基于多级递阶结构的核电工程管理系统模式与优化

陈长兵， 李惠强b， 柯华虎b， 郑砚国b

(1. 华中科技大学 a.公共管理学院； b.土木工程与力学学院， 湖北 武汉 430074；2. 核动力运行研究所，湖北 武汉 430223)

上世纪80年代以来，我国核电建设从无到有，取得了明显进展。目前已有11台核电机组投入商业运行，装机容量906万千瓦，另有一批核电在建与开展前期工作。根据我国核电中长期发展规划，到2020年我国核电装机容量将达到4000万千瓦，在建装机容量达到1800万千瓦。目前，国家已经着手对《核电中长期发展规划(2005～2020年)》进行调整，计划调整为到2020年，规划核电装机容量为8000万千瓦。核电建设即将进入规模化发展阶段，这对工程建设的项目管理提出了新的要求。

从我国已建的几个核电站工程实践来看，其建造方式覆盖了多合同散件、少合同分岛和交钥匙总承包等多种方式，并相应形成了各种不同的项目管理模式[1～4]。这种多方式并存现象，既有源于国家政治经济大局的因素，也与我国核电起步阶段专业化的项目管理尚不成熟有关。其中一个共同特点是：以业主的自主化管理为主，或多或少依靠了专业的工程管理公司或设计院的支持。从《核电项目管理导论》[5]以及《核电工程项目管理》[6]等文献对美国、法国、日本、韩国等国家核电工程项目管理模式进行的分析可以看到：由于核电工业体系与市场经济机制不同，以及业主体制的不同，核电工程的建造方式遵循着如下双向演变规律：多合同散件采购方式←→按核岛及常规岛、按系统采购的少合同方式←→EPC总承包/交钥匙方式。其中，工程管理公司(Architect - Engineer , 简称AE公司)扮演着非常重要的角色，按照业主的选择，AE公司可适用于以下各种管理模式：作为独立实体承担工程设计并作为业主的支持力量来协调承包商之间的关系；或作为独立承包商对设计采购进行总包；甚至直接成为工程EPC/交钥匙总承包商或其组成部分。

针对核电工程管理系统特点，本文将项目管理方法论与系统工程结构分析理论进行了有机结合，建立了其三维系统结构和管理系统中主要行为主体的二维活动矩阵。在递阶结构模型建立过程中，运用了历史资料调查和专家咨询法，对主要要素及其间关系进行了反复比选、论证。最后，根据模型的多级递阶结构，对影响系统有效性的主要因素进行了分析，并将相关管理功能结合现行可能的组织结构型式进行有机整合优化。

1 核电项目管理二维活动矩阵与核电工程三维系统结构模型

按照我国基本建设程序划分方法，参考国际原子能机构编写的《核电项目管理指南》[7]，以及“中华人民共和国民用核设施安全监督管理条例规定”中相关安全许可审批制度，本文为简化模型研究需要，将我国核电工程项目建设阶段划分为：项目的规划与选址、工程设计与建设前期准备、项目主体工程建造(设备制造与土建、安装)、调试启动、竣工验收移交等五个阶段。建设阶段的前后顺序通常会涉及到一些责任转移或移交而导致的各阶段交叉或搭接，也基本不影响上述阶段的划分。由此建立核电工程三维系统结构模型如图1所示，其中，X维(时间维)用所划分项目生命阶段表示；Y维(逻辑维)用项目管理逻辑表示；Z维(知识维)用项目实体构成表示。

图1 核电工程建设三维系统结构

为方便核电工程管理系统结构分析，结合美国项目管理学会(PMI)的项目管理知识体系指南[8]所提供的项目管理方法对项目生命周期进行详细描述，根据各阶段中主要的项目合作伙伴的主要工作与逻辑程序，按照输入、活动、输出分别建立二维活动矩阵。活动矩阵是对核电工程三维结构的进一步推理和细分，编制的活动内容参考我国现有建成核电站工程的总结，并进行专家咨询。限于篇幅，本文仅以规划与选址阶段活动矩阵为例列表如表1(该表所列活动以建成核电工程为实例，涉及相关单位均以当期名称列出)。二维活动矩阵表是以活动主体方明确需要开展的工作以及其间的主要逻辑关系为目的而建立，为建立核电工程管理系统递阶结构模型提供了依据。根据不同的业主管理模式，活动的主要承担方会有一定变化，部分跨阶段工作列入方式也有变化。

表1 项目合作伙伴在规划与选址阶段二维活动矩阵表

2 核电工程项目管理系统递阶结构模型

按照核电工程管理系统三维系统结构模型以及生命周期五个阶段的二维活动矩阵分析，管理系统拟主要考虑的因素为：建设目标、管理领域内容、管理活动、管理实施主体、管理组织体系、边界与环境等相关要素。其中，①工程建设目标，包括投资、进度、质量、安全；②管理领域，包括总体综合、范围、时间、费用、质量、人力、沟通、风险、采购、核安全、接口关系等；③管理活动，包括项目实施前的活动(厂址准备、资金筹措、工地准备)，工程业务管理(工程设计、施工说明)，质量保证与控制，采购与合同管理，申请许可，设备制造，建造，系统与设备安装，启动调试，竣工验收等；④项目主要合作伙伴，包括投资方、核电业主、政府管理部门、核电设计院/AE公司，系统供应商、设备制造商、建造商、安装商、工程公司、专业设计院/咨询公司；⑤核电工程项目管理组织体系，涉及三个层面：业主与各承包商之间构成的组织机构体系，工程管理组织机构的结构，组织机构的运作机制；⑥边界确定与环境识别，包括公众、媒体、核电政策与规划、国产化、地域环境。

建立核电工程管理系统多级递阶结构模型，是为研究核电工程管理系统的整体架构，分出层次，找出主要因素及其相互关系，为管理系统结构的调整、优化提供参考依据。建模采用解释结构模型(Interpretative Structural Modeling)ISM法[9]，建模步骤如下。

2.1 核电管理系统构成

通过核电行业专家咨询，多次试算，对上述要素逐一分析讨论，并进行适当合并，确定核电工程建设管理主要要素有：S0竣工验收；S1项目建造方式及项目管理模式；S2进度；S3质量；S4安全/核安全；S5工程投资成本；S6采购招标；S7接口管理；S8合同管理；S9许可证申请；S10核电设计院/准AE；S11业主；S12调试启动；S13核电政策与规划；S14国产化水平；S15主体工程建安/承包商及供应商；S16选址与工地准备。其中：S1项目建造方式及项目管理模式是项目管理结构体系建立的前提，决定管理组织机构与运作机制；S10核电设计院/准AE是根据我国已建成核电项目中核电设计院已具备相当AE功能实体作用的抽象提炼；S15主体工程建安/承包商及供应商是从管理角度对工程实施内容与承担主体的合理合并。

2.2 建立邻接矩阵A

按照因素间直接的因果或者手段-目的关系建立邻接关系矩阵A：

矩阵中“0”表示因素间没有邻接的直接关系，“1”表示存在直接关系。该邻接关系矩阵是通过分析建设经验总结后提出的(较多的参考了秦山核电二期工程建设经验)，并借助了专家知识与经验，经过了多次反馈修正与完善(过程略)。

2.3 计算可达矩阵R

可达矩阵是各因素之间，经过一定的通路后可以达到的程度，表示各因素间的联结关系。R可由下式获得：

若A1≠A2≠…≠Ar-1=Ar，则R=Ar-1。

其中A1=A+I，A2=(A+I)2，… ,Ar-1=(A+I)r-1，Ar=(A+I)r，A为邻接矩阵，I为单位矩阵，运算规则为布尔代数运算法则。

本文采用VC编程计算，经过多次运算(计算过程略)，得出反映总体结构关系的可达矩阵R(R=Ai即有向连接图中某一节点到图中任一节点最长的通路其长度不超过i步)：

S0S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15S16S000000000000000000S111111111111010111S210100100000000000S310011000000000000S410001000000000000S510000100000000000S610111110110010011S710111101010010011S810111100110010011S910111100010010010S1010111101111010011S1111111111111110111S1210111100000010010S1311111111111111111S1411111111111010111S1510111100000010010S1610111100010010011

2.4 要素的层级划分

将系统中的所有要素，以可达矩阵为依据划分为不同的结构层次，其中：R(Si)为要素Si的可达集，即由可达矩阵中第Si行中所有矩阵元素为1的列所对应的要素集合；A(Si)为要素Si的先行集，是由第Si列中所有矩阵元素为1的行所对应的要素集合。结果见表2。

要素层级划分是由最高级逐层向下划分，即首先找出最高一级的要素，找出最高要素后，即将该要素从可达矩阵中划出相应的行和列。接着，再从剩下的可达矩阵中寻找新的最高要素层，依次类推，就可将系统所有要素划分完毕。划分的条件是：R(Si)=R(Si)∩A(Si)。

表2 系统要素的可达集与先行集

2.5 建立解释结构模型

根据上述系统邻接关系与要素层级的划分，得出系统的递阶结构模型如图2。

图2 核电工程管理多合同采购模式系统递阶结构

图2所示递阶结构与核电工程项目管理系统有效性的定性分析具有一致性，也是当前核电项目采用多合同散件采购方式建造的结构。层次中最上层为建设总目标(第一级)及分目标(第二、三级)；其次是工程实体施工及其活动，包括第四、五、六级；再其次是项目管理活动，包括第七、八级；最基础是管理组织体系以及宏观环境条件，包括第九、十、十一级。

3 核电项目管理模式结构优化

从递阶结构模型可以看出，建设目标、工程实体活动更多的与核电工程这种技术系统相关，不易改变；最基础层次是项目需要适应的宏观环境条件，也难以改变。系统的主要管理活动集中在第七、八级，是该系统的软的部分，也是系统优化可调整的对象。该类因素既取决于系统的宏观层面的因素，又是项目实体工程与行为主体的决定因素，是整个管理系统结构优化的关键。为此，我们对图2所示递阶结构结合核电项目管理现状和未来的发展作进一步优化。

3.1 核电AE管理模式

根据我国核电工程实践经验总结，以及国外核电发达国家有关专业化核电AE公司在项目中的作用与地位，对图2模型中的S10核电设计院/准AE、S7接口管理、S8合同管理等功能合并，由专业核电AE公司整合并完成其功能。由此对系统结构模型进行调整如图3所示，形成核电AE公司管理模式中设计(E)与采购(P)分离的模式。如进一步由AE公司承担采购职能，则构成图4所示的核电AE的EP结合模式。

图3 核电工程管理AE( EP分离)模式系统递阶结构

图4 核电工程管理AE( EP结合)模式递阶结构

3.2 核电EPC交钥匙管理模式

EPC(Engineering-Procurement-Construction)是设计、采购、施工项目总承包交钥匙管理模式。将图4中S9、S12、S15、S16所代表的工程实体活动进一步合并到核电AE的职能中，这也就是国际原子能机构编写的《核电项目管理指南》[7]所述由AE公司全能实施的EPC总承包方式，管理系统结构将进一步简化，接口关系将更为简单，见图5。

图5 核电工程管理EPC交钥匙模式递阶结构

4 结 论

本文运用系统工程理论方法建立了核电工程项目管理二维活动矩阵，构建了基于多合同模式的核电项目管理的递阶结构。并从系统结构优化的角度，说明了核电管理系统由多合同模式→EP分离的核电AE模式→EP结合的核电AE模式→EPC结合的核电AE模式的逐步优化过程。

项目管理模式的优化是从项目管理学角度对管理组织结构的一种追求完美化的结果。但实际工程项目管理模式的选择，却是以项目自身条件及项目环境条件的适应性为依据所做出的具体选择。以我国当前核电项目的实际情况来看，多种模式的存在都有其合理性。

(1) 对于多合同散件方式来说，业主的管理负荷会加大，业主管理的风险也会增加，但业主或本国公司从国外获得技术转让和掌握技术的机会会增加，承包商对业主的制约或者贯彻业主意愿受到的制约也随之减少。这也是核电发展中国家提高国产化水平的一种必然选择。

(2) 但是在国产化过程中，一旦本国完整的核工业体系建立并完善，本国核电AE公司、系统供应商以及总承包商逐渐成熟，业主基于投资经济性考虑，以及项目管理的专业化和社会化，其建造方式将向核电AE(EP分离或EP结合)少合同方式、EPC总承包交钥匙合同方式合同方式发展，核电AE公司实现EPC总承包将是未来核电工程建造方式和项目管理结构最优化的必然。

[1]董保同，王 雁．认真总结经验坚持自主创新努力跻身世界核电强国之林——解读国防科工委主任张云川关于秦山二核的批示[J]．中国核电，2006，(5)：14-16.

[2]核电秦山联营有限公司．秦山核电二期工程建设经验汇编[M]．北京：原子能出版社，2004．

[3]核电第三核电有限公司．秦山三期重水堆核电站建设经验汇编[M]．北京：原子能出版社，2003．

[4]岭澳核电工程实践与创新编委会．岭澳核电工程实践与创新[M]．北京：原子能出版社，2003．

[5]罗安仁．核电项目管理导论[M]．北京：原子能出版社，1995．

[6]程平东，孙汉虹．核电工程项目管理[M]．北京：中国电力出版社，2006．

[7]International Atomic Energy Agency. Nuclear Power Project Management a Guidebook[M]．Wienna: IAEA,1988．

[8]Project Management Institute．A Guide to the Project Management Body of Knowledge (PMBOK 2003)[M]．Newtown Square: Project Management Institute Inc.,2003．

[9]汪应洛．系统工程理论、方法与应用[M]．北京：高等教育出版社，1992．