AP1000核島設計管理分析

江飛舟

(三門核電有限公司，浙江 三門 317112)

AP1000是西屋公司在AP600的基礎上開發的非能動先進壓水堆，與典型的壓水堆核電機組相比，其最大的技術特點是采用了非能動的專設安全系統、數字化儀控系統、模塊化建造技術。AP1000在提高機組安全性、簡化系統結構、降低建造成本、縮短建造周期等方面較二代改進型壓水堆核電機組有大幅提高。

三門核電一期工程項目是AP1000設計在全球的首次實踐，其核島設計方是西屋公司和紹爾公司組成的設計聯隊。AP1000的首次設計過程中，眾多無法預計的問題不斷出現，給項目建設，也給業主方的設計管理帶來極大的挑戰。通過多年堅持不懈的探索和實踐，針對AP1000首堆設計的特點，三門核電總結出了較為有效的管理應對措施和方法，在改善設計管理和推進工程建設方面起到了較大的促進作用。

1 核島設計狀態與管理難點

1.1 設計接口關系復雜

三門核電一期工程項目主要設計單位共有4家：上海核工程研究設計院、西屋聯隊、三菱重工和華東電力設計院。其中，上海核工程研究設計院負責電廠總體設計、核島配套設施（BOP）設計，西屋聯隊負責核島設計，三菱重工負責常規島主機設計，華東電力設計院負責常規島和常規島配套設施（BOP）設計工作。由于合同模式復雜，核島—常規島設計提資往往牽涉多家設計單位，客觀上給業主方接口協調工作帶來較大的難度。同時，西屋聯隊內部由于西屋公司—紹爾責任分工不同，彼此間也存在接口問題。

1.2 西屋聯隊對設計文件管理不足

作為核島設計方，西屋聯隊有義務提供完整的設計文件清單并進行一定的分類，并預計需提交的文件，用于管理和跟蹤文件的發布。但實際上，西屋聯隊提供的IED（文件索引）僅僅只作為文件提交的記錄功能，失去其設計管理應有的作用。這給業主方的設計管理帶來諸多不便，需要投入更多的資源以便對核島設計文件進行清理和跟蹤。

1.3 設計變更多且頻繁

設計變更多且頻繁，是AP1000工程設計過程中最為明顯的特點，由于這些變更往往難以預見，給現場的施工和設備采購工作造成大量的暫停、修改和返工。同時也給業主方的設計管理帶來極大的挑戰。AP1000首堆建造過程中，西屋聯隊平均每月發布400份E&DCR（Engineering and Design Coordinating Report）。對已發布的E&DCR進行分析，約76%的E&DCR是由于設計方的設計錯誤和信息不完善而引起的，“邊設計、邊建造、邊修改”的現象常常發生。如由于設計錯誤穩壓器垂直支撐預埋板的重大設計變更造成的現場返修（見圖1），導致RCS移交滯后5個月以上。

1.4 重新設計導致大量圖紙暫停

由于核島設計的基礎計算深度不夠，同時設計欲量過于保守，核島廠房內部分結構平臺重新計算和分析，導致大量的管道和電氣等施工圖暫停。如自2011年10月份起，核島設計方暫停1 104份管道及管道支撐圖紙；2012年3月份，暫停1 007份電纜橋架及其支架圖紙，圖紙釋放日期一推再推。此外，由于安全殼內再循環風機（MS14）制造重量和尺寸偏大，重心偏離原設計要求，安全殼內電纜制造尺寸偏大導致安全殼內大量管道和電氣施工圖暫停，同時部分結構模塊如CH53/54/50/57和鋼結構平臺如SPL22～33鋼平臺需重新計算和分析。

圖1 穩壓器垂直支撐布置示意圖Fig.1 Layout of vertical supports for the pressurizer

1.5 施工圖紙提交進度滯后嚴重

核島設計自進入施工圖設計階段開始，便表現出不斷滯后的趨勢。按計劃要求，核島設計方應于2011年6月份完成所有圖紙的提交和固化工作，然而截至2011年6月底，實際只完成不到70%的施工圖紙發布，部分施工圖紙發布較原計劃延誤1～2年。

1.6 現場技術問題處理效率低

由于核島設計方提供的圖紙質量不高，部分信息缺失，自洽性不足，以及國內施工單位和設備制造廠在首次施工和制造過程中對AP1000技術的消化和吸收需要一定的過程，這兩方面的因素導致核島現場技術問題層出不窮，如技術澄清、材料代換、施工單位發出的變更建議、不符合項報告等。自工程FCD以來，現場技術問題平均每月達300多項。按照要求，現場技術問題的平均答復時間在1周以內，但是在工程建設初期，1周內問題解決的比例僅在10%左右，超過1個月解決的達10%，解決效率過低。

2 原因分析

2.1 AP1000工程設計尚未成熟

西屋公司與中國簽訂AP1000設計和技術轉讓合同時，僅完成AP1000的初步設計，其工程設計并未成熟。然而，核電技術從初步設計到工程設計的跨越，需要大量時間和人力等資源的投入。因此，三門核電1號機組作為全球首臺AP1000機組，在項目開始便一直處于“邊設計、邊建造”的局面。

2.2 西屋公司自身準備不夠充分

自三哩島核電站事故發生以來，美國的核電發展受到極大的限制，西屋公司也已多年未涉足核電工程建設。西屋公司在從AP1000初步設計轉入工程設計階段的準備不夠充分。基礎計算如瞬態計算、地震動及樓層反應譜計算等深度不夠；項目初期就表現出人力資源配備不足和工程設計人員經驗欠缺等問題，導致設計進度和質量一直無法滿足設備采購和現場建安施工的需要。

2.3 項目合同模式復雜

三門核電一期工程總體上采用“核島總承包，常規島切塊分包”的合同模式。其中核島設計和部分主設備供貨合同由三門核電和國家核電組成的聯合采購方與西屋聯隊簽署，核島工程總承包合同由三門核電和國家核電簽署。錯綜復雜的合同關系和設計、設備采購分工，客觀上造成工程各參與方之間的接口復雜，協調難度大，決策效率低。

2.4 合同中對西屋的約束力不夠

雖然合同中對各類設計文件的提交日期均有明確的要求，但在合同執行過程中，西屋聯隊為滿足合同中的支付條件，常常先行提交初版的設計文件，而事實上其并未徹底完成相應的設計工作，主要表現在其取得進度支付款后不斷進行設計變更和對圖紙暫停。對于西屋聯隊的這種做法，在合同中并沒有明確的條款可以對其有效約束。

2.5 現場設計代表力量不足

目前，西屋聯隊派駐現場的設計代表僅僅被授權處理不涉及應力計算和系統修改的，如和結構不相關的物項打架之類的問題。大量的設計修改和技術澄清問題需要本部的設計團隊來解決，增加流程的同時，由于本部設計團隊對工程現場的實際情況掌握不夠，設計問題處理效率低下。此外，部分專業缺乏有豐富經驗的設計工程師派駐現場，亦造成部分現場設計代表處理的設計問題緩慢，難以滿足現場施工需求。

2.6 現場施工和設備制造的偏差

三門核電1號機組在首次建造過程中，難免出現施工或設備制造偏離設計要求的情況，而這些問題均需設計方進行評估和提供處理意見，部分問題導致重新設計或大面積的設計修改。

3 應對措施

在三門核電1號機組工程建設過程中，核島設計難以滿足現場施工和設備采購需求是工程建設的主要矛盾。為從根本上減小項目延誤，緩解核島設計滯后給工程建設帶來的影響，通過對核島設計滯后原因的分析，結合三門核電1號機組的項目特點和建設經驗，不斷的進行探索和實踐，總結出以下幾方面的應對措施。

3.1 加強西屋聯隊和現場設計力量

聯合采購方通過對西屋聯隊進行效能監察，督促其在人力資源配置，工作效率方面做出改進。西屋聯隊通過外聘設計人員補充設計團隊，根據現場需求從本部調配經驗豐富的人員派駐現場等措施，在一定程度上緩解了設計延誤，提高了現場問題處理效率。

考慮到大量現場設計問題流轉到本部設計團隊處理，并不利于問題的快速解決，業主要求西屋聯隊適當提高現場設計代表的授權，以便能夠快速處理不需要進行系統或復雜計算的設計問題，使得其本部設計團隊更專注于設計固化和重要設計問題的解決，提高工作效率。

3.2 組織各方對西屋聯隊進行效能監察

雖然三門核電AP1000項目合同模式復雜，但也正因為如此，項目管理可利用的資源較為豐富。業主、總包方對西屋聯隊有監督的權利，而施工單位和設備制造廠也掌握較多影響施工和設備制造的設計問題的信息。因此，為緩解設計延誤，提高西屋聯合體工作績效，在業主的要求下，聯合采購方對西屋聯隊定期進行效能監察，包括人力資源、工作效率、管理流程、承諾兌現情況等方面對其進行全面的評價，幫助其發現自身的薄弱環節，改善管理水平，以利于項目建設。

3.3 組織各方不斷清理設計尾項

由于西屋聯隊在設計文件管理上與國內設計院常規做法有些不同，并沒有提供較為完整的施工圖紙清冊。為統一各方對設計狀態的認識，并對剩余設計工作進行有效督促，業主組織中方對施工圖紙進行全面的清理，明確未發布的圖紙清單，以及每份圖紙中存在的問題，并就此與西屋聯隊溝通明確每份圖紙的解決時間，督促其加快解決。

3.4 多層次多渠道加速設計問題解決

利用項目參建方的現有資源，全面梳理制約現場施工和設備采購的設計問題以及清理剩余的設計工作，建立多層次多渠道的協調機制，全方位加強對核島設計的敦促，緩解項目延誤。

（1）建立海外設計催交機制

根據西屋聯隊內部的職能分工，設計文件的發布，重要變更的處理以及系統相關的計算和分析工作均由其本部設計團隊負責。然而，其本部設計團隊不了解現場實際情況，難以感受到業主的責任心和緊迫感，工作效率較低。對此，業主要求聯合采購方在合適的時機成立本部設計催交團隊，直接派駐西屋聯隊的設計本部，針對現場急需的設計圖紙，設計問題重點督促和催交，傳遞業主的要求和緊迫感。

（2）建立現場設計問題協調機制

三門核電1號機組建設過程中，核島技術澄清、現場變更申請、材料代換、不符合項等現場設計問題層出不窮。在這種情況下，梳理制約現場施工的上游設計問題，提高現場設計問題的處理效率是緩解項目延誤的重要手段。業主牽頭組織核島設計問題協調周例會，從施工需求出發，收集設計問題，運用清單管理，每周進行跟蹤和督促并定期通報問題的解決效率，針對超過1個月以上未解決的問題提交更高層的會議協調和推動。通過設計周例會制度的推行和堅持，在督促西屋聯隊提高現場設計問題效率上取得很好的效果，1周內解決的問題比例從10%提高到60%左右。

（3）建立現場巡視機制

參建方的管理人員，尤其是西屋聯隊的本部設計團隊及其管理人員對現場工程進展和制約因素沒有很好的了解，導致其缺乏項目緊迫感。對此，業主為營造緊張有序的項目建設氛圍，加快制約現場施工的問題處理，每周牽頭組織施工單位、SPMO、現場設計代表的高層管理人員進行現場巡視，整理影響現場施工的重要問題，并推動解決。此外，在與西屋聯隊高層定期會晤前進行現場巡視，提高西屋聯隊高層對現場實際需求的認識，加快處理速度。

（4）建立高層定期會晤機制

針對核島設計滯后給項目進度帶來的嚴重影響，業主主動與西屋聯隊高層進行定期會晤，并要求其高層長期在現場進行辦公，全力解決三門核電項目的重大設計問題。工作層對設計問題進行盤點和跟蹤中，對于長期未解決以及極大制約現場施工的設計問題提交高層會議協調和推動。

（5）建立快速響應機制

核島設計變更發生常常難以預計，部分重大的設計變更更是直接影響都到關鍵路徑工作。對于這類變更，則需要業主方能具備較高的敏感性，第一時間督促各方采取應對措施，做好后續工作的詳細安排，以緩解設計原因對項目造成的影響。

4 結束語

在項目的建設階段，設計無論是對項目投資控制還是進度控制的影響都是非常大的，因此，業主方在項目管理中應加強對設計領域的管理和控制。在三門AP1000項目建設過程中，通過不斷梳理核島設計存在的問題，分析原因，抓住主要矛盾，并有針對性的采取管理應對措施，事實證明，在改善核島設計管理、推進工程建設方面起到了極大的促進作用。同時在實踐中不斷總結經驗，持續改進，希望能為后續核電項目建設提供幫助。