JP5391836B2 - モジュール構造物及びプラントの建設工法 - Google Patents

Description

本発明は、モジュール構造物及びプラントの建設工法に関わり、特に原子力発電などのプラント建設に好適なモジュール構造物及びプラントの建設工法に関する。

原子力発電プラントなどのプラントは、鉄筋コンクリート構造の建屋であり、設備機器毎など複数の小部屋に区分けされている。従来のプラントの建設工法は、大別すると、プラント建屋を設備機器の取り付け毎など任意に区分けした小部屋を複数形成する工程と、形成した各小部屋内に据え付ける配管・設備機器の取り付け工程がある。

図１０は従来のプラント建設の説明図である。図１０（ａ）に示すようにプラント建屋を区分けした小部屋１は、コンクリートを打設した床面２が完了した後、壁面３を形成するための作業用足場５を組み立てる。そしてコンクリートを打設した壁面３が完了した後、小部屋内の設備機器の取り付け作業を行っている。配管・設備機器を構成する部品（以下設備機器部品という）４の搬入は、天井面から大型クレーンを用いて小部屋１内に取り付ける設備機器部品４の搬入を行っている。そして小部屋内の設備機器の据え付けが完了した後、小部屋１の天井面にコンクリートを枠型に打設して形成している。

このような従来の建設工法では次のような課題があった。
（１）小部屋１の壁面３を施工した際のコンクリート壁打設用の作業用足場５が屋内に残っているため、天井面の開口スペースが小さくなる。従ってコンクリート壁打設用の作業用足場５と大型クレーンで吊り下げられた設備機器部品が互いに干渉してしまい小部屋内に搬入する物量が制約されてしまう。また１回の搬入量が制限されるため、大型クレーンを用いた搬入を複数行わなければならない場合がある。

（２）図１０（ｂ）に示すように壁面３の近辺に設備機器を取り付ける際に、予め設置したコンクリート壁打設用の作業用足場５を移動させてから取り付け作業を行わなければならず、作業用足場を移動する作業が多発する。このような足場の移動は解体及び組み立てを行うことがあり、建築工程が一端中断してしまう。

（３）大型クレーンによる搬入は、設備機器部品を一時的に床面に仮置きしている。このため設備機器の施工が進むに従って仮置きする場所が確保できなくなり前述同様に建築工程が一端中断してしまう。
このように従来の建設工法ではコンクリートの打設期間と設備機器の搬入期間が重なり、建設工程に大きく影響していた。

一方、建設工期を短縮化するために予め設備機器部品を取り付けたモジュール構造物を適用した建設工法がある。このようなプラント設備の建設工法として特許文献１、２が開示されている。

特許文献１に開示された配管モジュール工法は、予め外部の工場で機器、配管等を構造体に組み付けてユニット化しておき、機器室の床を施工した後、ユニットを搬送して、据え付けし、配管、空調ダクト等を連結させて、工事の容易、迅速化を図っている。

特許文献２に開示された配管モジュール工法は、天板に吊下手段を介して構成部品を吊るし、構成部品の吊下状態を保ちながら、走行用レールを移動し、クレーンで引き上げて設置場所に移送している。

特開昭６２−２２８９７５号公報 特開２０００−７２３７９号公報

しかしながら特許文献１に開示の配管モジュール工法は、工場で本設の操作架台に各種の機器類、配管類を設計箇所に組み付けて本設し、現場に搬入して、配管モジュールごと溶接等により固定している。このため、小部屋において本設の操作架台が計画されていない現場には、配管を正規の位置に設定することができず、モジュール工法が適用することができないエリアが多々あった。また工場からの搬送できるモジュールの大きさ、重量に制約があること、及び搬送コストの上昇等の問題があった。

特許文献２に開示の配管モジュール工法は、吊下手段で構成部品を吊り下げることにより、構成部品の転倒防止用の部材や仮設補強材を設ける必要がなく、形成又は分解の手間を省略化させることができる。しかし吊下手段は、上下に重なる構成部品を吊り下げることができないため、適用が限定されてしまうという問題がある。また構成部品の重なりが多い場合には、位置合わせの精度が得られない問題があった。

そこで上記従来技術の問題点を解決するため、本発明は、本設の操作架台が計画されておらず配管モジュールが計画できない小部屋においても屋外でモジュール化することができ、プラントの建設工期を短期化可能なモジュール構造物及びプラントの建設工法を提供することを目的としている。

本発明のモジュール構造物は、プラントを構成する小部屋に配置する設備機器部品を設計箇所に仮支持し、前記設備機器部品の取り付け及び前記小部屋を形成するための足場を構成するサポート部材と、前記サポート部材を固定可能とし、前記小部屋に搬入した後に取り外して吊り上げ可能な吊り上げ上面の水平フレーム及び垂直フレームを有し、実質的に前記小部屋の内部形状に等しく、前記設備機器部品の据え付け後に撤去可能な箱状のフレームと、前記サポート部材及び前記フレームを仮組みする着脱可能な締結手段と、を備えたことを特徴としている。

この場合において、前記締結手段は、複数の嵌合孔を形成した連結金具と、前記嵌合孔に嵌合するピンとからなり、前記サポート部材及び前記フレームに形成した開口に前記嵌合孔を位置合わせして、前記ピンを挿入し固定するとよい。

また前記サポート部材は、前記フレーム内で複数の部材を互いに任意の間隔と角度で立体的に組み合わせて形成してあるとよい。
また前記設備機器部品は、クランプを用いて前記サポート部材に仮止めするとよい。

本発明のプラントの建設工法は、プラントを構成する小部屋に配置する設備機器部品を設計箇所に仮支持するサポート部材と、前記サポート部材を固定する実質的に前記小部屋の内部形状に等しく、前記設備機器の据え付け後に撤去可能な箱状のフレームとからなるモジュール構造物を配置箇所のクレーン可動範囲内で形成する工程と、前記モジュール構造物を前記小部屋の床面を施工した設備機器の配置箇所に搬入する工程と、前記モジュール構造物の吊り上げ上面の水平フレーム及び垂直フレームを取り外し吊り上げて撤去する工程と、前記設備機器部品の取り付けと並行して前記小部屋の壁面又は天井面を形成する工程と、前記壁面又は天井面を形成した後、前記モジュール構造物の中で前記フレームまたは前記サポート部材を解体し撤去する工程と、を有することを特徴としている。

本発明のモジュール構造物は、本設の操作架台が計画されていない、即ち小部屋の空中に配管を据付ける場合、着脱可能な締結手段により仮組みしたモジュール構造物を用いているため、機器、配管等を据え付けと並行して小部屋の壁面及び天井面の施工作業を行うことができる。従って建設工期の短期化を図ることができる。またモジュール構造物は設備機器部品を仮支持しているため、小部屋に搬入して本設する際に埋込金物等の基礎や、既設配管との位置調整をすることが容易である。

またモジュール構造物のサポート部材は、設備機器部品を仮支持すると共に、据付作業及び建設兼用の足場を構成しているため、前記据付けと平行して小部屋の施工作業を行うことができると共に、据え付け箇所に新たに足場を設ける必要がなく、建設工期の短期化を図ることができる。

プラントの説明図である。 本発明のモジュール構造物の説明図である。 サポート部材の変形例の説明図である。 締結手段の説明図である。 クランプの説明図である。 クランプする際の高さと平面位置合わせの説明図である。 本発明の係るプラントの建設工法のフローチャートである。 モジュール構造物の搬入から壁面形成までの工程説明図である。 天井面形成からモジュール構造物のフレーム及びサポート部材の搬出までの工程説明図である。 従来のプラント建設の説明図である。

本発明のモジュール構造物及びプラントの建設工法の実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
図１はプラント設備の説明図である。図２は本発明に係るモジュール構造物の説明図である。

図１に示すように、本発明のモジュール構造物を適用するプラントは一例として、原子力発電プラントを対象として以下説明する。原子力発電プラント１００は、中心部の原子炉圧力容器１２０のほか多数の設備機器から構成されており、原子炉圧力容器１２０の周囲には、設備機器毎など複数に区分けされた小部屋１４０が形成されている。小部屋１４０には、各種の設備機器および多数の配管（設備機器部品１３０）が取り付けられる。

本発明のモジュール構造物１０は、小部屋１４０の内部空間に大型クレーン１６０を用いて搬入可能な箱状に形成されている。図２に示すようにモジュール構造物１０は、フレーム２０と、サポート部材３０と、締結手段４０とから構成されている。

フレーム２０は、図１に示すように、小部屋１４０に配置する設備機器・配管などの設備機器部品１３０を外部から搬入するため、所定の強度を備え、一例としてＨ型鋼材を用いた複数の水平フレーム２２及び垂直フレーム２４からなる。水平及び垂直フレーム２２，２４を組み合わせて、図２に示すように小部屋の内部空間に搬入可能な箱状に形成している。水平フレーム２２及び垂直フレーム２４の組み立ては、吊上げ面となる上面の水平フレーム２２ａと垂直フレーム２４とは溶接などの固定手段により固定し、下面の水平フレーム２２ｂと垂直フレーム２４とは、後述する着脱可能な締結手段４０を用いて仮組みしている。なお仮組みは、小部屋１４０に搬入する設備機器部品１３０の重量に耐えうる強度が維持できるように設定している。

サポート部材３０は、小部屋１４０に配置される設備機器部品１３０を設計箇所（小部屋１４０の内部空間）に仮支持する部材である。サポート部材３０は、図２に示すように一例としてＬ型鋼材を用いることができる。サポート部材３０は、後述する締結手段４０又はクランプ５０を用いて設備機器部品１３０を仮支持するとともに、フレーム２０に仮固定させている。またサポート部材３０は、本設の配管ルートに合わせた必要最低限の配置構成とし、大型クレーン１６０での吊上げ荷重に耐えうる強度に設定している。これにより、仮設材となるサポート部材３０の重量およびコストを大幅に低減することができる。

図３はサポート部材３０の変形例１の説明図である。図示のように、サポート部材３０は、箱状のフレーム２０内において、複数の短管パイプ３２を格子状、即ち複数の短管パイプ３２を互いに任意の間隔と角度で立体的に組み合わせて形成し、設備機器部品１３０を仮支持すると共に、建築用足場として用いることができる。

図４は締結手段の説明図である。同図（ａ）は連結金具の斜視図であり、（ｂ）はピンの斜視図であり、（ｃ）はフレームに取り付けた締結手段の説明図である。締結手段４０は、図示のように連結金具４２とピン４４とから構成されている。

連結金具４２は、一例としてフレーム２０のフレーム幅長さに合わせたＬ型鋼材の側面に所定間隔の嵌合孔４３を複数穿孔している。またサポート部材３０及びフレーム２０は、嵌合孔４３と同間隔の開口３４，２６が、長手方向に沿って複数形成されている。また連結金具４２は、一側辺の両端に一対の支持片４１を形成している。支持片４１にはフレーム２０の開口２６と対応する位置に嵌合孔４３が形成されている。図４（ｃ）に示すように水平フレーム２２及び垂直フレーム２４を仮組みする際に、垂直フレーム２４の断面Ｈ型の平面が連結金具４２の側面に接触しない場合がある。このため、連結金具４２の一側辺と交差する方向に支持片４１を設けることにより、垂直フレーム２４の平面に連結金具４２の支持片４１を接触させて、嵌合孔４３と開口２６を位置合わせすることができる。

ピン４４は、取手部４５と挿入部４６から構成されている。挿入部４６は、嵌合孔４３及び開口２６，３４に挿入する部材であり、嵌合孔４３及び開口２６，３４の孔径よりも僅かに小径に設計してある。挿入部４６の側面にはフック４７が形成されている。図４（ｂ）に示すピン４４ａのフック４７ａは、挿入部４６の先端側で軸心と交差する方向に回転軸を形成している。これにより、挿入部４６を嵌合孔４３及び開口２６に挿入した後、先端のフック４７ａを軸心と交差する位置まで回転させてピン４４を嵌合状態で固定することができる。なおピン４４ａはフック４７ａを軸心と平行となる位置まで回転させることにより、嵌合孔４３及び開口２６から容易に取り外すことができる。

またピン４４ｂは、挿入部４６の長手方向に沿って、一対のフック４７ｂを形成している。フック４７ｂは、挿入部４６の内部に弾性体（不図示）を設けてあり、挿入部４６の側面から三角形状の突起を進退可能に突出させている。これにより、挿入部４６を嵌合孔４３及び開口２６に挿入する際、フック４７ｂが孔側面に押圧されて、挿入部４６内に収容され、貫通した後、挿入部４６内の弾性体により押し出されて、ピン４４を嵌合状態で固定することができる。なおピン４４ｂは、フック４７ｂを押圧して挿入部４６内に収納した状態で、嵌合孔４３及び開口２６から容易に取り外すことができる。
なおサポート部材３０の接続においては、連結金具４２を用いず、開口にピン４４を挿入することにより締結することができる。

図５はクランプの説明図であり、図３の構造を採用した場合のクランプ方法である。クランプ５０は、サポート部材３０に設備機器部品１３０を固定する治具である。なお図５ではサポート部材３０に短管パイプ３２を用いた場合について説明する。クランプ５０は、図示のように短管パイプ３２に接続させる固定部５２と、設備機器部品１３０の配管を拘束する支持部５４から構成されている。固定部５２は、短管パイプ３２の外周を把持固定するクリップである。支持部５４は、固定部５２と接続し、４本のパイプを矩形状に連結している。支持部５４は、対角線上の結合部分に回転可能なピン結合を用いている。これにより配管の外周を支持部で挟んで固定し、固定部５２を短管パイプ３２に固定する。（ａ）に示すクランプ５０の他、設備機器部品の据え付け位置に応じて固定部５２と支持部５４の接続位置を（ｂ），（ｃ）のように変えることができる。また（ｄ）に示すように２つの固定部５２を支持部５４に接続させて、設備機器部品の仮支持を補強することもできる。

図６はクランプする際の高さと平面位置合わせの説明図である。図示のようにサポート部材３０にＬ型鋼材を用いた場合、２本のサポート部材３０を締結手段４０を用いて垂直及び水平方向に組み合わせて水平面を形成する。水平面上に一対の調整部材３６を締結手段４０のピン４４を用いて取り付ける。調整部材３６は断面三角形状であり、斜面を対向させて形成した凹部に配管を載置する。配管の高さ位置は、一対の調整部材３６の取り付け位置を配管軸心と交差する方向に任意調整することにより設計位置（高さ又は平面位置）に合わせることができる。

上記構成による本発明のモジュールを用いたプラントの建設工法について以下説明する。
図７はプラントの建設工法のフローチャートである。図８はモジュール構造物の搬入から小部屋の壁面を形成するまでの工程説明図である。図９は小部屋の天井面形成からモジュール構造物のフレーム及びサポート部材の搬出までの工程説明図である。

プラント建屋周辺には大型クレーン１６０でモジュール構造物１０を吊り上げて小部屋１４０に搬入する際に、図１に示すようにモジュール構造物１０を仮置きする組立エリア１５０がある。本発明のモジュール構造物１０は、このエリア内で形成させている。これにより、工場からモジュールを輸送して来る場合に比べて、機器類を固定する手段が簡便なもので済み、後々の位置調整、位置変更にも容易に対応可能となる他、プラント建屋外部の工場等で予め組立ててから建屋周辺まで搬送手段により持ち込む場合に比べて輸送費を削減することができる。モジュール構造物１０の組立ては、搬入する小部屋１４０の内部空間に合わせた箱状のフレームを形成する。具体的には、吊上げ面となる上面の水平フレーム２２ａと垂直フレームは溶接等の固定手段により固定する。また下面の水平フレーム２２ｂと垂直フレーム２４を着脱可能な締結手段４０を用いて仮組みする。次にフレーム２０又はサポート部材３０を用いて、設備機器部品１３０を設計箇所、即ち小部屋１４０の内部空間で設備機器部品１３０が正規の取り付け姿勢を保持できるように仮支持させる。このとき配管はクランプ５０を用いてサポート部材３０に取り付けている。配管の取り付け姿勢に合わせて、固定部５２と支持部５４の位置を調整したクランプ５０を用いている（ステップ１）。

次に図８（ａ）に示すように、床面１４２のコンクリート施工が完了したプラントの小部屋１４０に大型クレーン１６０を用いて、前記モジュール構造物１０を搬入（先入れ）する（ステップ２）。このとき小部屋１４０は、少なくとも床面１４２が形成された状態である。また小部屋１４０は、本設の操作架台が計画されていないケースを示している。即ち本設の操作架台はフレームにコンクリートを打設して小部屋１４０の壁面を構成するものであり、設備機器部品がそのまま設計箇所に固定（本設）される架台となる。しかし本発明のモジュール構造物１０は、フレームが壁面を構成するものではなく、本設される架台を構成しない仮設架台である。またサポート部材３０は、設備機器部品１３０を仮支持するほかにも、据付作業の作業用足場及び小部屋の壁面又は天井面を形成する際の建設用足場として用いることができる。

小部屋１４０にモジュール構造物１０を搬入した後、吊上げ面（上面）の水平フレーム２２ａ及び垂直フレーム２４に仮固定したサポート部材３０の締結手段４０を取り外す。そして大型クレーン１６０で、水平フレーム２２ａ及び垂直フレーム２４のみを吊上げ、小部屋１４０から撤去する。これにより、設備機器部１３０を仮支持する必要最小限のフレーム２０及びサポート部材３０が小部屋１４０内に残り、不要となったフレーム２０を効率的に撤去することができると共に、作業スペースを確保することができる。

また大型クレーン１６０による設備機器部品１３０の搬入回数を低減することができる。さらにモジュール構造物１０の作業用足場を構成するサポート部材３０は、搬入した後、直ちに壁面の形成又は設備機器部品１３０の取り付けと兼用することができる。

図８（ｂ）に示すように小部屋１４０の壁面１４４を形成する際にコンクリートを打設する型枠１４５をモジュール構造物１０の外周に設置する（ステップ３）。またモジュール構造物１０の上面スペースに天井面から設備機器部品１３０を追加することもできる。そして型枠１４５にコンクリートを流し込みコンクリートの壁面１４４を形成する。

図８（ｃ）に示すようにコンクリートの打設後、型枠１４５及び壁面１４４の建築用足場の一部を撤去する。次に天井面を形成するための型枠１４７をモジュール構造物１０の上面に取り付ける。この工程と並行して、壁面１４４と設備機器部品１３０の接続作業を行うと共に、小部屋１４０の低層エリアでは、設備機器部品１３０の据え付け作業を行う（ステップ４）。そして、据え付け作業後に不要となったサポート部材３０の一部を撤去する。

次に図９（ａ）に示すように天井面の型枠１４７にコンクリートを打設して天井面１４５を形成する。打設した後、小部屋１４０内部の塗装を行い、建屋の建築用に用いる作業用足場を撤去する（ステップ５）。
図９（ｂ）に示すように小部屋１４０内の残りの全設備機器部品１３０の据え付け作業を行い、据え付け後の設備機器を塗装及び保温する（ステップ６）。

最後に図９（ｃ）に示すようにモジュール構造物の中でモジュール構造物を構成する水平フレーム及びサポート部材３０を解体して建屋内から搬出し、小部屋１４０内の設備機器の据え付けが終了する（ステップ７）。
以上、本発明のモジュール構造物及びプラントの建設工法は、原子力発電プラントを対象に説明したが、プラントはこれに限らず、各種工業用プラントに適用可能である。

このような本発明のモジュール構造物及びプラントの建設工法によれば、小部屋に配置する設備機器部品を設計箇所に仮支持したモジュール構造物を搬入し、小部屋内で設備機器部品の据え付けと並行して小部屋の壁面及び天井面を形成することができる。従って、プラントの工期を大幅に短期化することができる。

本発明のモジュール構造物及びプラントの建設工法は、原子力発電プラントのほか各種プラントの建設に適用可能である。

１………小部屋、２………床面、３………壁面、４………設備機器部品、５………作業用足場、１０………モジュール構造物、２０………フレーム、２２………水平フレーム、２４………垂直フレーム、２６………開口、３０………サポート部材、３２………短管パイプ、３４………開口、３６………調整部材、４０………締結手段、４１………支持片、４２………連結金具、４３………嵌合孔、４４………ピン、４５………取手部、４６………挿入部、４７………フック、５０………クランプ、５２………固定部、５４………支持部、１００………原子力発電プラント、１２０………原子炉圧力容器、１３０………設備機器部品、１４０………小部屋、１４２………床面、１４４………壁面、１４５………型枠、１４６………天井面、１４７………型枠、１５０………組立てエリア、１６０………大型クレーン。

Claims (5)

1. プラントを構成する小部屋に配置する設備機器部品を設計箇所に仮支持し、前記設備機器部品の取り付け及び前記小部屋を形成するための足場を構成するサポート部材と、
   前記サポート部材を固定可能とし、前記小部屋に搬入した後に取り外して吊り上げ可能な吊り上げ上面の水平フレーム及び垂直フレームを有し、実質的に前記小部屋の内部形状に等しく、前記設備機器部品の据え付け後に撤去可能な箱状のフレームと、
   前記サポート部材及び前記フレームを仮組みする着脱可能な締結手段と、
   を備えたことを特徴とするモジュール構造物。
2. 前記締結手段は、複数の嵌合孔を形成した連結金具と、前記嵌合孔に嵌合するピンとからなり、前記サポート部材及び前記フレームに形成した開口に前記嵌合孔を合わせて、前記ピンを挿入し固定することを特徴とする請求項１に記載のモジュール構造物。
3. 前記サポート部材は、前記フレーム内で複数の部材を互いに任意の間隔と角度で立体的に組み合わせて形成してあることを特徴とする請求項１又は２に記載のモジュール構造物。
4. 前記設備機器部品は、クランプを用いて前記サポート部材に仮止めすることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のモジュール構造物。
5. プラントを構成する小部屋に配置する設備機器部品を設計箇所に仮支持するサポート部材と、前記サポート部材を固定する実質的に前記小部屋の内部形状に等しく、前記設備機器の据え付け後に撤去可能な箱状のフレームとからなるモジュール構造物を配置箇所のクレーン可動範囲内で形成する工程と、
   前記モジュール構造物を前記小部屋の床面を施工した設備機器の配置箇所に搬入する工程と、
   前記モジュール構造物の吊り上げ上面の水平フレーム及び垂直フレームを取り外し吊り上げて撤去する工程と、
   前記設備機器部品の取り付けと並行して前記小部屋の壁面又は天井面を形成する工程と、
   前記壁面又は天井面を形成した後、前記モジュール構造物の中で前記フレームまたは前記サポート部材を解体し撤去する工程と、
   を有することを特徴とするプラントの建設工法。