文章摘要

本报告分析了我国核电工程建设面临的挑战及模块化建造技术的价值，梳理了模块化建造技术在核电行业的发展历程，提出了核电厂模块化建造的设计原则，总结了当前主流的三代核电技术模块化建造的应用情况，论证了模块化建造技术在核电行业应用中存在的问题与挑战，提出了针对性的改进策略和提升建议。

在我国构建以新能源为主体的新型电力系统中，核电作为重要的基荷电源将占有更大的比重，在重要性日益显现的同时，核电的安全性和经济性也越来越受到公众关注。

作为一直持续进行核电建设的国家，数十年来，我国核电建设者围绕“安全和高效”的核心要求，在研究和推动应用新技术的道路上坚持不懈努力。核电项目建设是核电发展的重要一环，为进一步提升项目建设的安全性和经济性，核电行业针对建设过程中遇到的问题不断探索并取得一系列成果，其中就包括核电厂模块化建造技术。

在此背景下，中国核能行业协会集中行业智慧组成课题组，针对我国核电工程建设中面临的多方面挑战，通过充分研究模块化建造技术的发展历程，及其在国内外核电工程建设中的应用实践和经验反馈，深入思考技术改进提升的策略、措施和建议，以进一步充分发挥模块化建造技术的优势，促进核电工程建设水平的整体提升。

1 模块化建造技术的发展背景

模块是可组合成产品（或系统）的、具有某种确定功能和接口结构的、典型的独立单元。所谓模块化，是为了取得最佳效益，从系统观点出发研究产品（或系统） 的构成形式，用分解和组合的方法建立模块体系并运用模块组合成产品（或系统） 的全过程。模块具有可互换性和快速重组的特性，通过模块化实行功能多样化和经济效益化，典型代表如“积木”。

近年来，随着各国工业能力和基建能力的提升，模块化建造技术被广泛应用于造船、路桥、海洋、石化和民用建筑等领域，优越性得到了充分验证，取得了长足进步，模块的体积、重量、系统集成度均达到了相当高的水平，为核电建设中模块化建造技术的应用提供了丰富的参考借鉴。

当前，我国核电行业工程建设面临着以下挑战：

（1）设计标准提高，建造难度增加；

（2）缩短建造工期和降低工程造价的需求迫切；

（3）建造质量要求高，现场施工管控难度大；

（4）核电“走出去”面临复杂的外部环境。

模块化建造技术通过大量引入模块，将原本在环境较复杂的工程现场施工的工作量提前安排在预制工厂和专用拼装场地作业，从而可以与主体工程多线并行高效施工。工厂环节借助于机械化、自动化、数字化、智慧化和现代物流，实现高质量制造、高效率生产、高水平管理。完善的模块化建造技术能够有效地提高施工质量、缩短建造周期、节约投资，从而实现核电建造质量、安全、进度、技术、成本更加有效地控制，是应对我国目前核电发展面临的挑战、促进行业健康可持续发展的重要措施。

2 核电厂模块化建造技术的设计研究

核电厂模块化建造技术可以追溯到 20 世纪 80 年代初期，美国 Bechtel 公司将核潜艇模块化建造的成功经验应用于核电工程建造并进行了大量的基础研究。Bechtel 公司与日本的日立公司一起推进了核电工程模块化技术的应用研究和项目实施试验，将一台核电机组建造工期由 80 年代的 62 个月降低到 48 个月（从浇筑第一罐混凝土到商运）。加拿大的 CANDU6 及改进型 ACR1000、俄罗斯的VVER 堆型中也应用了模块化建造技术。美国西屋公司将模块化的设计理念系统应用在 AP1000 研发中，真正从设计源头就明确了模块化设计、工厂化预制、现场组装的建造总体思路，实现了规模化、批量化的模块化建造技术在依托项目的实施应用。

我国的模块化建造技术在船舶、桥梁、海洋等非核工程领域得到了长足的发展和进步。在核工程领域，以全球首批四台 AP1000 机组为依托开展了大量的模块化应用，我国自主三代核电技术“国和一号”“华龙一号”建设中各参建单位也陆续开展了大量的模块化研究和应用，并形成了《NB/T 20501—2018，核电厂结构模块制造及验收技术规程》等 14 项标准。

核电厂模块化建造技术的核心理念是：通过转移现场工程量实现工地的均衡资源投入；通过扩大车间工作量实现工作环境改善、工作效率提高、产品质量提升；通过移动关键路径和改进施工技术实现总工期的缩短；通过整体工程模块的标准化设计、批量制造和合理高效的施工组织来实现建造成本的降低。模块化建造技术发展趋势有：设计标准化；集成复合化；体量大型化；实施规模化；建造智能化。

为更好发挥模块化建造技术的优势，应从设计阶段做好顶层策划，综合考虑核电厂功能、系统、结构设备、建造技术、项目计划、施工组织管理等因素后进行全面设计研究。模块设计应围绕：厂房结构布置合理性；施工组织便利性；成本与经济性的目标，模块分割时根据结构模块、机械模块的特点，遵循“宜模则模、宜大则大、宜小则小”的原则，从布局、结构形式、尺寸规模、功能搭配等方面综合权衡模块的设置。

3 核电厂模块化建造技术的应用实践

3.1“国和一号”模块化建造技术应用

“国和一号”系列核电堆型借鉴 AP1000 依托项目的经验，按照模块化设计理念，在三维设计的基础上，根据厂房布置、结构特点与系统功能要求，对厂房进行模块化分割，形成各类结构模块，如钢板混凝土结构模块（CA 模块）、钢模板结构模块（CB 模块）和钢框架、钢楼梯结构模块（CH/CS 模块）及屏蔽墙 SC 结构模块；同时，结合房间内系统设备布置情况，集合形成各类机械模块（机械模块分为设备模块和管道模块，具体划分为 KB、KU、KQ、R 和 Q 等 5 个不同的系列）；钢制安全壳（CV）划分为 5 个 700 吨级的模块化段。在“国和一号”“国和二号”的建设过程中，模块化建造技术得到了进一步优化：模块拼装方式更简便高效，模块完整性大幅提升，吊装安装更加轻量化、智慧化。

3.2“华龙一号”项目模块化建造技术应用

“华龙一号”系列工程的建设过程中探索并总结出了很多模块化施工的良好实践，有些良好实践又反馈给设计形成正向迭代并逐步固化。当前已采用和拟采用模块化施工，包括：安全壳钢衬里模块化施工，外层安全壳钢模板模块化施工、其他小型结构模块化施工和设备模块等。随着模块化技术分析和认识不断提升，模块化应用范围在不断拓展。

3.3EPR、VVER 及美国 AP1000 模块化建造技术的应用

EPR 项目整体设计未基于模块化理念，前期在芬兰、法国和中国建设的 EPR 项目局部采用了模块化，主要为钢衬里模块（底板与截椎体模块、筒体分段模块、穹顶）、主控室模块等。

俄罗斯的 VVER 堆型大量采用了模块化，如钢衬里和预应力管道、钢筋网片组合模块、钢板混凝土模块、预制钢筋网片、预制钢筋笼等。

美国的 AP1000 项目在中国项目基础上进行了模块的调整优化，其有些做法为我国后续项目模块化建造提供了重要参考。

4 核电厂模块化建造技术存在的主要问题及挑战

总体上，模块化建造呼吁项目管理新机制新模式。模块化建造技术是一个系统工程，模块化的优势及其带来的机组安全性经济性提升体现在项目整体利益上， 它促成建造能力的提升与项目管理的变革，因此，站在全局和长远来看都是非常 有好处的，但站在局部来看或某一单位立场来看，模块化意味着更多的投入，往往 “觉得”不经济、不划算，因此模块化建造的继续发展需要项目管理模式的新机制与之对应。

同时从新技术应用的经验反馈和持续提升的角度，模块化建造技术的应用在实践中尚有诸多可改进的方面：

（1）在设计方面，系统性顶层设计不足、模块化对设计进度和完成率要求更高、标准规范支撑力度不够等因素影响了模块化建造效能的发挥；

（2）在采购与制造方面，模块采购与制造计划、模块内设备采购、模块制造的完成度等方面有待提升；

（3）在现场的施工组织方面，现场总平规划、成品保护、大件运输吊装等尚有优化提升空间；

（4）在经济性方面，模块化建造技术可节约工期，进而减少投资，但由于标准化、批量化不足等原因，建造阶段的成本投入不能分摊，导致模块化建造的经济性有待提高。

5 核电厂模块化建造技术改进提升的策略

模块化建造一方面需要提前研究规划，另一方面也是经验积累的过程，需要将项目需求、模块化建造过程中以及机组设备运维过程中出现的问题反馈给设计，在设计—采购—制造—施工—运维之间反复迭代而作出优化。这同样需要有一种机制来支撑模块化建造，因此应建立以项目总承包单位牵头的模块化建造技术推进机制，通过技术创新策源地建设和现代产业链建设，使模块化产业链上各单位之间责任共担、能力互补、利益共享，对项目的全周期整体利益更多考虑，卓越交付理念更加深入。

5.1设计方面

模块化建造技术一定要从研究设计阶段开始，做好顶层设计和技术指导，这是实现高水平模块化的根本保证。因此，在模块化设计方面应建立设计优先理念，做好模块化顶层设计，包括对模块化的设计研究与标准建立、设计技术管理体系、设计平台与工具、标准化设计以及模块设计优化。

5.2采购制造方面

模块的供货周期包括采购、制造、运输等环节，应根据模块交付节点要求，合理排布模块中相关物项的采购和制造、组装计划。国家监管部门、业主单位、工程管理单位和模块制造、组装单位都需要协同配合，支持提前开展模块中物项采购和模块的制造、组装工作，特别是长周期物项采购（如机械模块中的泵阀等物项）和标准工期长的模块（如大型结构模块、钢制安全壳模块段）制造组装，确保 FCD 后模块安装就位的完整化和项目施工的连续性。模块制造技术方面，着重关注以下方面的提升：促进标准化批量化、提升材料国产化水平、推动自动化设备应用、控制模块制造精度、提高出厂的完成度。

5.3模块拼装安装方面

推进标准化、批量化模块生产，有利于承包商优化模块制造、组装和安装施工逻辑，优化施工工序。拓展大型起重作业机械选型思路，前瞻性、系统性开展核电工程垂直运输总体规划，加快大件运输、吊装系列技术的迭代升级，促进数字化技术在模块拼装、安装过程中的应用，推动各单位加大先进装备的投入和新工艺的研究与推广，关注开顶法施工下模块和设备物项的成品保护，共同提升模块制造、组装和安装的效率和质量。

5.4施工组织方面

模块化建造一般需要现场有专用拼装场地及预制件堆场、大型结构模块运输路线和吊装场地，各机组场地条件不同，应提前做好总平面规划和布置。针对模块化建造和平行施工，应着重做好现场前期计划安排和模块供应与核岛厂房结构施工之间的逻辑，建立以总承包为牵头的计划管理体系，应用一体化计划（IPS），使设计、采购、土建与安装共享计划平台，突出关键路径、关键资源管理，及时迅速解决关键制约。

6 结论与建议

模块与模块化建造是基于现代大工业化体系下的项目建造技术实践与项目管理模式探索，当前模块化建造技术正朝着标准化、集成化、规模化、产业化、信息化方向拓展。模块化建造相对于传统工程建设模式有其明显的优势，模块化建造技术大幅减少了现场的资源投入密度，优化了建造周期，实现了核电项目的安全、经济、质量的全面提升；同时，模块化建造技术在核电行业的应用推广尚有改进提升空间。通过三代核电项目建设，我国核电行业积累和形成了成套的模块化建造技术，为后续模块化建造技术的进一步规模化应用创造了条件。

（1）应用模块化建造技术，是核电建设发展的必然选择。

（2）发展模块化建造技术，亟待建立全行业共同参与的新机制。

（3）推行模块化建造技术，必须加强模块化顶层设计与技术指导。

（4）发展模块化建造技术，要求核电项目管理优化，建立以计划为牵引、信息化为保障的一体化项目管理平台。

（5）落实模块化建造技术，应做好有针对性的施工组织安排。为了充分发挥模块化建造技术的优势，建议如下：

第一，探索项目管理新模式，建立利益共享新机制，以机制为纽带，形成整体合力，积极开展模块化建造的技术研究和技术升级，共同推动模块化建造技术发展。

第二，建立完善模块化建造技术的标准体系，覆盖规划、设计、采购、施工等方面，提升技术的标准化和规模化，消除不同核电技术、相同技术下不同机组模块化发展壁垒，规范核电行业模块化建造技术应用。针对薄弱环节开展联合攻关，推进模块化建造技术发展，提高技术应用效率。推进模块化建造技术与数字化、智能化、信息化手段的深度融合。

注：本报告是中国核能行业协会“核电站模块化建造技术研究”课题的研究成果。课题组主要成员包括：王炳华，卢洪早，胡国峰，牛玉飞，赵福贵，吴健，田世勇， 王涛，马元华，魏俊明，李玉民，董占发，王国彪，胡广泽，刘卫华，杨振勋，刘学良，龚振斌，范凯。

（本文刊载结束）