プレハブパイプスプールと現場製造: コスト、品質、スケジュールの比較

すべての配管作業は、初期の 1 つの決定にかかっています。つまり、工場でパイプを構築し、それを部分 (スプール) に分けて出荷するか、現場で切断、取り付け、溶接するかです。この選択によって、予算、スケジュール、溶接の品質、さらには現場の安全性が決まります。

このガイドでは、公表されている業界調査を使用して、コスト、品質、スケジュールに関する 2 つのアプローチを比較し、それぞれのアプローチがどちらに有利かを説明し、実際的な決定方法を示します。特に注意を払っているのは、ステンレス鋼とニッケル合金の配管、どこでどのように溶接が行われるかはさらに重要です。

Prefabricated Pipe Spools vs Field Fabrication

ほとんどの工業用配管では、プレハブスプールを使用すると現場でのスケジュールが短縮され、より安定した溶接品質が得られ、多くの場合、総設置コストが削減されますが、自動的にではありません。節約できるかどうかは人件費、生産性、サポートコストによって決まりますが、それには早期の設計凍結と適切な物流が必要です。小口径のラン、タイイン、後期変更、および大きなスプールを使用できない現場では、現場での製造が依然として有利です。成功したプロジェクトのほとんどはハイブリッドを使用しています。工場では最大限の賢明な範囲を設定し、現場では閉鎖と結合溶接を行います。

パイプスプールは、工場で等角図に基づいて切断、取り付け、溶接、検査された配管 (パイプ、継手、フランジ) の一部であり、すぐに設置できる状態で現場に出荷されます。フィールドファブリケーションでは、建設現場で同じ配管をジョイントごとに所定の位置に構築します。

スプールは、トラック輸送や吊り上げに耐えられるサイズになっています。現場では、作業員がスプールを相互に接続したり、機器に接続したりするため、生産溶接ではなく、取り付けや結合溶接に時間を費やします。現場での製造では、すべての切断、取り付け、溶接が現場で行われ、多くの場合、高所や狭いスペースで、現場の天候に関係なく行われます。実際には、どちらか一方だけのプロジェクトはほとんどありません。スプールは、システムを閉じるためにいくつかの現場溶接が残った状態で到着し、一部のパイプは常に現場で実行されます。

多くの場合、しかし常にではありません。 Construction Industry Institute (CII) は、プレハブによる節約は主に 3 つの原因によるものであることを発見しました。それは、工場と現場の労働率の違い、生産性の違い、現場サポートコストの削減です。これら 3 つの違いが小さい場合は、節約効果も小さくなります。

証拠は心強いものですが、注意深く読む必要があります。 NIST をパートナーとして協力し、請負業者、建築家、エンジニア 809 名を対象とした調査に基づいて作成された 2011 年の McGraw-Hill Construction SmartMarket レポートによると、プレハブユーザーの 65% がプロジェクト予算の削減を報告し、約 41% が 6% 以上の節約を報告したことがわかりました。

また、47% がプレハブ部品の購入と設置の合計コストが低くなり、35% が変化がなく、18% がコストが高くなったことがわかりました。ファブリケーター自体は、他のタイプの請負業者 (45 ～ 53%) に比べて、コスト削減を報告する可能性が低かった (37%)。マッキンゼーによるモジュラー構造の分析では、最大約 20% のコスト削減の可能性があるものの、アプローチが適切に実行されない場合は最大 10% のコスト超過のリスクもあると述べています。

コストドライバー	プレハブ化がなぜそれを下げることができるのか	保存を消去できるもの
労働率	現場での労働力は、不足している現場の熟練した溶接工よりも安価で、人員配置も容易であることがよくあります。	店舗料金と現場料金の差が小さい
生産性	溶接は、適切な機器を使用して、制御された再現可能な位置で行われます	低リピートのワンオフスプール。ショップの積載が悪い
サイトサポート	足場の減少、仮設設備の減少、ピーク時労働力の削減	重いスプールの取り扱いやクレーンのコスト
手直し	出荷前の寸法チェックと溶接チェック	現場に適合しない許容範囲外のスプール
輸送と物流	計画された配信シーケンスにより、ジャストインタイムのインストールがサポートされます	特大のスプール、長い輸送距離、輸送中の損傷
変更命令	固定され定義された範囲によりコストの確実性が得られます	スプール発売後の後期設計変更

表 1. スプールの事前製造と現場製造における主なコスト要因。コスト要因は、プレハブ、事前組立、モジュール化、およびオフサイト製造 (PPMOF) に関する CII の分析に従います。調査統計は 2011 年の McGraw-Hill SmartMarket Report からのもので、配管だけでなく建物建設を広くカバーしています。

ある実務者の警告は繰り返す価値があります。すべての仕事に適切な、店舗作業と現場作業の普遍的な比率は存在しないため、この比率を引用する人は慎重に扱う必要があります。適切な分割はプロジェクトによって異なります。

工場での作業が現場の準備、土木工事、構造物の設置と並行して行われるため、プレハブを使用すると通常、現場でのスケジュールが短縮されます。 SmartMarket の調査では、ユーザーの 66% がプロジェクトのスケジュールが短縮されたと報告し、35% が 4 週間以上の節約ができたと報告しています。

How Much Faster Is Prefabrication Than Field Fabrication

時間の節約は、並行作業、足場などの現場での準備作業が減り、天候に影響されないことによってもたらされます。マッキンゼーのモジュラー建設調査では、モジュラーアプローチでスケジュールが 20 ～ 50% 圧縮されたと報告しており、米国エネルギー省の請負業者調査の概要では、ゼネコンと建設管理者の 88% がスケジュールの圧縮を経験していると述べています。これらの数値はプレハブ構造とモジュラー構造を幅広く説明しているため、保証された結果ではなく、パイプスプールの上限として扱う必要があります。

スケジュール上のメリットも脆弱です。以前の研究を引用したスプール製造スケジュールに関する研究では、レビューされたケーススタディでは、製造工場のスプールの約 20% で材料不足が発生し、材料管理が不十分であるとスケジュールの 50 ～ 130% のずれが発生する可能性があることが判明しました。言い換えれば、パイプや継手を待っているスプール工場は時間的な利点を与えます。早期の材料調達と設計の凍結は、溶接速度と同じくらい重要です。

スケジュール係数	プレハブスプール	フィールドファブリケーション
作業の流れ	店舗と現場の作業が並行して行われます	ほとんどは順次的です。配管はアクセスを待ってサポートします
天候にさらされる	低（屋内店舗）	高 (雨、風、寒さによる遅延)
足場とアクセス	減少しました。ベンチで行われた溶接	より高い。溶接はその場で、多くの場合高所で行われます
停止期間とシャットダウン期間	ほとんどの作業はウィンドウが開く前に完了します	同じ限られた時間内でより多くの仕事が競合する
後期の変更に対する敏感さ	高い;リリース後の変更はやり直しを意味します	より低い;現場は適応できる

表 2. スケジュールの比較。 CII、McGraw-Hill SmartMarket、および McKinsey の調査から得られた定性的概要。

工場での製造は、段階的な検査により、安定した環境でより適切な位置に溶接が行われるため、一般的により管理され、再現性が高くなります。自動的に欠陥がなくなるわけではありません。CII の調査では、製造された工業用パイプスプールの 13.3% で再加工が必要であると報告されています。

13.3% という数字は、現実を確認するのに役立ちます。これは、プレハブ化により品質管理が早期に行われることを示しています。その必要性がなくなるわけではありません。利点は、工場で見つかった欠陥は安価に修正できることですが、設置後に同じ欠陥が見つかった場合は、切断、再溶接が必要になり、遅れが生じる可能性があることです。工場環境では、ジョイントを快適な位置に回転させたり、フィッティングを確認したり、溶接機や材料のトレーサビリティを記録したり、スプールが建物から出る前に検査したりすることが容易になります。

品質係数	ショッププレハブ	フィールドファブリケーション
溶接位置	パイプを位置決めしたり回転させたりして、溶接をより簡単に、より安定させることができます。	固定回線は多くの場合、扱いにくい場所や頭上に設置する必要があります
環境	安定しており、風や雨から保護されています	変数;天候はシールドガスや溶接に影響を与える可能性があります
検査	出荷前に準備、計画、完了	多くの場合、他の取引と同時に行われます。スケジュールを立てるのが難しい
材料のトレーサビリティ	熱量と溶接記録の管理が容易になる	混雑した現場条件ではメンテナンスが困難
寸法精度	アイソメ図に基づいて製造されています。現場の状況が図面と異なる場合のリスク	建設されたままの実際の現場条件に適合
現場の安全	現場での高温作業や高所作業が軽減される	高温作業、足場、密閉空間での作業が増加

表 3. 品質と安全性の比較。 SmartMarket の調査では、ユーザーの 34% が現場の安全性が向上したと報告し、56% は変化なし、10% は安全性が低下したと報告しています。これは多くの場合、大きなプレハブ部品は慎重な吊り上げ計画が必要であるためです。

なぜなら、耐食性はきれいな表面と制御された溶接に依存しており、工場は屋外の建設現場よりも汚染、入熱、溶接後の洗浄をより確実に管理できるからです。

溶接により金属が加熱され、ステンレス鋼の耐食性を高めるクロムを多く含む表面の薄い膜が焼き落とされます。また、熱による色合いが残り、炭素鋼の工具や研削砥石を使用した場合には鉄の粒子が埋め込まれ、後に錆びて隙間腐食が始まる可能性があります。標準的な方法では、洗浄とスケール除去については ASTM A380、不動態化検証については ASTM A967 に従って、洗浄、酸洗い、および不動態化を通じて表面を修復します。工場では、専用のステンレス工具を使用し、炭素鋼の作業を分離し、溶接部の内側のパージガスを制御し、酸洗および不動態化作業でスプール全体を処理できます。現場でも同じ手順が可能ですが、制御が難しく、局所的な修理には通常、酸洗いペーストが使用されます。

アロイ 625、アロイ 825、モネルなどのニッケル合金には、同じ規律が必要であり、多くの場合、入熱とフィラーの選択をより厳密に制御する必要があります。これらの材料の場合、確実な材料識別、認定材料試験レポート、および追跡可能な溶接記録が特に価値があり、工場環境で保管しやすくなります。

現場製造は、小口径の配管、タイインおよびクロージャー溶接、完成時の状態に適応する必要がある作業、後期の設計変更、非常に小規模な作業、および大きなスプールを輸送または持ち上げることができない現場に適した選択肢です。

現場での製造は多くの場合、より難しい分野であり、請負業者の経験が発揮されるのはこの分野です。業界の工場製造仕様の例は、一般的な分割を示しています。2 インチ以上の配管は工場で製造され、小さい配管は通常現場で実行され、工場のスプールには現場で製造される分岐用のスタブまたは継手が含まれています。また、スプールには、実際の寸法と一致するように、余分な長さまたはフィールドフィットジョイントを含める必要があります。実務者の観察によると、リスクは次のとおりです。工場内にできるだけ多くの範囲を押し込むとスケジュールはうまくいきますが、現場での許容範囲が十分でないアセンブリが到着した場合、過剰なスプールは裏目に出ます。

プレハブ加工は通常、スケジュール通り、溶接の一貫性、トレーサビリティ、現場の安全性を実現します。現場での製造は柔軟性と適応性をリードします。コストは人件費、生産性、物流によって異なります。

How Do Prefabricated Spools and Field Fabrication Compare Side by Side

寸法	プレハブスプール	フィールドファブリケーション
総設置コスト	多くの場合、大規模な配管、繰り返し配管、または合金配管の場合は低くなります。保証されていません	小規模、単純、または不確実性の高いスコープの場合は低くなる可能性があります
スケジュール	並行作業によるオンサイト期間の短縮	より長く、より連続的で天候に左右されない
溶接品質の一貫性	より高い潜在力;強力な QA が必要です (ある CII 研究では 13.3% の手戻りが報告されています)	より多様な;位置、天候、溶接工のアクセスによって異なります
材料のトレーサビリティ	より強力なドキュメントチェーン	多忙な状況では維持が困難
ステンレスおよびニッケル合金の取り扱い	汚染管理と溶接後の洗浄が容易	可能だが制御が難しい
変化に対する柔軟性	スプールを解放すると下降します	より高い
現場の安全と混雑	過酷な労働が減り、現場の従業員も減ります	過酷な労働とピーク時の労働力の増加
ロジスティクス	出荷、調整、配送の順序付けが必要	材料の準備と現場の製造スペースが必要
最適な用途	大きなパイプ、複雑なシステムまたは合金システム、厳しい停止期間	小口径、結合、修理、範囲が不確実

表 4. プレハブパイプスプールと現場製造の比較。

主なリスクは、寸法誤差の重なり、設計変更の遅れ、材料不足、取り扱い上の損傷などです。これらは、早期の設計凍結、現場適合許容量、早期の材料調達、リリース前の強力な工場検査によって管理されます。

SmartMarket のレポートでインタビューされたリーンコンストラクションのリーダーは、スティックビルドの場合は誰もが現場で調整できるが、プレハブの場合は許容範囲外の部品が積み重なって大きな不適合が生じる可能性があると指摘しています。また、後で欠陥があることが判明するコンポーネントの大量の在庫を構築することは無駄であると警告しています。

リスク	なぜそれが起こるのか	コントロール
許容範囲外のスプール	図面は実際の現場の状況とは異なります。許容誤差が蓄積する	フィールドフィットまたはクロージャースプール、3D モデルまたはスキャン、出荷前の寸法チェック
後期のデザイン変更	設計が安定する前にスプールがリリースされる	リリース前に設計を凍結。最初に安定領域を段階的に解放する
資材不足	パイプや継手の到着が遅れて店が停滞してしまう	早期調達と資材追跡
取り扱いおよび輸送による損傷	大きいまたは重いスプール、乱暴な取り扱い	保護パッケージ、エンドキャップ、吊り上げ計画
品質の逃げ道	欠陥は工場で発生します (CII により報告された再加工率 13.3%)	段階的検査、プロジェクトコードごとの NDE、指定されている場合の工場リークテスト
表面汚染（ステンレスおよびニッケル合金）	炭素鋼の工具、油、または洗浄不良	ASTM A380/A967に準拠した専用ツール、洗浄および不動態化、文書化されたチェック

表 5. プレハブ製造のリスクと実際の管理。

早めに決定し、範囲ごとに決定します。最も規模が大きく、最も反復的で、最も品質に敏感で、最もスケジュールが重要な配管を工場に設置します。フィールド内の小さなボア、タイイン、不確実な領域を維持します。 CII では、メリットは設計、調達、それに関連して計画された物流に依存するため、早めに決定することをお勧めします。

プロジェクトの状況	プレハブを好む	フィールドファブリケーションを好む
大口径または厚肉パイプ	はい
ステンレス鋼またはニッケル合金配管	はい
厳しい停電またはシャットダウン期間	はい
反復的で明確に定義されたアイソメトリック図	はい
現場にいる熟練した溶接職人は限られている	はい
小口径配管		はい
デザインはまだ変わります		はい
スプールの配送や吊り上げのための現場へのアクセスが悪い		はい
建設時の状態が不確実な既存のプラント		はい (または最初にスキャンしてからプレハブ)

表 6. プレハブ式スプールと現場製造のどちらを選択するためのクイック決定ガイド。

スプールのサプライヤーを評価する際には、ASME セクション IX に基づく溶接手順と溶接工の資格、検査と NDE 計画、材料認証とトレーサビリティ、ステンレスおよびニッケル合金の洗浄と不動態化手順、寸法検査記録、サプライヤーが現場での適合許容値をどのように処理するかを尋ねてください。圧力配管の場合は、管理配管規格 (プロセス配管の場合は ASME B31.3 が多い) が検査と漏れ検査の要件を定めていることを覚えておいてください。そのため、どの検査が工場で行われ、どの検査が完成したシステムに残るかを確認してください。

多くの場合、しかし常にではありません。節約は、店舗と現場の人件費の違い、生産性の違い、サイトのサポートコストの削減によってもたらされます。 2011 年の業界調査では、プレハブユーザーの 65% がプロジェクト予算の減少を報告し、8% が増加を報告しました。

パイプスプールのプレハブ加工によりどのくらい時間が節約されますか?

工場での作業は現場の準備と並行して実行されるため、通常は現場での重要な量になります。同じ調査では、ユーザーの 66% がスケジュールが短縮されたと報告し、35% が 4 週間以上の節約ができたと報告しています。結果はプロジェクトによって異なります。

工場溶接は現場溶接よりも品質が優れていますか?

一般に、より制御され、再現性が高くなりますが、自動的に欠陥がなくなるわけではありません。 CII は、製造された工業用パイプスプールの 13.3% で再加工が必要であると報告したため、段階的な検査が依然として不可欠です。

プレハブ加工がステンレス鋼およびニッケル合金パイプに適しているのはなぜですか?

工場は、建設現場よりも汚染、入熱、溶接後の洗浄をより適切に制御できます。 ASTM A380 および A967 に準拠した洗浄と不動態化は、溶接後の耐食性の回復に役立ちます。

通常どのようなサイズのパイプがプレハブで作られますか?

実践方法はプロジェクトによって異なりますが、業界仕様の例では、2 インチ以上の配管を工場で製造し、より小さい配管を現場で実行します。

フィールドフィット溶接とは何ですか?

スプールを実際の現場の寸法に調整できるように、溶接部は意図的に現場に残されています。これにより、溶接済みの剛性アセンブリが適合しないリスクが軽減されます。