工程设计可施工性审查的案例研究.docx
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工程设计可施工性审查的案例研究
工程设计可施工性审查的案例研究
国外工程公司推行可施工性审查已较为成熟且执行效果显著。
国内工程建设业总体上正处在接受、推广与完善阶段,有些以设计为背景的工程公司已经纳入其管理流程,在设计的审核过程中履行可施工性审查。
可施工性研究与审查是以往管理经验的总结,也是企业知识管理的一个组成部分。
传统管理中做过的许多工作如设计文件的审核、汇审会签,设计图纸的熟悉与研究都属于可施工性研究审查的内容,可施工性审查程序不排斥这些工作,它只是对以前分散零碎的工作进行梳理整理并加以系统化、条理化、程序化,并把它纳入工程建设工作流程中。
从经验与知识的积累的角度考察,可施工性审查程序中的参考条目数据库应该是开放的,对于一个公司或企业而言,每个项目的案例应进行筛选归纳,不断补充审查项目数据库,实际上这也是公司知识管理系统的一个组成部分,公司的内部信息管理平台应该将每一个审查条目项与工程案例数据库进行链接以方便设计者对可施工性审查研究的查阅与学习。
本文主要通过惠生工程在中石油四川项目中的案例研究来阐释可施工性审查和研究的概念和意义。
一、可施工性审查与研究的定义
可施工性审查是指工程设计的可施工性审查,即设计方案在实施过程中的可行性和易行性。
可施工性的“施工”除了单纯的施工,还包括了制造的含义,更确切的翻译应为“可建造性”,但中文一般习惯用“可施工性审查与研究”来表达这个概念。
目前对“可施工性审查”定义的表述有多种,最具代表性的是美国建筑业协会(CII)的定义:
“将施工知识和经验最佳地应用到项目的策划、设计、采购和现场操作中,以实现项目的总体目标”。
更通俗的表达为:
可施工性研究与审查是指在项目规划、设计、采购及工厂操作等方面,应充分使用一些以往通过施工工作获得的知识和经验,从而有效保证项目质量、加快项目进度、降低项目成本,进而确保项目整体目标的实现。
工程建设是多因素制约、多变量作用、多方协作工作的运行机制,是典型的系统工程,完全适用控制论的理论模型。
按照控制论原理,一个系统必须要有反馈机制,没有反馈机制的系统视为开环系统,一个开环系统一旦开始运行必然发生崩溃。
可施工性审查与研究是把后期的经验与知识反馈到项目执行的前期,弥补工程设计过程对工程下游的工程建设经验不足的缺点,从工程管理角度进行全面质量管理。
二、案例研究
2009年初,惠生工程(中国)有限公司以EM+PC总承包四川石化1000万吨/年炼油、80万吨/年乙烯炼化一体化项目的多套装置。
惠生工程(中国)有限公司在中石油四川石化项目的可施工性审查的过程中,开展积极主动、无偿服务的原则,在工程前期充分参与设计工作,设计经理或专业工程师大部分工作时间及工作地点均在设计院所,与设计当事者一起对设计过程以及具体设计方案进行讨论。
在这个过程中,惠生设计经理或专业工程师并非自己独立工作,背后还有整个采购团队与施工技术团队作支撑,在参与设计过程审查时,采购方面、施工方面的具体问题通过内部渠道传递到设计的工作接口,从某种意义上说,可施工性审查要比设计阶段设计者自身的设计审查更具优越性,因为前者更能通过体制保证后续的采购与施工层面的设计可行性意见转达到设计。
这一切均通过制度化设计体现在惠生在内部业务工作流程上。
工程建设自身的规律表明,设计、采购与施工之间存在难以分割的内在联系,尤其设计与采购之间存在着大量的技术条件往返与信息交换。
为了弥补在工程管理方面的结构性缺陷,解决业务覆盖以及克服体制建制问题,我们在PC承包模块配置了设计管理组,设置了设计经理岗位,从管理体制与架构上给予了保证,PC承包模式的项目管理机构见图1。
与纯设计部门的可施工性审查不同,PC模式下的可施工性审查的最大区别是下游——采购与施工层面的全过程的参与。
在管理体制方面,除了设置设计组参与的管理架构与组织体制,更重要的是构建下游的参与机制。
有了设计专业组与设计院所的沟通渠道,再与PC内部采购与施工层面的技术管理打通连接通道,就构成了完整的EPC(设计、采购、施工)技术业务链对可施工性审查的连接管道。
这种体制架构使可施工性审查的本来含义得以更加彻底地贯彻履行。
图2是PC模式下可施工性审查程序示意图,图中可以看出,PC模式下的设计、采购、施工三个层面均与设计执行单位有畅通的工作渠道。
三、下面选取几个惠生工程在四川石化项目推行可施工性审查中的典型案例进行分析
1.污染雨水与清净雨水总干线实施方案
公用工程雨排水干线是全场雨水管网总干线,为双路并列系统,一路为污染雨水,一路为清净雨水。
按照本项目环评要求,污染雨水系统应达到最高防渗等级技术指标,可选方案包括钢管+内防腐方案、防渗混凝土涵道等方案。
公用工程设计经理及其团队通过可施工审查程序,针对钢管道内防腐市场资源和成本情况分析、四川石化环评技术指标要求、商品混凝土供应情况、施工现场作业空间情况、结合施工周期与总工期特点,对方案实现进行了论证,经过设计比较,确定防渗混凝土方涵技术方案。
该方案占地小,施工影响空间范围小、便于最终用户的使用维护。
该工程子项也是四川石化首个实施高抗渗等级的混凝土工程,实施效果表明质量完全达标,工序过程全部合格,最终成型质量各项质量指标满足规范要求。
该工程子项是公用工程项目一个成功的技术方案优化案例。
2.系统管廊混凝土管架技术方案优化
公用工程系统管廊是贯穿厂区各装置的公共管廊,结构主体为混凝土柱梁。
在技术方案选择上,可以采用杯口基础、整体现场浇筑构造不同的设计方案。
我们项目的设计经理及其团队通过可施工审查程序,针对四川石化周近混凝土加工资源情况、交通运输情况、四川石化业主要求、商品混凝土供应情况、施工现场作业空间情况、结合施工周期与总工期特点,对方案实现进行了论证,经过设计比较,确定了现场整体浇注混凝土管架的技术方案。
另一方面我们协同设计人员对管廊上的管道布设做了优化,应力条件大为改善,也由于整体浇注强度计算模型不同,相对杯口基础的技术方案而言,我们获得管架梁柱更合理的截面尺寸,工程质量达到了较好的水平,梁柱混凝土布筋规范,尺寸控制准确,外观达到准清水混凝土效果。
在工期安排上也满足整体实施计划要求,该工程是PC承包模式下可施工性审查一个成功的案例。
3.辐射管热偶的设计优化
裂解炉每组炉管由22根炉管构成,炉管在现场设置有显示仪表COT(现场显示仪表不是唯一的温度检测表,在控制室还有相同功能的显示仪器,控制室显示仪器是操作常用设备,设置现场显示仪表的作用是备用兼便于现场查看——本案注)。
在此热偶选型方面,初步设计方案采用R型的热偶,适用于1100℃以上使用温度,但根据实际考量,发现炉管COT测量温度在860℃左右,算上设计余量也在1000℃以下,在充分分析了裂解炉具体情况后,设计团队认为采用K型热偶液完全满足要求且综合效果更好,选用质量最顶级K型产品要优于选择质量中等层次的R型产品。
这一优化方案和主张得到业主、设计院认可,最终选择了K型热电偶,让工程质量更有保证。
4.工业炉模块化组装方案
石油化工中的工业炉有多种形式,传统的实施方案一般为设计院完成设计,采购散装材料在现场制作现场安装。
四川石化惠生项目乙烯装置8台裂解炉,芳烃联合装置11台加热炉采用了模块化方案。
炉子的模块化方案首先是设计单位多年来一直积极推动的项目,作为总承包惠生公司大力支持与配合,从可行性审查的角度考察,炉子模块化实施方案正处在探索与实践且趋向成熟阶段,过去大多数为单台设备,大规模采用这种方案对惠生都是第一次。
在可施工性研究方面重点放在如何确定模块化分割、如何界定工厂与现场的界限等值多个方面的管理工作。
设计人员与惠生设计管理团队确定了芳烃联合装置11台炉由专业化公司在川内进行工厂化预制的方案,8台裂解炉对流段模块由另一家专业化公司制造。
工程执行情况表明,加热炉模块的制造进度、质量得到了保障,充分体现了工厂化预制、模块化安装的优势,减少了现场劳动力的投入和预制场地的占用,为现场文明施工创造了很好的条件;为今后进一步引导、推行更多专业的工厂化预制、模块化安装的方案进行了有益的探索。
5.蜡油反应器制造、运输与吊装安装
四川石化蜡油加氢装置反应器是全厂最重的大件设备,制造难度大、周期长、超限超重、运输难度大,对现场的影响也非常大,预留部位多,该工程子项的可施工性研究包括制造工厂的选择、交通运输和现场吊装几个重要环节上。
惠生团队把工作向前延伸,工程前期主动介入,通过密集的条件往返、技术交流,综合了吊装运输各种因素,包括施工单位吉林化建的吊装方案、大型机具平衡方案、四川省有关路桥码头的加固和调度措施等全方位考察因素,确定的实施方案是最优的,实施效果也非常成功。
四川石化蜡油加氢装置反应器工程是整个四川石化工程建设重要里程碑和标志性控制点,惠生项目部积极组织协调,积极主动与业主和专利商UOP协调,重点内容为提供反应系统设计条件,在惠生项目部及设计团队积极斡旋与协调下,设计院于2009年12月1日和2010年1月29日分别提交了封头、筒节、接管及法兰锻件图和制造图,为反应器制造赢得了时间。
惠生起重工程师在主体设备制造开始的时候,立即着手考虑吊装方案、规划吊装附件设置的问题。
在参照了国内同类装置反应器的吊装方案后,初步确定了顶部法兰口配置带吊耳的法兰盖作为吊装主吊点的方案,方案经与施工单位技术人员协商取得一致意见,接下来用8周的时间将原则方案具体化、工程化,2010年元月底提供了核算书与加工制造图交付制造厂。
两台反应器的运输与现场吊装是后续重点工作,过程中克服多种困难,对于可施工性研究与审查无紧密联系这里不作介绍。
两台反应器最终与2011年1月6日和8日成功吊装就位。
四、可施工性审查过程中的问题研究
1.信息渠道的阻滞
信息渠道的阻滞多由于设计、采购与施工分属于不同的公司。
尽管以PC总承包的角度构建了向上游、下游扩展的管理架构,但是毕竟是单方面的管理规定,设计单位与施工单位没有遵守的义务。
在设计阶段的执行过程中,设计人员一般不会把可施工性审查作为工作流程上的节点对待,当然也不会在确定某种技术方案时主动与我们商量,而是按照设计人自己的认知方式和习惯来确定设计方案。
对于我们的下游亦类似,施工单位一般并不主动将提供相关信息。
相应的措施是加强沟通,通过主动参与、发现问题、积极沟通,最终取得一致意见。
下面给出了上下游延伸管理的实例:
某装置原设计的厂房的设计跨距较大,布置不够紧凑,此种情况显然不是最优方案,在石化装置中紧凑的布置不但能够节约用地、减少相关工程材料的投入降低成本,更重要的是能缩短流程、减少阻力、改善化工操作工况、有效提高装置性能。
这个方案的可施工性研究过程中,惠生设计经理通过与设计院配管专业的沟通协商,共同对方案进一步优化,最终压缩4米跨距,取消一部分层高,这是用沟通措施实现可施工性审查与研究的实例。
下游管理的实例如蜡油反应器的吊装问题,反应器重达940吨,内件齐全整体吊装,前面通过工艺优化已经将3台反应器优化为2台,如此优良的工艺设计若无法通过施工安装来实现将会导致全盘的失败,因此这是一个典型的可施工性控制与实施过程。
在工程建设行业,大型设备的运输与吊装一直是施工阶段重点策划的内容,按照行业惯例,大型设备的吊装方案以及吊装需要的吊点、吊耳和连接方案均为施工单位提交条件,设备制造厂按条件制造。
我们的反应器采用的是顶部管口配套带吊耳的法兰盖作为主吊点,此方案最终实施结果圆满。
在确定该方案的过程中,我们通过沟通,主要是对施工单位的沟通,并根据沟通的情况进一步采取技术力量投入,此项措施发挥了重要作用。
虽然施工承包商有完善的组织保证体系和技术资源,但是该反应器处在蜡油项目的关键线路上,法兰吊盖的技术方案也为关键线路上的一个不可逾越的环节,鉴于施工单位的工程范围不包括其上游的采购,我们的起重工程师加入蜡油大件吊装管理团队提供技术支持,在我们的主导下工作进展迅速。
在很短时间就确定了技术方案,设计了法兰吊盖的制造图纸并交付制造单位,保证了工程计划中关键线路的节点。
2.目标不明确
对于一个具体的工程子项,一般认为对应的专业设计室或工程师应该就是设计主体,当本着可施工性研究的目的与其沟通时,会发现找错了对象与目标。
近年来我国工程设计行业流行一种运作方式——切块分包,有时候也称打包,这种情况下可能某一个工程子项整体上打包给某某供应商或某组织团体,某供应商才应是要与其进行可施工性研究的对象,这又涉及到采购过程供应商的选择问题。
这种现象的实质是,设计过程提前假定了供应商并在此假定的前提下做了工程设计,实际上近年来大型石化装置的建设单位一般都规定了自己的采购框架方案,很多建设单位制定了详细的选择规定,并以此来规范EPC/PC单位的采购活动。
在这种情况下设计方案与供应商选择就存在管理上的错位与漏洞,建设单位的框架协议未必与该工程子项的设计假定重合,如果不重合就存在搞可施工性研究找不着目标的问题。
解决此问题的方法是职能捆绑,设计组与采购组捆绑,临时组成一个联合小组,联合小组的工作方式仍然是沟通,加强与建设单位和设计单位的沟通,召开相关各方参加的联合会议,在达成一致意见的情况下再开展可施工性研究/审查与控制。
实践证明,PC模式下推行可施工性审查与研究是可行的,并且能够更好地实践与体现系统的闭环反馈机制。
与国际上以设计为主进行可施工性审查为主不同,作为PC承包,我们采用上下游延伸扩展组织架构来推行可施工性研究/审查,在PC模式下我们做了大量探索与实践,取得的结果是令人满意的。
PC模式下可施工性审查最显著的特点就是实现了下游的采购与施工技术人员、管理人员的参与,我们的组织架构为这种参与提供了可能性。
对于一个具体设计方案,采购与施工层面的技术人员通常比设计人员按照提示条款去研究审查有着更切合实际的理解,他们经验丰富,因而提出的意见与建议更具可行性与实用性,这一点特别适合我国的实际情况。
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