核電廠管道設計工業化管理探討

吳輝岳，柴偉東

(中廣核工程設計有限公司，廣東省深圳市518045)

0 引言

目前我國在建的商用核電廠有壓水堆、重水堆2種堆型，總體上以壓水堆為主，其中CPR1000型壓水堆數量最多。CPR1000型壓水堆系統復雜、管道數量多，設計和施工時間長。在保證設計質量的前提下，縮短設計時間、降低設計成本是設計管理追求的目標之一。

傳統管道設計模式需要投入大量的人力，每個人員做著相同的工作，不同人員的設計水平和效率不同，往往造成設計質量和進度參差不齊。本文借鑒國外EPR核電項目工業化設計經驗，研究能推動我國核電項目管道設計水平提升的設計管理方法，為其他類似工程提供參考。

1 國外管道設計工業化管理特點

通過調研、分析國外先進國家的核電項目管道設計現狀，將其特點歸納如下:

(1)成熟性。設計工業化管理是建立在成熟的設計工作基礎上的，設計任務、流程、方法都比較穩定。其應用軟件系統對于變化的設計項目適應性較差，研發型設計項目不太適合工業化管理。

(2)高負荷性。對于工作量較大和必須大型團隊配合才能完成的設計項目，才有必要實施工業化管理，以提高其經濟效益。對于小型項目則以傳統設計管理方式為宜。

(3)依賴性。設計工業化管理無法取代人的作用，任何設計或生產的工業化管理都需要由人去控制，工業化管理只是讓設計者的工作更加輕松和高效，而無法代替設計者去做設計。

(4)流水線化。傳統的流水線生產模式是工業化管理非常顯著的一個特點。整個設計工業化管理可以分成若干道工序，定義每1道工序的標準化操作步驟，完成1道工序的工作后自動轉到下1道工序工作，直至完成這個設計項目［1］。

(5)自動化。工業化管理水平的高低取決于其自動化的程度，設計過程中的繁雜工作可通過應用軟件系統來解決，而傳統設計工作的自動化程度較低。

(6)專業化。設計鏈由多名設計人員組成，每個人一直從事某個環節的工作必然熟能生巧，使各環節工作不斷優化，提高了整個設計鏈條的專業化程度。

(7)質量可靠。大量采用先進管理軟件系統及工作任務的批量化，使設計產品的質量具有相同性，如果某項目的設計工業化管理測試符合要求，其設計產品的質量必定是可靠的。

2 我國核電工程管道設計工業化管理的實施

通過研究、探索，總結歸納出核電廠管道設計工業化管理的基本方法，主要是通過如下2條主線來實施的。

其一是設計工作主線。將管道設計的全過程拆分成一道一道的工序，各道工序間的工作能順利對接，制定統一的工作流程，使其成為1條管道設計工業化流水線。定義每1道工序的標準工作內容，使每1道工序的工作內容標準化、規范化。工作流程和工作內容將直接影響設計成果的效率和質量。

其二是設計控制輔線。對設計工作主線起“潤滑”和推動作用。優秀的設計工業流水線如果沒有一套好的控制系統，其高效性發揮不出來，就達不到工業化管理的特點。控制系統使整個設計工業化流水線聯動起來，形成一個有活力的有機整體。

2.1 管道設計階段劃分

核電廠管道設計過程一般可劃分為方案設計階段、初步設計階段和施工設計階段。

方案設計階段:實現系統工藝布置設計的初步規劃，形成大體設計輪廓，偏向于概念化和理論化。

初步設計階段:完成管道從方案到設計固化的過程，并預估采購物項、管道部件用量和其他信息(與最終設計結果相差較小)。

施工設計階段:落實所有采購信息，使其與初步設計一致，以及對初步設計成果的最終復核，保證設計結果與初步設計方案一致。

圖1反映了管道設計三大階段的具體工作內容［1］。

圖1 管道設計各階段工作內容Fig.1 Work list of each phase in pipeline design

當各階段設計工作環節細化后，必須強調邏輯性，因為參加該項目設計工作的人員如果沒接觸過全過程，將會在工作中迷失工作順序，于是引入設計狀態邏輯管理概念。將管道初步布置工作狀態定義為0，表示剛開始;初步設計成果發布狀態定義為60，表示初步設計成果合格;施工圖紙發布狀態定義為100，表示圓滿完成設計任務。其他每1個工作環節按照先后次序都以數值的邏輯方式進行標識，就形成了一套以數值排列的工作流水線。

2.2 管道設計控制

范圍控制:設計工作開始前，為了不影響后續工作的開展，依照合同，明確設計分工、責任和義務，然后針對合同范圍內的工作內容進行管理控制。

輸入控制:設計工業化管理采用主動發布信息的方式，而不是采用應下游要求而反饋信息的方式。總體定義好所有需要發布的上游設計信息的類別和項目，各專業按照節點進度安排以標準、規范的文件形式發布。下游專業則可通過查詢各類文件獲得上游設計信息，省去大量提資環節，提高效率。特殊要求輸入也可采用提資方式處理。

流轉控制:管道設計工業化管理過程工作流轉頻繁，采用單向邏輯式流轉模式，當1項工作完成后進入下1個工作環節，或者根據1個判定條件進入下1個環節，否則轉到其他工作環節。每1個環節都能做到專業化處理。

進度控制:整個設計工業化管理過程的各個環節都設置了工時、負荷分析及人力資源調配數據，該控制可精確到每1個人、每1根管道的設計效率和進度，為項目管理團隊提供精確、可靠的信息。

質量控制:定義設計過程中的各種設計指標，分類抽查設計成品或者根據下1個環節的反饋以及返工率監控設計鏈條的運行，總體把握、控制設計成品質量。對出現質量問題的階段設計成果進行分析，反思出現問題的原因，調整工作流程和內容以避免再次出現問題［2-5］。

接口控制:各專業間的信息交換不可避免，首先明確各專業的接口類型和內容，在相應工作環節做好接口信息設計，需開發設計接口控制應用軟件來管理接口［2-6］。

變更控制:設計過程中必定會有變更，它可分為變更提出、變更分析、設計修改及過程跟蹤4個方面，需開發獨立于設計主線之外的變更控制應用程序，來提高效率及可控度［7］。

物項控制:通過創建設計平臺和建立集中的物項管理方式，及時、動態地監督預算建造成本，并為成本估算及采購工作提供數據。

風險控制:設計過程中的不確定因數會使設計成本造成損失，建立風險預判、風險價值分析機制對減少損失有較大幫助。

圖2反映了管道設計管理和控制邏輯實現的過程。

圖2 管道設計管理及控制邏輯Fig.2 Management and control logic of pipeline design

3 管道設計工業化管理的效率與成本

實施管道設計工業化管理后，每1道工序的效率都可大幅提升。多人長期從事設計鏈中的某項工作，與傳統設計中的1個人完成多項設計工作相比，人員對工作的熟悉和熟練程度會有很大提高，工作用時更少，專業性也更強。缺點是長期從事1項工作容易產生設計疲勞，管理者在設計周期中需適當變換設計人員的工作環節。

實施設計工業化管理后分工細化，關鍵設計環節可安排經驗豐富的工程師完成，簡單而繁瑣的工作則可安排普通工程師和輔助設計人員完成，因此在人力成本方面與傳統設計方式相比也有大幅降低。

管道設計工業化管理方法已在臺山核電廠一期工程核島管道設計中得到了應用。現以臺山核電廠工程小管徑管道設計為例［8］，分析管道設計工業化管理的效率與成本［9- 10］。各廠房設計工作量如表1所示，工作效率如表2所示。

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按目前社會行情，技術人員人力成本約為助理工程師的1/2，助理工程師人力成本約為工程師的1/2來計算，可得到上例臺山核電廠小管設計采用工業化細化分工模式比常規設計模式的人力成本節省40%的結論。

4 結語

基于國外先進國家的核電工程管道設計管理經驗，提出了適合于我國實際情況的核電廠管道設計工業化管理的基本方法，并在臺山核電廠一期工程核島小管徑管道設計中應用了此方法。結果表明，采用這種工業化細化分工的模式后，其人力成本比傳統設計管理模式節省40%。核電廠管道設計工業化管理方法還需要完善，進一步研究的重點是其標準化、規范化和在具體工程中的推廣應用。

［1］法國AREVA公司.Piping design procedure［R］.深圳:中廣核工程設計有限公司，2009.

［2］法國AREVA公司.Interfaces with detail designer for piping and surveillance plan［R］.深圳:中廣核工程設計有限公司，2009.

［3］法國AREVA公司.Configuration management plan taishan procedure［R］.深圳:中廣核工程設計有限公司，2009.

［4］法國AREVA公司.Configuration management for detailed and basic design on JDO piping activity［R］.深圳:中廣核工程設計有限公司，2009.

［5］法國 AREVA 公司.PDMS piping－3D-model quality check［R］.深圳:中廣核工程設計有限公司，2009.

［6］法國AREVA公司.Interface system-piping layout and technology［R］.深圳:中廣核工程設計有限公司，2009.

［7］法國 AREVA 公司.Desing evolution notice procedure［R］.深圳:中廣核工程設計有限公司，2009.

［8］韓浪.臺山項目核島小管初步設計人力計劃模型數據［R］.深圳:中廣核工程設計有限公司，2011.

［9］廖建華.1 000 MW壓水堆核電站輔助設施管道施工［J］.電力建設，2011，32(12):120-123.

［10］韓小萍，魯勤武，李軼，等.核電站管道段模塊化施工技術［J］.電力建設，2012，33(6):109-112.