EPC模式下方家山核岛土建关键路径工期优化分析

刘永清，吴佑聪，裘锦宏

（秦山核电有限公司, 浙江 海盐 314300）

对于M310堆型的核岛土建，大亚湾核电站和岭澳核电站一期工程建设已经实践分析出了一条关键路径。因厂址适应性、前期准备以及施工单位施工组织安排等将对该关键路径造成不同程度的影响，为了更好地落实方家山核电工程在工程总承包模式下的核电项目管理，以及“精干业主、工程公司总承包、专业分包”的管理对策，方家山核电工程进度管理在总承包模式下，通过磨合和摸索，寻求了一套管理手段，通过加大土建工程关键路径的进度控制，合理压缩关键工作持续时间，原总包合同土建工期23.5个月减至22个月进行内控计划管理。

本文通过方家山核电工程1号机组土建工程施工关键路径的进度控制（主要是对工程总承包方提出的57个月工程总工期中土建22个月的计划进度控制）的分析总结，工期优化，土建总工期在前期条件成熟、合理部署施工工序等情况下，在原57个月总工期合同框架内，不影响土建合同总价款和工程总造价基础上，从实效性和经济性方面分析，完全可以实现土建施工在20个月的工期目标。通过对土建关键路径工期的优化分析，希望能为同类核电工程提供有益的参考，对其他核电工程的进度控制起到借鉴作用。

1 核岛土建关键路径分析

核电土建工程的关键路径主要是反应堆厂房主体土建工程施工和安全壳预应力张拉工程，其次房间的移交和土建、安装关键接口的移交，也是对安装起到直接制约的因素。在核岛土建施工中，仅对土建主体工程进行控制远远不够，控制的重点还应包括房间的移交和关键接口的移交；尤其在安装开工初期，大量关键区域和房间的移交会直接影响安装工作的全面展开和工程量点数的积累。但也不能忽略，前期土建工程准备也是主体土建工程重要一环，土石方正挖向负挖过渡，实现基坑验槽满足浇灌第一灌混凝土的前期条件尤为重要，且在之前取得国家项目核准以及颁发建造许可证也是一个影响因素。只有在前期工作完备、条件充分的基础上，核电工程正式开工及FCD零点工程才真正起到界定作用。

1.1 工程前期准备阶段

核电工程前期主要工作包括项目核准环节、前期工程准备即“四通一平”和负挖工程等相关工作。每个环节均影响后续项目正式开工。根据《中华人民共和国民用核设施安全监督管理条例》的规定，项目应获得国家核安全局颁发的相应安全许可证。同时，确保FCD及总工期进度的另一制约条件是现场“四通一平”和负挖工程。如果现场施工条件不具备，会耽误开工启动时间。工程前期关键路径如图1所示。

1.2 土建主体工程

图1 核电工程前期关键路径示意图Fig.1 Schematic of initial stage critical path for nuclear power projects

核电工程正式开工是以行业中均以项目正式核准后，启动反应堆厂房第一灌混凝土施工为界定，即项目FCD。在土建工期中，自FCD至穹顶吊装完成为周期，进行合同工期界定。土建阶段施工的关键路径主要指的是反应堆厂房地板第一罐混凝土到反应堆穹顶吊装，主要的施工阶段分为：核岛负挖→地质检查(NNSA)→防水层/廊道施工→筏基A层混凝土施工→EPP系统贯穿件安装→钢衬里底板安装→钢衬里和筒体（1～22层）混凝土施工＋内部结构施工→环吊牛腿安装→环吊安装→穹顶吊装→筒体（23～24层）混凝土→环梁（J、K、L层）混凝土→穹顶（M、N、O、P层）混凝土→预应力张拉工程；穹顶拼装→1R55区管道、通风及电仪安装→穹顶吊装。

环吊支架安装完成是环吊轨道安装的前提条件。由于环吊安装工期紧，支架安装成为关键的土建、安装接口。预应力张拉工程对反应堆厂房贯穿件的安装影响较大，也处于关键路径。另外，龙门架的安装是龙门吊安装开工的前提条件，龙门架的安装处在关键路径上。土建主体工程关键路径如图2所示。

图2 土建主体工程关键路径示意图Fig.2 Schematic of civil work critical path

1.3 土建工程关键路径的工期值

安排项目总进度必须确定工程总工期与各阶段的工期。确定工期，借鉴国内外同类型核电厂的建设经验是非常重要的。先参照同类型核电厂，特别是参考核电厂的建设经验，再根据本工程的具体条件，包括厂址、环境、设备及材料供货能力等物质条件和业主的要求以及国家安全法规与工业标准等方面的差异进行修正，是确定工期的一般做法。初步确定总工期和各阶段的工期之后，再根据核电厂的设计和勘测数据逐步深化调整，最终确定建造工期。

以法国M310堆型为基础，自主设计、自主采购制造M310二代加堆型，技术上和工程施工方面已经非常成熟了。目前，对比在建和已建部分项目（见表1），一般考虑土建工期在22～24个月，基本可控制在24个月以内；安装工期在22.5～24.5个月，基本可控制在24个月以内；调试工期在12.5～13.5个月。总工期60个月左右，两堆间隔不超过10个月。

国内M310二代加堆型的核电建安工程施工技术和施工组织安排均成熟化。据目前核电建设经验分析，土建主体关键路径工期一般控制在22个月的基准上，能满足核电工程总工期要求。现在秦山二期扩建工程3号机组总工期控制在56个月，其中土建工期仍以22个月为基准，进行了计划压缩，基本以21个月完成土建主体工程，实现了穹顶吊装向安装工程阶段过渡。核电土建工程23.5个月的工期分配情况如图3所示。

2 方家山核岛土建工程关键路径

2.1 方家山工程前期

方家山核电工程在前期准备阶段主要围绕项目核准、建造许可证申领、长周期设备订货以及现场施工准备为中心，重点做好项目可研、厂址安全分析、初步安全分析、环境影响报告以及相关行政许可要求的报告编制和审评工作，组织开展长周期设备订货，项目厂址条件施工准备等工作。计划安排及实际情况如图4（a）所示。

工程的现场准备是2003年启动了项目的征地搬迁工作，2007年5月22日正式开始“四通一平”工程土石方正挖爆破施工。因“四通一平”工程开工时间较晚，对后续工程的进行带来较大负面影响。当时应按照通常施工办法，正挖完成后再进行负挖施工，但当时“四通一平”工程中主厂区土石方工程计划工期14个月，而且方家山工程现场的特异性，周边运行多个核电站及其他多种制约因素，很难压缩土石方工程绝对工期，无法满足负挖工期，既定目标2008年12月28日FCD节点无法实现。为了实现工程开工目标，参建各方通过协商和周密策划，详细分析和论证后提出正、负挖搭接施工的建议方案，即在“四通一平”阶段提前完成1、2号核岛区域的正挖，采取非常规的方案实现“四通一平”和负挖的搭接。方家山核电工程前期能顺利完成核岛正、负挖工程，为实现工程开工奠定基础，主要是因为及时启动了“四通一平”和负挖的搭接，充分利用施工空档期；正、负挖为同一个施工单位。计划安排及实际情况如图4（b）所示。

表1 国内在建和已建部分压水堆项目工期对比表Table 1 Construction periods for some domestic PWR NPPs under construction or in operation

图3 核电土建主体工程23.5个月关键工期分配情况Fig.3 23.5-month critical construction period for the civil work of PWR NPP projects

2.2 方家山核岛土建工程关键路径

方家山核电工程采用的堆型是M310二代加改进型百万千瓦级机组，采用的EPC总承包管理模式，土建和安装分别由具有成熟施工经验的中国核工业第二二建设有限公司和中国核工业第二三建设有限公司承建。土建及安装的主体工程关键路径工作也是很清晰的。在总承包合同签署中，以总工期60个月的目标进行控制，中国核电工程有限公司为了更好完成合同目标，编制了57个月总工期的内控二级计划，要求施工单位按照57个月工期进行计划控制。

方家山核电工程57个月的内控版计划周期关键节点如图5所示。

方家山核电工程57个月的核岛土建关键作业工期安排如图6所示。

3 方家山核岛土建工程关键路径工期优化

3.1 从实际施工对计划22个月土建工期的优化分析

图4 方家山核电工程前期现场准备关键路径示意图Fig.4 Schematic of the critical path for pre-stage on-site preparations for Fangjiashan NPP

图5 方家山核电工程57个月总工期关键节点时间表Fig.5 Key milestone time schedule in the 57 months of the total construction period for Fangjiashan NPP

图6 方家山核电工程57个月土建关键路径计划工期安排Fig.6 The construction schedule for the 57-month civil work critical path of Fangjiashan NPP

方家山核电工程是首批通过国家核准制程序的核电建设项目，前期论证受技术路线以及堆型的调整，周期较长，同时造成工程现场准备工作时间紧迫。确保在2008年底浇灌第一灌混凝土，实现了非正规的工程正负挖搭接施工方式。提前完成核岛基坑负挖，为核岛FCD奠定基础，顺利按照二级计划目标开工。但因当时现场条件制约、天气以及处理不符合项目等原因影响造成筏基施工出现赶工现象，与22个月施工工期计划对比不一致，在后续施工中调整施工工序才赶平二级计划，并在后续0 m板和4.65 m板进度提前二级计划，4.65 m板完工与57个月内控计划对比提前1个月。但在4.65～8.1 m墙体施工受预埋件安装设计变更等接口影响，关键路径上内部结构施工进度滞后二级计划土建22个月计划工期要求。截至2010年5月15日，方家山核电土建工程总体情况与57个月相差约有10 d滞后。但从目前施工进展情况分析，已能满足22个月的工期要求。

图7 方家山土建关键路径筏基计划和实际对比Fig.7 Comparison of the scheduled and actual civil work critical path for the reactor building base of Fangjiashan NPP

方家山核电工程在FCD前早已在2008年7月就启动了廊道施工底板防水施工，11月完成了廊道盖板结构施工，同时完成了筏基防水保护层施工，如图7所示。廊道启动后，方家山经历4个月工期具备正式启动筏基结构施工条件。筏基A层（-10.00～-8.80 m标高）。自2008年11月15日保护层施工完成前开始放线测量，顺利实现了在12月26日正式浇灌第一罐混凝土，即FCD零点工程。然而，在A层浇注完成后，时值2008年底遭遇近60年来罕见的低温雨雪冰冻天气，给地处南方的施工混凝土养护带来了很大困难。施工单位也积极采取了防寒防冻措施，采用新方法在浇混凝土区域上方搭设引入蒸汽管道的钢架和帆布膜暖棚，以控制混凝土降温速率。但是原定筏基A层混凝土浇灌后进入混凝土养护期，计划养护工期15日，不但未能减少养护时间，反而造成A层施工冬季大棚养护影响工期9 d。同时，产生反应堆厂房A层底板混凝土大面积裂隙：拆模后发现侧面出现裂缝15条，平均长度在0.8 m左右,宽度在0.2 mm以内。平面发现裂缝10条，宽度大于0.3 mm的有5条,最长的约20 m,呈不规则交叉分布。

当时认为特殊措施做得相当到位，增设了暖棚、延长保温养护时间以保障混凝土降温速率，即牺牲了工期也花费了大量投入，混凝土质量应该没问题。对暴露出来裂隙一时缺乏应对措施，没有及时提出处理方案，启动不符合项程序。2009年1月16日在养护期间发现裂缝，至2009年2月4日不符合项开启已经有半个月的耽误，况且不符合项在2月24日才正式关闭，造成筏基施工进度白白受裂隙不符合项处理时间耽误了1个多月。后续经施工组织评审，结合施工工序安排以及施工经验反馈，将筏基B、C层结构合并，一同浇注混凝土，即自-8.80～-7.00 m和-7.00～-6.20 m标高的2.6 m厚的大体积混凝土一同浇注。筏基B层实际施工在2009年2月13日开始，3月22日完成B、C层结构施工，总工期自原计划的两层60 d的工期压缩到实际40 d，已赶回部分原滞后的工期。后续施工单位在筏基D层施工中抢回滞后二级计划，2009年4月11日按照计划完成。同时，实现了筏基底板按照二级计划在2009年5月10日完工。

继筏基后，关键路径上的底板钢衬里安装于2009年5月16日开始，2009年7月23日完成，比57个月二级进度计划提前20 d，截锥体钢衬里2009年7月8日完成，比57个月二级进度计划提前24 d。57个月二级进度计划底部和锥部钢衬计划工期安排3个月，实际进度是底部和锥部钢衬里总工期为68 d，已提前20 d。而-4.5 m以上内部结构施工工期实际状态与计划安排出入不是很大，除因方家山工程在内部结构0 m板以上主要是受埋件安装影响了进度外，土建计划施工工期与实际相比基本保持一致。具体计划执行情况如图8所示。

图8 方家山土建关键路径计划工期与实际对比Fig.8 Comparison of the scheduled and actual civil work construction period for the reactor building of Fangjiashan NPP

如果方家山工程在反应堆厂房筏基A层施工中及时在2009年1月17日启动不符合项，可完全缩短17 d才启动不符合项的时间。同时，考虑计划可执行性以及施工组织、技术安排等因素，可将B层和C层结构施工计划中合并，缩短一层的15 d养护时间；同时，实际在底部截椎体钢衬里施工工期安排只用了2.5个月，比计划缩短15 d。这样，整个土建关键计划工期可以在现有22个月土建工期范围内完全缩短到21个月，顺利实现土建工程目标。该情况还是在遵行方家山现有内部结构、筒体混凝土和钢衬里计划工期范围内，只考虑在筏基结构施工和底部截椎体钢衬里施工中做优化调整，分别可以优化调整15 d，总压缩1个月工期。对-4.5 m以上内部结构以及截椎体以上钢衬里和筒体混凝土工期不考虑压缩，而且，该工期优化还没考虑方家山工程A层混凝土养护延长9 d工期的冗余量。方家山土建关键路径计划、实际与优化后的工期对比情况如图9所示。

图9 方家山土建关键路径计划、实际与优化后的工期对比Fig.9 Comparison of the scheduled, actual and optimized construction period for the civil work critical path of Fangjiashan NPP

3.2 从经济效益对关键工期优化的分析

从方家山工程在57个月施工工期安排内的实际工程进展情况进行经济性评价分析，结合实际施工对计划22个月土建工期的优化分析，方家山核电工程土建施工工期能在现有实际施工组织布局下，不增加合同价款即不增加机械、人力投入可实现21个月土建计划工期，但进一步从经济性效益评价，考虑合同价款的基础上，是否有在实现21个月土建工期的基础上再重点优化工序、增加机械、人力投入，以满足经济效益最优化压缩至20个月的可能性。

3.2.1 压缩工期的利润增量

秦山核电站扩建工程为2×1 000 MW的核电机组，其上网电价为A元/千瓦时,生产成本B元/千瓦时。1RX筏基至穹顶吊装的工程造价C亿元，提前1个月发电将带来的经济效益计算为：1 000 000 kW×（A-B）元/kW·h×24 h/d×30 d=D元。

3.2.2 压缩工期的成本增量

核电穹顶吊装关键路径中有3条路径：分别为筏基混凝土—底板钢衬里—内部结构施工—穹顶吊装；筒身钢衬里—筒身混凝土—牛腿—环吊轨道安装—环吊吊装—穹顶吊装；穹顶拼装—穹顶吊装。

在方家山工程实际压缩优化后的内部结构主线真正意义上自-4.5 m底板开始，计划工期15个月(450 d)。该关键主线工程施工工艺复杂，且涉及与安装预埋件的接口施工。要在这15个月再压缩1个月，必须通过增加施工班组轮班制以延长每天施工工时的施工方式，必要时采取两班倒的方式来确保施工工期压缩。按照方家山现在实际计划安排内部结构人员为30人，施工机具一套（E万元）。因为整个1号反应堆厂房土建工程量固定，在压缩工期时对成本影响较大将是劳动力与施工机具的增加。考虑投入双倍的人力进行轮班施工，并增加一套施工机具的投入。经过合同单价测算成本增量为：30人×8 h/d×15元/(h·人）×(450-30）d+E万元=F元（等式1）。

同时，筒身钢衬里和筒身混凝土主线施工工期相对来说比较固定，主要包括有1层截锥体钢衬里和12层筒身钢衬里、3层截锥体混凝土以及24层筒身混凝土施工。其中施工至22层的筒身混凝土是决定穹顶吊装的主线。另一条关键路径中也应考虑22层筒身混凝土采取工期压缩。因方家山筒身总工期为320 d，每段的平均施工时间为14.6 d，实际投入15个工人，如果再考虑压缩工期1个月，即每段缩短1.364 d。为确保压缩1个月工期，应增加人力投入。通过计算，可增加4个劳动力，每天延长4 h工作时间。根据市场定额计算，该部分投入的成本增量为：（15人×4 h+4人×12 h/d)×15元/(h·人)×(320-30）d-15人×8 h×30 d×15元/(h·人)=415 800元（等式2）。

穹顶拼装至穹顶吊装也应优化后的20个月工期前完成，保证穹顶在20个月工期内实现。但因不占主工期，该作业逻辑关系只是场地以及钢衬里材料到货、车间预制加工。由于穹顶钢衬里材料是与钢衬里一起采购的，采购时间早，可以提前1个月进行现场拼装，不会导致施工成本的增加。

另外，如果内部结构、筒身混凝土以及穹顶拼装工期压缩1个月，必然造成塔吊运输资源紧张，机械投入费用增加。出于该因素考虑，增设一台塔吊（塔吊单价G元/台班），可以满足穹顶拼装作业，工期半年。该部分增加的机械成本增量为：G元/台班×180 d=H元（等式3）。

3.2.3 压缩工期的经济效益比差

通过分析，土建施工中总增加的成本量为：等式1+等式2+等式3=I元。提前1个月发电将带来的经济效益为D元，即纯利润为D-I=J元。

然而，该工期压缩还没有考虑到设备制造带来的影响。土建关键路径压缩优化至20个月，务必造成环吊等到场设备工期缩短，但由于设备合同签订具有一定灵活性，考虑在该工期范围内适当增加合同造价费用，以目前实际情况环吊提前1个月到场增加10万元，现场组装增加10万元。根据方家山实际情况，如果工期在上述分析的21个月工期内再缩短优化1个月将造成对环吊等预装设备以及主要设备到场工期缩短，费用增加，如果以1 000万元的估量方式计费，参照上式得出的J数据的纯利润也远远大于该部分费用。

因此，按照方家山核电工程土建实际施工组织布局，可以在原22个月的工期内增加投入，并采取特殊措施，从经济效益最优化分析完全可以将土建工期压缩至20个月。

4 结论

通过对方家山核电工程实际情况的详细分析，完全可以在21个月的工期内实现土建穹顶吊装的管理目标，而且在该基础上仍通过增加劳动机械等特殊措施的方式再进一步优化压缩1个月工期，实现20个月的土建工期。

分析中，仍考虑了方家山现有进度状态下如果从实际22个月工期中，及时处理应对不符合项以及缩短养护时间、处理好安装与施工单位接口，优化施工工序完全可以实现21个月的土建工期，而且从方家山实际工程分析来看仍还有半个月的余量。

在20个月的工期内，因内部结构以及筒身混凝土、钢衬里工期相对固定，通过增加劳动力和机械等特殊措施可以缩短1个月工期。但根据核电工程实际，再压缩每层筒身混凝土的施工工期以及内部结构的工期难度相当大，目前还没有经验数据所支持。因为内部结构每层混凝土施工作业面以及施工工期是相对固定，且每层混凝土养护、钢衬里焊接以及预埋件安装等工期也是相对固定的。

但实际工程中影响因素比较复杂，分析中应考虑应急状态造成的进度风险。分析的两种状态下对土建工期缩短优化是以方家山工程作为研究对象进行分析，具体核电厂址的特异性以及施工单位、投资单位的实际情况略有不同。制约土建工期能否按期达到目标，关键因素还应要有充分的前期准备，包括核准许可比较充足，现场负挖基坑清理验槽顺利，施工准备、材料以及总平面规划到位。而且，关键制约因素是开工前期确保施工设计图纸满足施工要求，在FCD施工前达到总图的30%以上；预装设备到场吊装就位及时以及安装预埋件接口顺利都是制约土建关键工期的因素；参照核电工程经验，开工的地域、气候差异也是制约因素之一。在南方气候气温比较适宜，恶劣寒冷天气相对较少，混凝土养护时间相对短，方家山1号反应堆就是特例，碰到60年一遇南方大雪灾寒冷天气增大了混凝土养护的进度风险。因此，在南方3、4月份实施土建开工是比较适宜的，避开了筏基大面积混凝土养护的高温或低温下的养护周期，同时减少雨季对底板钢衬里焊接以及春节窝工等因素影响。秦山二期扩建项目就是一个例证，2006年4月开工，总工期56个月，其中土建工期21个月。