上海森松制药设备工程有限公司
摘要：本文主要是对模块化施工中管道接口偏差的分析，从接口类型、案例分析、控制措施、应用分析几方面进行阐述，提出解决方案，优化接口的设置，进一步提升模块化施工效率。
关键词：模块；管道接口；分析；优化
引言
模块化施工，是在工程建造中最大化的利用厂外进行预制和安装，大量引入平行作业，将土建、安装、调试等工序进行深度交叉，旨在缩短建设周期，进而降低工程造价。此外，在工厂里进行预制和组装工作，能改善施工环境，提高工程质量。模块化制造已经在许多行业中得到广泛应用，如制药厂房、日化工厂、核电站、方舱医院等。因此，针对模块化施工进行分析，优化施工方法，具有非常大的实用价值和经济价值。
1.模块化施工中常见的管道连接类型
1.1模块和模块连接
相连模块内的管道都已预制完成，模块在现场就位后，将模块间的断点连通。
1.2模块和现场管道连接
模块内的管道已预制完成，模块现场就位后，将现场管道接至模块预留口上。
1.3散件现场安装
模块化设计中，受客户使用需求、厂房功能划分、包装、运输等影响，往往不能全部做成模块化交付客户，会有少量的材料需要预制完成后以散件的形式发到现场安装，如屋顶上、物流通道、外墙上、地下爬行层等的材料设备等。
2.工程案例
本文以美国AMGEN项目作为案例进行分析，该项目位于美国罗德岛州，包括公用工程、给排水、消防和洁净管道。为两层制药厂房，共83个模块、呈U型布置，一层为工艺生产区，二层为机械设备区，分A、B、C、D、E区，区域连接顺序是D→B→A→C，E区是在美国现场安装的物流通道、有10个管廊、与四个区域相连。建筑模块按设计平面图布置在公司2个车间内，B、D区一个车间，A、C区一个车间（因行车阻挡，两个区域分开布置）。管道及部件的安装在建筑模块内进行。在公司预制完成后，拆除连接段，做好标识，连同模块和散件材料发货到美国现场进行安装。美国现场项目执行过程中，出现如下管道接口问题：①模块240的连接段，预制阶段试装可以连接，吊装后，X、Y方向偏差是+4mm、-3mm，无法与相邻的三个模块接口；②地漏在二层地面，其排水管道在一层吊顶里，一层和二层之间有现场安装的连接段，所有的地漏焊口都在二层底板标高处，焊口被一层屋顶保温阻挡，没有焊接空间；③模块120接122、121接122的消防管道压槽连接处，被风管阻挡，安装空间不够；④模块203和204相连接的雨水管道（203模块因底部设备抬高，无法与204管口试装），两个水平接口的固定端在横向偏差分别是+15mm、-6mm，无法接口；⑤PVC雨水管道连接段用带凸缘的管接头，但两边都是固定端，接头一端接好后另一端无法接入管道；⑥一层是洁净区，吊顶内有管道连接段，在公司预制阶段，考虑现场安装方便，大部分管道设置为法兰和卡箍连接，现场客户和三方检验提出，在吊顶内设置法兰和卡箍连接，有漏水风险，需要全部更换为焊接形式。
3.接口偏差分析
3.1累计偏差导致无法连接
一测量偏差：模块内的基准点、模块内管道的实际位置，是工人依据图纸并通过测量工具测绘到模块中。管道安装偏差满足标准要求，但是两个对接的固定端的偏差方向、偏差数值不一致，连接段无法安装，发货前需要调整。
二预制阶段偏差：对于模块和模块直接连接的管道，具备试装条件的，在工厂内检查接口是否存在偏差。如果受预制场地条件限制，无法通过试装检查偏差，会出现如第2节中序号4所述问题。
三模块吊装偏差：连接段在试装时可以正常连接，模块在现场吊装就位时产生偏差，影响连接段安装，如第2节中序号1所述问题。
3.2管道连接无操作空间
一设计阶段自查：图纸审查时，在管道的单线图、平面图中，无其他专业的物项，无法判断连接段的周围是否有现场施工空间。3D模型检查时，模型里各专业的物项纵横交错，对检查人员的判断有影响，会出现如第2节中序号2和3所述问题。
二设计阶段互查：如果模块和连接段的设计责任方不同，当条件互提不清晰时，会出现设置的连接段无操作空间。
三施工中：设计阶段没有操作空间问题，在模块内各专业物项安装时发生变更修改，修改后的空间位置使连接段在现场安装时没有施工操作空间。
3.3接口形式不满足安装或维护的要求
一在模块化管道接口中，大部分的连接都是模块间的，模块两端的管道都是固定端，接口形式就要考虑施工的可操作性。因为固定端的管道无法转动、无法在水平和竖直方向移动，如螺纹、承插（胶接）的连接形式一般无法满足要求，如第2节中序号5所述问题。
二即使选择没有施工操作空间问题的连接形式，如果不根据连接段所处的位置设置连接形式，会增加成本、增加检维修或运行时的风险。比如吊顶中的管道，设置法兰、卡箍的接口，则需要在每一处连接段的位置附近，让建筑专业设置检修口，否则无法检维修，也会增加成本。如第2节中序号6所述问题。
4.管道接口偏差的控制措施
设计是施工的前置条件，在设计过程中，合理的设置管道接口，会降低现场无法连接的风险。但工厂预制和现场安装时有偏差的存在，做好预制过程中的质量控制，能进一步降低现场无法连接的风险，现场安装时，提早发现问题，提出解决方案，也会降低现场的质量和进度风险。
4.1累计偏差的控制
在模块化施工中，累计偏差导致连接段无法安装，是最常见的问题，因此，累计偏差的控制也是管道接口偏差控制的重点。针对第2节中序号1和4的问题，现场的解决办法是拆除管道，重新安装。为避免发生类似的问题，建议如下：
一测量偏差控制：管道安装前，首先要保证模块内的基准坐标清晰、准确，确保放线依据是正确的。施工过程中，加强对班组放线位置的检查，管道放线位置偏差得到控制，累计偏差就变小，固定端位置不准确的概率也会大幅降低。
二预制阶段控制：在模块预制阶段，对于固定端的位置，最简单的接口偏差控制方法是试装连接段。对于不具备试装条件的部分，可通过测量手段，分别测出两个连接的固定端的坐标，根据实际测量数据确定是否需要调整。对于模块管道预制和现场管道接口不是一个施工单位的情况，模块内管道预制时应加强固定端位置的控制，尽量按照设计位置（无偏差）留接口，所有管道预制完成后，将固定端的实际位置坐标如实填到施工记录中，反应出在X/Y/Z三个方向的偏差值，提供给现场安装单位，供其安装参考。
三吊装影响控制：模块现场吊装就位后，应及时检查连接段的偏差情况，可通过观察、用卷尺测量、用轻便的连接段试装的方法。如果发现吊装偏差造成大范围的连接段无法安装，应及时调整模块位置。
四现场安装控制：模块管道和现场管道连接，当现场管道接到模块附近时，应在现场管道连接段的X/Y/Z三个方向预留活口和余长，作为调节段，保证后续连接段施工的灵活性、可操作性。散件管道和现场管道接口时，可将最后接口处的几段管道进行现场预制，以便于调整尺寸进行接口。
4.2操作空间的控制
针对第2节中序号2的问题，解决办法是：将3”地漏本体平切出焊接4”×3”大小头的4寸端的尺寸，将钢管预制到大小头3”口上，最后焊接大小头4”与地漏的焊口。针对第2节中序号3的问题，解决办法是：拆除阻挡的风管，安装完连接段后，再恢复风管。建议如下：
一在项目的设计初始阶段，让施工经理、施工技术负责人等经验丰富的人员对设计人员做培训，以提高其对连接段设置的认识。在设计60%、90%的阶段进行设计评审，组织各专业的设计负责人和现场的施工负责人讨论连接段的操作空间和施工逻辑问题，根据讨论结果，优化图纸和3D模型，再下发施工图。
二车间预制阶段，施工偏差、设计阶段未检查出来、设计修改，可能导致连接段现场无安装操作空间的新问题出现，施工技术负责人应经常在模块内检查连接段现场安装的可操作性。如吊顶内管道连接段下方的吊顶板预留；焊口位置不应紧贴钢结构，不应设置在套筒内、应伸出套筒100mm以上；考虑焊接时焊把绕焊口一圈的圆形范围，考虑拧螺栓时扳手的挥动范围；对于空间紧凑或人无法进入的空间，可适当增加连接段长度，将连接点调整至便于操作的地方；风管和桥架等上方的连接段、应提前安装等。
三当模块内管道预制和现场管道接口是两家单位时，双方设计人员应在模块设计阶段，互相核实图纸和模型，检查连接段的操作空间问题，避免现场安装时再调整，影响工期。
4.3接口形式的控制
针对第2节中序号5的问题，解决办法是：让美国分包寻找货源，将带凸缘的PVC管接头，用不带凸缘的代替。针对第2节中序号6的问题，吊顶上的法兰和卡箍，全部切除，用直管焊接作为连接段。建议如下：
一连接段的接口形式首先应符合国标和设计规范中的要求，尽量不选择螺纹、承插（胶接）的连接，承插焊接是不可取的方法，如果以上两种接头形式不可避免，可选择螺纹活接、无凸缘的承插管件（胶接）作为接头。设计中应尽可能选择焊接、法兰、卡箍等易操作的接头形式。焊接形式安全性最好，但施工效率低。当根据需要所选的形式与国标、设计规范不一致时，需要征得客户和原设计方的同意。
二对于不易检维修位置的钢管连接段（如吊顶内）、漏水会造成重大影响的设备上方、风管等大体积物项的上方，须设置成焊接连接，确保安全性。法兰和卡箍连接，安装效率高，可应用到的管路较多，碳钢管、不锈钢管、塑料管、镀锌钢管等；可应用到的位置较广泛，除上述不易设置的位置外，基本可以选用这两种连接形式。
5.应用分析
广州GEKUBIO项目，同样是模块化建造的厂房。执行中，通过一系列措施控制管道安装偏差：增加管道质检员，检查管道安装位置；对于预制阶段无法试装的连接段，用全站仪测量固定端偏差，根据偏差调整；在模块吊装时，就位前，检查连接段可以正常连接后，最终就位；与现场分包的管道接口，设置150mm调节余量，用来调节。对于操作空间问题：设计阶段，对所有设计人员进行AMGEN项目经验反馈；3D评审时邀请车间施工经理、各专业设计负责人参与，将一二层连接段的固定端，调整至便于操作区域；调整连接段无操作空间处的空间布置。对于接口形式：将吊顶内法兰、卡箍形式的连接段，全部改为焊接。
心得体会：以往项目的经验反馈很重要，设计人员要接收相关培训。设计人员要有风险意识，考虑接口设计方案的风险大小和风险发生后损失的大小，从使用者的角度出发，考虑客户现场检维修方便，最终选择合理的设计形式。施工过程中，加强质量控制、检查现场安装空间问题，模块发货前要收集固定端的偏差数据，尽量在预制阶段将偏差调整完成。
结束语
模块化施工已在诸多领域得到应用，成为日趋流行和成熟的一项技术。但因设计疏忽、施工偏差、不同专业不同施工方交界面的存在，连接段的接口问题较为常见。各方参与人员，应及时收集各类问题、进行经验反馈。以上所述的管道接口偏差问题和控制措施，是本人总结美国AMGEN模块化厂房的施工经验，进行全面分析、提出建议，希望能为未来的模块化建造提供良好的借鉴，降低质量风险、进度风险，降低成本，加速模块化施工的发展。
参考文献
[1]《Scope of Work for Plumbing》Document No.: US2507‐T‐018957
[2]《Scope of Work on Site for Process and Plant Utility Piping》Document No.: US2507-T-018889
[3]《Piping Fabrication & Erection》Document No.: 63FGAL01-B-SP- 15103