Bobine di tubi prefabbricati e fabbricazione sul campo: confronto tra costi, qualità e pianificazione

Ogni lavoro relativo alle tubazioni si riduce a una decisione iniziale: costruire il tubo in un'officina e spedirlo in pezzi (bobine) oppure tagliarlo, adattarlo e saldarlo in posizione sul posto. La scelta determina il budget, la pianificazione, la qualità della saldatura e persino la sicurezza del sito.

Questa guida mette a confronto i due approcci su costi, qualità e pianificazione utilizzando ricerche di settore pubblicate, spiega dove ciascuno di essi vince e fornisce un modo pratico per decidere. Presta particolare attenzione atubazioni in acciaio inossidabile e lega di nichel, dove come e dove viene effettuata una saldatura è ancora più importante.

Per la maggior parte delle tubazioni industriali, le bobine prefabbricate riducono i tempi di realizzazione in loco, garantiscono una qualità di saldatura più uniforme e spesso riducono il costo totale di installazione, ma non automaticamente. I risparmi dipendono dalle tariffe della manodopera, dalla produttività e dai costi di supporto e richiedono il congelamento anticipato della progettazione e una buona logistica. La fabbricazione sul campo è ancora vincente per tirature di piccolo diametro, collegamenti, modifiche tardive e siti che non possono accettare bobine di grandi dimensioni. I progetti di maggior successo utilizzano un ibrido: massima portata sensata in officina, chiusura e saldature di collegamento sul campo.

Qual è la differenza tra una bobina di tubo prefabbricata e la fabbricazione sul campo?

Una bobina di tubo è una sezione di tubazione (tubo, raccordi e flange) tagliata, montata, saldata e ispezionata in officina da disegni isometrici, quindi spedita al sito pronta per l'installazione. La fabbricazione sul campo costruisce le stesse tubazioni sul posto, giunto per giunto, in cantiere.

Una bobina è dimensionata per sopravvivere al trasporto e al sollevamento. Sul posto, le squadre collegano le bobine tra loro e alle attrezzature, in modo che il loro tempo venga dedicato all'adattamento e al collegamento delle saldature invece che alla saldatura di produzione. Nella fabbricazione sul campo, ogni taglio, adattamento e saldatura avviene sul luogo di lavoro, spesso in quota, in spazi ristretti e in qualsiasi condizione atmosferica del sito. In pratica, quasi nessun progetto è puramente l’uno o l’altro. Le bobine arrivano con alcune saldature sul campo rimaste per chiudere il sistema e alcuni tubi vengono sempre fatti passare sul campo.

La prefabbricazione è più economica della fabbricazione sul campo?

Spesso, ma non sempre. Il Construction Industry Institute (CII) rileva che i risparmi derivanti dalla prefabbricazione provengono principalmente da tre fonti: differenze nelle tariffe della manodopera in officina e sul campo, differenze di produttività e minori costi di supporto del sito. Laddove queste tre differenze sono piccole, lo è anche il risparmio.

Le prove sono incoraggianti ma dovrebbero essere lette con attenzione. Un McGraw-Hill Construction SmartMarket Report del 2011, prodotto con il NIST come partner e basato su un sondaggio condotto su 809 appaltatori, architetti e ingegneri, ha rilevato che il 65% degli utenti della prefabbricazione ha segnalato un budget di progetto inferiore e circa il 41% ha riportato un risparmio del 6% o più.

È stato inoltre rilevato che il 47% ha riscontrato costi combinati di acquisto e installazione inferiori per i componenti prefabbricati, il 35% non ha riscontrato alcun cambiamento e il 18% ha riscontrato costi più elevati. Gli stessi produttori avevano meno probabilità di segnalare diminuzioni dei costi (37%) rispetto ad altri tipi di appaltatori (45-53%). Un’analisi McKinsey della costruzione modulare descrive un’opportunità di risparmio sui costi fino al 20% circa, ma anche un rischio di superamento dei costi fino al 10% se l’approccio non viene eseguito correttamente.

Tabella 1. Principali fattori di costo nella prefabbricazione delle bobine rispetto alla fabbricazione sul campo. I fattori di costo seguono l'analisi di CII di prefabbricazione, preassemblaggio, modularizzazione e fabbricazione fuori sede (PPMOF). Le statistiche del sondaggio provengono dal McGraw-Hill SmartMarket Report del 2011 e coprono l'edilizia in generale, non solo le tubazioni.

Vale la pena ripetere un avvertimento da parte dei professionisti: non esiste un rapporto universale tra lavoro in officina e lavoro sul campo che sia giusto per ogni lavoro, e chiunque ne citi uno dovrebbe essere trattato con cautela. La giusta suddivisione dipende dal progetto.

Quanto è più veloce la prefabbricazione rispetto alla fabbricazione sul campo?

La prefabbricazione di solito riduce i tempi di cantiere perché il lavoro in officina corre parallelamente alla preparazione del sito, ai lavori civili e all'installazione strutturale. Nel sondaggio SmartMarket, il 66% degli utenti ha segnalato una pianificazione del progetto più breve e il 35% ha riferito di un risparmio di quattro settimane o più.

Il risparmio di tempo deriva dal lavoro parallelo, da meno interventi in loco come impalcature e dall'indipendenza dalle condizioni atmosferiche. La ricerca di McKinsey sulla costruzione modulare riporta una compressione della pianificazione del 20-50% per gli approcci modulari e un riepilogo dei sondaggi degli appaltatori del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti rileva che l'88% degli appaltatori generali e dei direttori dei lavori ha riscontrato una compressione della pianificazione. Queste cifre descrivono la prefabbricazione e la costruzione modulare in generale, quindi dovrebbero essere trattate come il livello superiore per le bobine di tubi piuttosto che come un risultato garantito.

Anche il beneficio del programma è fragile. La ricerca sulla programmazione della fabbricazione delle bobine, citando studi precedenti, ha rilevato che circa il 20% delle bobine nelle officine di fabbricazione presentava carenze di materiale e che una cattiva gestione dei materiali poteva causare uno slittamento del programma del 50-130% nei casi di studio esaminati. In altre parole, un negozio di bobine in attesa di tubi o raccordi perde un vantaggio in termini di tempo. Il tempestivo approvvigionamento del materiale e una progettazione congelata contano tanto quanto la velocità di saldatura.

Tabella 2. Confronto delle pianificazioni. Riepilogo qualitativo tratto dalla ricerca CII, McGraw-Hill SmartMarket e McKinsey.

I tubi fabbricati in officina sono di qualità superiore rispetto ai tubi saldati sul campo?

La fabbricazione in officina è generalmente più controllata e ripetibile, perché le saldature vengono eseguite in posizioni migliori, in un ambiente stabile, con ispezione graduale. Non è automaticamente esente da difetti: uno studio CII ha riferito che il 13,3% delle bobine di tubi industriali fabbricate necessitava di rilavorazione.

La cifra del 13,3% è un utile controllo della realtà. Ciò dimostra che la prefabbricazione anticipa il controllo di qualità; non ne elimina la necessità. Il vantaggio è che un difetto riscontrato in officina è economico da riparare, mentre lo stesso difetto riscontrato dopo l'installazione può forzare interruzioni, risaldature e ritardi. Gli ambienti dell'officina rendono più semplice arrotolare un giunto in una posizione comoda, controllarne l'installazione, registrare la tracciabilità del saldatore e del materiale e ispezionare prima che la bobina lasci l'edificio.

Tabella 3. Confronto tra qualità e sicurezza. Nel sondaggio SmartMarket, il 34% degli utenti ha segnalato un miglioramento della sicurezza del sito, il 56% nessun cambiamento e il 10% una sicurezza ridotta, spesso perché pezzi prefabbricati di grandi dimensioni richiedono piani di sollevamento accurati.

Perché i sistemi di tubazioni in acciaio inossidabile e leghe di nichel traggono maggiori vantaggi dalla prefabbricazione?

Perché la loro resistenza alla corrosione dipende da superfici pulite e saldature controllate, e un'officina può gestire la contaminazione, l'apporto di calore e la pulizia post-saldatura in modo più affidabile rispetto a un cantiere aperto.

La saldatura riscalda il metallo e brucia la sottile pellicola superficiale ricca di cromo che rende l'acciaio inossidabile resistente alla corrosione. Può anche lasciare una tinta dovuta al calore e, se vengono utilizzati utensili o mole in acciaio al carbonio, particelle di ferro inglobate che successivamente arrugginiscono e avviano la corrosione interstiziale. La pratica standard prevede il ripristino della superficie mediante pulizia, decapaggio e passivazione, seguendo ASTM A380 per pulizia e disincrostazione e ASTM A967 per la verifica della passivazione. Un'officina può utilizzare strumenti inossidabili dedicati, separare la lavorazione dell'acciaio al carbonio, controllare il gas di spurgo all'interno della saldatura ed elaborare intere bobine in un'operazione di decapaggio e passivazione. Sul campo, gli stessi passaggi sono possibili ma sono più difficili da controllare e la pasta decapante viene generalmente utilizzata per le riparazioni locali.

Le leghe di nichel come la lega 625, la lega 825 e il Monel richiedono la stessa disciplina e spesso un controllo più rigoroso dell'apporto di calore e della selezione del riempitivo. Per questi materiali, l'identificazione positiva del materiale, i rapporti di prova dei materiali certificati e i registri di saldatura tracciabili sono particolarmente preziosi e sono più facili da conservare in un ambiente di officina.

Quando ha ancora senso la fabbricazione sul campo?

La fabbricazione sul campo è la scelta migliore per tubazioni di piccolo diametro, saldature di collegamento e chiusura, lavori che devono adattarsi alle condizioni as-built, modifiche tardive alla progettazione, lavori molto piccoli e siti in cui le bobine di grandi dimensioni non possono essere trasportate o sollevate.

La fabbricazione sul campo è spesso la disciplina più difficile ed è qui che emerge l'esperienza di un appaltatore. Un esempio di specifica di fabbricazione in officina del settore illustra una suddivisione comune: le tubazioni da 2 pollici e più grandi vengono fabbricate in officina, mentre le tubazioni più piccole vengono generalmente gestite sul campo e le bobine dell'officina includono stub o raccordi per rami fabbricati sul campo. Le bobine dovrebbero includere anche giunti di lunghezza extra o adatti al campo in modo che le dimensioni del mondo reale possano corrispondere. L'osservazione di un professionista riassume il rischio: spingere tutta la portata sensata all'interno dell'officina mantiene bene il programma, ma uno spooling eccessivo si ritorce contro quando gli assemblaggi arrivano senza sufficiente tolleranza sul campo.

Come si confrontano le bobine prefabbricate e la fabbricazione sul campo?

La prefabbricazione generalmente garantisce il rispetto dei tempi, la coerenza delle saldature, la tracciabilità e la sicurezza del sito; la fabbricazione sul campo comporta flessibilità e adattabilità. Il costo dipende dalle tariffe della manodopera, dalla produttività e dalla logistica.

Tabella 4. Confronto affiancato tra bobine di tubi prefabbricati e fabbricazione sul campo.

Quali rischi comportano le bobine prefabbricate e come possono essere controllati?

I rischi principali sono errori dimensionali che si accumulano, modifiche tardive alla progettazione, carenza di materiale e danni da manipolazione. Sono controllati dal congelamento iniziale della progettazione, dalle indennità di adattamento sul campo, dall'approvvigionamento anticipato dei materiali e da un'accurata ispezione in negozio prima del rilascio.

Un leader dell’edilizia snella intervistato nel rapporto SmartMarket sottolinea che nel lavoro costruito con bastoncini, tutti possono aggiustare le cose sul campo, ma con la prefabbricazione, le parti che sono fuori tolleranza possono accumularsi e creare disadattamenti più grandi. Mette inoltre in guardia contro la creazione di un ampio inventario di componenti che in seguito si riveleranno difettosi, il che costituisce uno spreco.

Tabella 5. Rischi della prefabbricazione e controlli pratici.

Come dovresti decidere tra bobine prefabbricate e fabbricazione sul campo?

Decidi presto e decidi in base all'ambito. Metti in officina le tubazioni più grandi, più ripetitive, più sensibili alla qualità e più critiche in termini di pianificazione; mantenere sul campo aree di piccolo diametro, collegamenti e incertezze. CII consiglia di prendere la decisione tempestivamente, perché i vantaggi dipendono dalla progettazione, dall'approvvigionamento e dalla logistica pianificata attorno ad essa.

Tabella 6. Guida rapida alla decisione per la scelta tra bobine prefabbricate e fabbricazione sul campo.

Quando si valuta un fornitore di bobine, richiedere la procedura di saldatura e le qualifiche del saldatore ai sensi dell'ASME Sezione IX, il piano di ispezione e NDE, la certificazione e la tracciabilità dei materiali, le procedure di pulizia e passivazione per le leghe di acciaio inossidabile e di nichel, i registri di ispezione dimensionale e il modo in cui il fornitore gestirà le tolleranze di adattamento sul campo. Per le tubazioni in pressione, ricordare che il codice delle tubazioni in vigore (spesso ASME B31.3 per le tubazioni di processo) stabilisce i requisiti di esame e prova di tenuta, quindi verificare quali test vengono eseguiti in officina e quali rimangono per il sistema completato.

Domande frequenti

Spesso, ma non sempre. I risparmi derivano dalle differenze nella tariffa della manodopera tra negozio e campo, dalle differenze di produttività e dalla riduzione dei costi di supporto in loco. In un sondaggio di settore del 2011, il 65% degli utenti della prefabbricazione ha segnalato un budget di progetto inferiore, mentre l’8% ha segnalato un aumento.

Quanto tempo si risparmia con la prefabbricazione delle bobine di tubo?

In genere, una quantità significativa in loco, poiché il lavoro in officina si svolge parallelamente alla preparazione del sito. Nello stesso sondaggio, il 66% degli utenti ha segnalato un programma più breve e il 35% ha riferito di un risparmio di quattro settimane o più. I risultati variano in base al progetto.

La saldatura in officina è di qualità migliore rispetto alla saldatura sul campo?

In genere è più controllato e ripetibile, ma non è automaticamente esente da difetti. CII ha riferito che il 13,3% delle bobine di tubi industriali fabbricate necessitava di rilavorazione, quindi l'ispezione graduale è ancora essenziale.

Perché la prefabbricazione è utile per i tubi in acciaio inossidabile e leghe di nichel?

Un’officina può controllare la contaminazione, l’apporto di calore e la pulizia post-saldatura meglio di un cantiere edile. Seguire ASTM A380 e A967 per la pulizia e la passivazione aiuta a ripristinare la resistenza alla corrosione dopo la saldatura.

Quali dimensioni dei tubi sono solitamente prefabbricati?

La pratica varia a seconda del progetto, ma un esempio di specifica industriale è quello di fabbricare tubazioni da 2 pollici o più grandi e di eseguire sul campo tubazioni più piccole.

Che cos'è una saldatura adattata al campo?

Una saldatura volutamente lasciata sul campo in modo che le bobine possano essere adattate alle dimensioni effettive del sito. Riduce il rischio che i gruppi rigidi e presaldati non si adattino.