图1是本发明方法的总体示意图；

图2是一个实施例中核岛厂房模块建造逻辑序列；

图3是一个实施例中模块组装过程；

图4示出了一个示例性的预制车间；

图5示意性地示出了典型的设备模块在图4所示预制车间内的组装过程；

图6示意性地表示出核电站核岛厂房建筑结构的局部分层及分段方式。

具体实施方式

本发明针对我国第一、二轮核电站核岛工程建造中各项施工技术及施工管理方式和经验进行综合分析，在克服已建核电站核岛工程建造模式的施工周期长、现场投入人力、施工机械等资源巨大、现场临时基础设施建设投资巨大等缺点的基础上，运用模块化施工的概念，通过对上游工程设计提出模块概念与模块设计诉求，在工程建造施工阶段对传统施工理念和施工技术进行了优化和提炼。并引入P3计划管理技术、计算机三维模型技术、核电站开顶法施工技术、工厂化制造理念，运用建筑安装工程平行施工组织方式，将建安施工设计、土建、安装、调试等阶段工序进行了深度地交叉，并重新进行组合、优化形成一种先进的、全新的施工技术和施工管理方法。

这种模块化的建造方式类似于“搭积木”，即，在预制车间或现场预制区域将模块做好，运输到施工现场，然后利用超大型起重设备按确定施工计划时间将模块一个一个地进行搭接(安装就位)。由于许多模块是按其功能进行组合的，因此它们中的许多设备单体、单系统调试等作业可以在车间或现场预制区域内完成，减少现场的调试工作量。而大型结构模块能够将核岛厂房直接隔离出很多区域，在这些被孤立的不同区域可以组织各自进行土建、安装或者调试等作业而互不影响，在整个核岛工程建造范围内实现了传统意义上的土建、安装、调试作业深度交叉平行作业，从而大大地缩短了核岛工程建造工期。

下面结合附图并用示例性实施例对本发明进行详细说明。

图1示出了本发明方法的总体示意图。其包括：模块化设计步骤，将上游工程设计进行模块化设计，以将核电站核岛内的多个单元分割和/或组合成多个模块、模块之间以及模块与外部之间的连接单元，在该模块化设计步骤中，通常是将该核电站核岛内可能形成模块的设备、材料物项甄别出来，以组合为上述的模块和连接单元；模块预制步骤，以工厂化制造方式对各模块进行预制；厂房建造步骤，以开顶法施工方式准备核岛建筑的厂房；模块安装步骤，将所述预制好的模块安装至所述厂房的预定设计位置。

在模块化设计步骤中，要将上游工程设计模块化，以方便实施模块化施工建造。该上游工程设计通常来自于工程设计单位，其可能本身就是模块化的。此时，可以保持该模块化设计不变，或者进行小的修改，以便使其适用于一定的施工现场。该上游工程设计本身也可能是非模块化设计，则需要将该非模块化设计进行上述的模块化设计。

核岛工程的模块化结构通常包括两类模块：结构模块和设备模块。结构模块可以作为厂房结构的一部分，包括墙、楼板等组合。设备模块通常是按系统的功能来划分，把功能相同的设备以及管道等集中在一起，并增加必要的支撑结构(可以是正式的，也可以是临时的待安装完成后拆除)形成组合。在一个实施例中，结构模块包括下列各类模块中的一种或多种：由钢板和型钢构成的钢结构模块、附带临时支撑模板的钢筋结构模块、不锈钢衬里模块等；设备模块包含下列各类模块中的一种或多种：由管道或管道及支架构成的管道模块、以设备为核心附带部分管道及其它物项的机械模块等。而各类模块之间或与外部的相关接口关系包括：管道、电气线路、通风管道、金属构件的连接位置、尺寸、连接方式、连接件规格几材质，控制尺寸关系等。

图2显示了在一个实施例中核岛工程的模块化结构，其中示出了核岛工程的示意性钢结构模块和设备模块，并且图示了在核岛模块化建造中各模块的位置逻辑关系(连接至各模块的直线的端部处的黑点大致表示了该模块的安装位置)。图2也清晰的显示了核电站核岛工程模块化建造工作中模块建造顺序和过程。

图2所涉及的模块的名称以及一些参数在表1中列出。

表1

序号	模块名称及编号	单位	模块重量(吨)
				1	1#钢结构模块	个	54.11
2	1#管道模块	个	21
				3	1#阀门/设备模块	个	3.2
4	2#钢结构模块	个	57.5
				5	2#管道模块	个	21
6	2#阀门/设备模块	个	17.4
				7	3#钢结构模块	个	52.4
8	3#管道模块	个	21
				9	3#阀门/设备模块	个	3.2
10	4#钢结构模块	个	56.9
				11	4#管道模块	个	21
12	4#阀门/设备模块	个	10
				13	5#钢结构模块	个	53.3
14	5#管道模块	个	21
				15	5#阀门/设备模块	个	10.7
16	6#钢结构模块	个	51.1
				17	6#管道模块	个	21
18	6#阀门/设备模块	个	3.2

在模块预制步骤中，是以工厂化制造方式制造诸如图2以及表1中所示出的各模块。也就是说，在本发明的方法中，模块是在远离建造现场的预制车间和/或在建造现场附近的预制区域中进行预制的。

在实际操作中，在进行模块预制之前，最好针对每个具体模块的制造先进行工艺设计，规划出完成该模块的制造所需的工序；编制每道工序的作业卡，规定施工方法、技术要求、工步的顺序及产品检验方法要求；针对各种类型模块需求，增加辅助工装和胎具及托架的设计；对制造、组装、调试、现场安装等阶段的工艺进行整体布置。以上步骤和内容的工作由各阶段的建造方现场设计部门的设计人员来实现，核岛工程总建造方负责协调和接口管理。

在进行模块预制之前，通常还要准备预制车间。图4示出了一个示例性的预制车间。图4所示用于模块的组装和试验，适用于重量40t以下的设备模块的组装。图4(a)是该预制车间的总体图，如图所示，该车间为一单跨车间，轴线尺寸96m×21m，占地面积2044m²。图4(b)示出了该车间的内部区域划分，该车间划分如下区域：设备模块组装区、材料存放区、小管加工区、组焊加工区、工具存放间、工具临时存放区、办公室、更衣室。其中，在该车间中，1-4号组装区为静设备模块组装区，5-7号组装区为动设备模块组装区。图4(c)是该车间的内部全景图。图4(d)是该车间的内部鸟瞰图。如图4(d)所示，该车间布置2台桥吊，运行于同一轨道上；每个组装区布置1台定柱式电动旋臂起重机，共7台。图4(e)示出了该车间内的4静设备模块组装区，静设备模块组装平台采用枕木搭设，上铺钢板，水平度调整至安装要求后进行组装工作。图4(f)示出了该车间的动设备模块组装区，动设备模块组装平台采用型钢焊接搭设，上铺钢板，水平度调整至安装要求后进行组装工作。

核电站核岛工程模块化施工如何解决和控制从模块的最基本构件制造、组装模块，直至将模块正确安装到核电站核岛设计位置的过程产生的偏差，是核岛工程模块化施工成功的关键标志。在本发明中，在进行模块预制之前，通常还要建立一种模块车间水准控制网，其参数选用模块在核岛厂房实际位置的平面与高程数据，该水准控制网是为模块制造测量而建立的平面控制测量和高程控制测量的总称。在建立该水准控制网时，首先分析模块的基本结构、选择控制基准点，以每个预制的模块为对象，按该模块在核岛厂房实际位置的数据，选择一个符合每一模块制造精确定位参数的坐标点为制造测量的原点，该点应包括平面坐标值和高程坐标值。控制基准点的参数是随着预制模块的不同而改变。这样，在模块制造阶段，在模块车间预制区内以要制造的模块为对象建立该模块制造控制网，在测区内选择一系列控制点，在各控制点上建立地面标志和测量觇标以形成闭合多边形，从而构成水准控制网，以控制该模块的总体布置，保证该模块在实际核岛厂房内与各构筑物轴线之间的相对位置偏差符合要求，且满足模块制造过程中精确测量定位及放样需要、模块在模块车间水准控制网内按设计图纸及规范标准要求进行制造和组装成子模块、模块。这样模块在车间制造、组装与现场的施工都是在相同的水准控制体系内按相同标准并行展开，可以有效消除制造和安装施工中产生的超标准偏差。

当预制车间以及水准控制网建立之后，就可以进行模块预制了。图5示意性地示出了以设备为主体的带有管道和型钢结构的一种设备模块在图4所示预制车间内的组装过程。该设备模块的总体视图如图5(0)所示，模块外形尺寸：10.10m×2.56m×3.66m；模块重量：42.794t；模块包含的设备有1台过滤器，3台离子交换器以及若干管道和金属结构。。图5(1)-(11)示出了该模块的组装过程(如图中箭头所示顺序)。第一步：如图5(1)所示，搭设组装平台并铺设钢板，在组装区域放设模块组装基准点并在平台尺寸放线(本模块的基准点赋值X＝289.1M，Y＝278.6M，EL.＝98.6M)。第二步：如图5(2)所示，在平台上完成模块底部结构组装。第三步：如图5(3)所示，在模块底部结构上安装完成模块屏蔽钢板及其支撑。第四步：如图5(4)所示，在模块底部结构上安装过滤器和交换器设备并完成就位精调。第五步：如图5(5)所示，安装完成模块屏蔽钢板上的管道支架和管道安装。第六步：如图5(6)所示，在模块底部结构上安装完成模块侧向结构及门框架结构I阶段。第七步：如图5(7)所示，完成模块门框架结构上管道支架安装。第八步：如图5(8)所示，完成设备模块上所有管道安装。第九步：如图5(9)所示，完成模块侧向结构及门框架结构II阶段安装。第十步：如图5(10)所示，模块门及其附件安装。第十一步：如图5(11)所示，完成模块组装并吊运出厂，送现场安装。

特别是，在模块组装完毕后，就可以在预制车间对模块进行进行管道试压、设备调试等试验。

通常，核岛厂房以及辅助厂房包括多层。厂房建造步骤和模块安装步骤通常交错循环进行，即，每建造完当前层的基础层面以及一层墙体，用作安装所述模块的基础，然后就安装属于当前层的模块。

图6示意性地表示出核电站核岛厂房建筑结构的局部分层及分段方式。下面结合图2、图6来描述本发明方法中的厂房建造以及模块安装。在一个实施例中，按如下步骤进行：

(1)现场准备，可以由建造承包商和土建分包商准备场地，包括用于模块运输/组装的道路、场地以及核岛建筑的厂房基层。厂房基层通常是由厚的整体筏形基础构成，在此步骤中通常还应完成一层墙体施工，使核岛厂房具备模块安装的基础。

(2)根据一个示意性实施例，将核岛厂房标高EL+132.57M处的喷淋钢以及上部的管道、设备和阀门划分为18个模块(参数见表1)，在预制工厂完成各个模块的构件预制(钢结构、管段以及管道支撑)，并运至现场的组装场地准备组装各个模块。

(3)模块组装，根据一个示意性实施例，核岛厂房标高EL+132.57M处的18个模块可以分别划分为6组相对独立，有着极其相似甚至完全相同结构的钢结构模块、管道模块、阀门/设备模块。图3中展示了1组模块的组装过程，在这个阶段首先布置组装支撑(或平台)建立测量控制网络，然后组装钢结构模块形成上部管道模块组装用平台，最后完成阀门/设备模块的组装。

(4)重复步骤(3)中各种类型模块安装的循环和基础层面的混凝土浇筑：重复上述图3中1-4步的操作循环，此循环过程持续到核岛厂房标高EL+132.57M处的18个模块组装工作结束。

(5)模块安装，根据一个示意性实施例，安装标高EL+132.57M的18个模块，如将图3中第4图示组装完成的模块组用大型吊装设备吊入设计位置(如图6中所示)，对模块位置进行精确调整并固定。

在本发明的方法中，在模块预制步骤中也可以利用计算机三维模型技术。该三维模型技术的运用可以比较直观地表现出各类安装实体的相关位置，为核电站建造安装的工程施工设计、建造施工、调试运行提供可视化帮助。计算机三维模型技术则利用了计算机具备的强大的运行计算和存储能力、比较直观的可视效果及其支持核岛工程建造施工数据库实现三维模型数据化，其即具有三维模型原有的优点又具备模型相关数据输入/输出功能，可以方便快捷地应用于工程建造的各个层面。

本发明的模块化建造方法可以运用P3计划管理软件来规划核电站核岛工程的整体建造逻辑和施工计划并对其进行进度管理控制，根据各阶段模块制造施工地点安排的多元化也可采取模块的异地化制造管理模式，确保所有工作统一在一个共同进度计划的控制。

总之，本发明的模块化施工是一种有别于传统施工的一种先进的施工方式。本技术方案将可应用于国家新一代核电站的建造和施工中，它的优点在于在基于传统核电站安装的基础上，通过深入剖析传统建筑、安装等施工方法及其组织管理，依靠现代信息管理手段，将核电站建造安装的施工设计、土建安装、现场安装、现场调试等各阶段的工序进行合理、有序的组合、优化，形成一种先进的、全新的施工技术和施工管理方法。

Claims (9)

1.一种用于核电站核岛的模块化建造方法，包括如下步骤：

模块化设计步骤，对核电站核岛上游工程设计进行模块化设计，以将核电站核岛内的多个单元分割和/或组合成多个模块、模块之间以及模块与外部之间的连接单元；

模块预制步骤，以工厂化制造方式对各模块进行预制，其中所述模块是在远离建造现场的预制车间和/或在建造现场附近的预制区域中进行预制的；

厂房建造步骤，以开顶法施工方式建造核岛建筑的厂房；

模块安装步骤，将预制好的所述模块安装至所述厂房的预定设计位置，

其特征在于，该方法还包括模块调试步骤，用于对预制好的模块进行调试，所述模块调试步骤至少部分地是在模块安装步骤之前进行的，并且所述模块调试步骤至少部分地是在所述预制车间和/或预制区域中进行的。

2.根据权利要求1所述的模块化建造方法，其特征在于，在所述的模块化设计步骤中，进一步包括对每个模块进行现场详细设计以及模块制造步骤及工艺方法设计，并且对于每一个模块都要预先设计其部件加工和构件组合工艺，同时确定模块各部分的制造组装顺序和方式。

3.根据权利要求1所述的模块化建造方法，其特征在于，所述厂房包括多层，所述厂房建造步骤和模块安装步骤交错循环进行，对于每一层：

首先进行厂房建造步骤，包括建造当前层的基础层面；

然后进行模块安装步骤，包括安装属于当前层的模块。

4.根据权利要求3所述的模块化建造方法，其特征在于，对于每一层，所述厂房建造步骤还包括建造当前层的至少一部分墙体，用作安装所述模块的基础。

5.根据权利要求1所述的模块化建造方法，其特征在于，所述模块包括结构模块和设备模块。

6.根据权利要求1所述的模块化建造方法，其特征在于，所述模块预制步骤还包括：

根据模块的结构为模块选择控制基准点；

在所述预制车间和/或预制区域为模块建立水准控制网，该水准控制网的参数是来自于该模块在核岛厂房中的实际位置数据；

其中，基于所述控制基准点在该水准控制网中的预定位置来控制所述模块的总体布置。

7.根据权利要求1所述的模块化建造方法，其特征在于，所述预制车间具有基本上覆盖整个预制车间的起重调运装置。

8.根据权利要求7所述的模块化建造方法，其特征在于，所述预制车间具有多个组装区域，每个组装区域布置有各自的起重调运装置。

9.根据权利要求8所述的模块化建造方法，其特征在于，所述多个组装区域包括静设备模块组装区域、动设备模块组装区域和/或钢结构模块组装区域。

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