某大科学工程低温系统交叉施工风险评估和管控措施

2022-09-07葛雨珩钟志刚田富竟洪兴福张胜

项目管理技术 2022年9期

葛雨珩钟志刚田富竟洪兴福张胜

(中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，四川绵阳 621000)

0 引言

大科学工程是指为了进行基础性和前沿性科学研究，大规模集中人力、物力、财力等各种资源建造的大型研究设施，或者多学科、多机构协作的大型科学研究项目[1]。大科学工程既是许多学科领域开展创新研究不可缺少的技术支撑，也是科学技术高度发展的综合体现和彰显国家科技实力的重要标志[2]。

大科学工程是由多个系统组成的结构复杂的系统工程。某大型低温试验装置属于典型的大科学工程项目，其中，低温系统是该低温试验装置的关键系统之一，决定着整个低温试验装置能否成功运行。低温系统涉及多个专业学科，集设计研发、生产制造、现场施工、运行调试于一体，需要众多不同行业、不同领域的承制单位共同建设。在低温系统现场施工阶段，由于施工单位众多、现场条件有限，普遍存在交叉施工，导致项目质量和进度面临较大风险。本文通过分析低温系统现场施工阶段交叉施工风险因素，基于项目管理全过程视角，提出相应的风险管控措施，以确保该系统建设质量和进度目标的实现。

1 项目概况

1.1 项目结构

某大型低温试验装置包括动力系统、钢结构工程、设备进出系统、低温系统、控制系统以及土建工程等9个大系统，细分为55个分系统、188个子系统[3]。某大科学工程项目结构示意图如图1所示。低温系统是该大科学工程的关键组成部分之一，其系统结构如图2所示。

图1 某大科学工程项目结构示意图

图2 低温系统结构图

1.2 项目特点

(1)接口界面多且复杂。低温系统是整个低温试验装置运行的保障系统，为设备运行提供液氮、氮气、冷却水、天然气并排放氮气，与其他系统接口界面众多且十分复杂。

(2)涉及多领域、多学科。低温系统在深冷环境下运行，对水含量的要求和低温流体的流量控制精度要求极高，涉及流体力学、热力学、材料学等专业学科，以及空分、流体控制、钢结构等工业领域。

(3)标段/承制单位多。低温系统具有技术指标要求高、研制难度大、涉及专业面广的特点，需要不同行业的科研机构和企业集智攻关，并根据学科特点和工程类型划分标段，分别由承制单位进行建设。

(4)交叉作业多。低温系统在现场施工安装和调试阶段与其他系统存在频繁的交叉作业，一个系统的阶段成果往往是另一个系统的前置条件。

1.3 标段划分

结合该低温系统项目特点，以技术实现为目标牵引，综合考虑协调管理和责任划分，将该系统划分为6个标段，包括液氮生产系统研制项目、液氮和氮气供给系统研制项目、排气和清洗系统建设工程项目、内绝热系统研制项目、冷却水供应系统研制项目[4]，分别由6家承制单位进行总承包。

1.4 施工现场条件

该低温试验装置项目工程建设内容庞杂，前期系统研制周期和后期系统调试周期较长，项目初步设计批复建设周期为4年，现场集中施工安装周期不到1年。

低温系统项目建设现场由包括某大科学工程在内的数座大型设备同时开展施工作业，施工单位多达数十家，高峰期有14家施工单位、上千名施工人员同时施工。同时，施工现场周围建筑物密集，可用作材料设备预制和现场施工安装的场地十分有限。各施工单位的设备安装场地、临时设施场地拥挤，各施工作业面相互交叉、重叠的现象非常普遍。

2 低温系统交叉施工风险因素分析

低温系统现场施工阶段存在施工作业面交叉、建设进度交叉、系统间接口界面多、现场施工组织管理难度大等风险因素。下面从低温系统与其他系统的交叉、低温系统内部的交叉两个角度对该系统交叉施工风险因素进行分析。

2.1 低温系统与其他系统的交叉施工风险因素

低温系统主要与土建工程、钢结构工程、动力系统等产生交叉，包括施工作业面交叉、建设进度交叉、系统间接口界面交叉、现场施工组织管理4个风险因素。

2.1.1 施工作业面交叉

排气和清洗系统的设备安装场地与钢结构工程部段安装临时设施场地、土建工程施工场地交叉。钢结构工程单个部段重达几十吨甚至上百吨，需要用重型龙门吊吊装上位。因此，在施工阶段前期，需要将排气和清洗系统设备安装场地作为钢结构工程施工单位的临时安装场地。钢结构部段全部完成上位安装后临时设施撤场，建筑工程施工单位完成厂房和设备基础施工是排气和清洗系统设备进场安装的前置条件。

内绝热系统的主要建设内容是在钢结构部段的内壁安装绝热层和防护层，使钢结构回路具备绝热功能和气动型面。钢结构部段进行焊接施工时焊缝周围产生高温，且部段内壁安装有照明和监控摄像头线路。因此，施工单位应优化安装工艺，否则会对内绝热层安装质量和材料性能造成影响。

2.1.2 建设进度交叉

排气系统厂房内最重的单体设备为消声器，重达42t。土建工程施工单位完成排气厂房主体施工后移交给排气系统，消声器需使用厂房内的50t行车进行吊装。50t行车完成安装调试是排气系统设备进行吊装施工的前置条件，而行车外委厂家按合同约定须先保障其他系统的行车制造，因此排气系统的设备吊装施工面临进度风险。

通常，液氮和氮气供给系统的部分管路和设备存储在厂房内。钢结构工程所有部段完成上位安装、土建工程完成设备基础、液氮管沟及厂房施工完成是液氮和氮气供给系统管路和设备进场安装的前置条件，因此该系统的现场施工面临进度风险。

燃气输送系统的管道沿施工现场内部的道路敷设，途经部分临时承重道路以及钢结构工程安装临时设施场地，涉及道路、水沟、电缆管沟的穿插跨越，因此必须协调沿途各单位的施工进度，择机施工。

2.1.3 系统间接口界面交叉

低温系统与其他系统存在供液氮、供氮气、供冷却水、排氮气等不同类型的接口。对于每个接口界面，必须明确接口连接形式、尺寸口径、接口标准、工程内容责任方以及施工进度计划等，并考虑设计迭代因素的影响，协调工作量巨大。

低温系统的土建基础条件由土建工程负责保障实施。低温系统工程内容复杂，且相当一部分设备需要承制单位进行设计研发，造成该系统的土建基础条件需要经历多轮迭代才能最终确定。因此，土建设计单位出图过程中难免出现差错或遗漏，现场施工阶段面临返工、进度延误等风险。

2.1.4 现场施工组织管理

低温系统现场施工场地紧张，各施工单位的设备安装场地、临设场地十分拥挤，大型设备的运输以及各种施工车辆进出场地等都可能导致施工片区交通堵塞。水电气、道路、场地等公共资源紧张，施工人员的组织管理、施工安全管理等是现场交叉施工的风险因素。

2.2 低温系统内部的交叉施工风险因素

2.2.1 接口界面交叉

排气系统能够将低温氮气加热后排出，因此对燃气输送系统的燃气压力、流量、接口位置、数量等技术指标要求较高。该系统中的进口燃烧加热模块存在设计未定型、施工进度计划滞后等问题，对燃气输送系统的施工进度造成一定影响。

排气系统的管道在与钢结构部段的接口处须进行外绝热处理，而接口内部由内绝热系统进行内绝热处理。因此，需要明确绝热边界位置，防止绝热层覆盖不到位导致漏冷风险。

2.2.2 建设进度交叉

低温系统调试需要保障液氮、冷却水、燃气的供应，因此液氮生产系统、冷却水供应系统、燃气输送系统必须在低温系统调试前完成施工安装和调试，这对其施工进度和施工组织管理提出了更高的要求。

3 低温系统交叉施工风险管控措施

基于低温系统项目特点，从前期策划、施工准备、现场施工三个阶段分析交叉施工风险管控措施。

3.1 前期策划阶段

3.1.1 标段划分

结合低温系统项目特点，以技术实现为目标牵引，综合考虑协调管理和责任划分，根据专业学科、工业领域、工程类型等进行合理的标段划分，从而减少系统内部的接口界面，便于建设单位和承制单位进行进度计划的编排和现场施工的组织管理。

例如，根据空分行业、流体输送控制专业学科特点，将液氮系统划分为液氮生产存储及输送系统项目、液氮供给及氮气供配气系统项目两个标段，并将气氮排出系统和清洗系统两个现场制安工程项目合并为一个标段。

3.1.2 承制单位遴选

项目采购前，应充分开展调研工作，分析行业现状，了解潜在承制单位的营业资质、规模实力、研发/生产制造能力等，就项目的技术指标、工程内容等与潜在承制单位进行充分交流。同时，合理设置招标资质要求、评分办法，确保中标单位有能力承接项目。

3.2 施工准备阶段

3.2.1 进度计划编制

建设单位根据上级批复的建设周期，充分研究设备各项性能指标要求，综合考虑各系统技术攻关、方案设计、材料设备采购、厂内加工制造、现场施工安装、调试等建设全过程、各环节的施工周期，科学合理地编制低温系统总体建设进度计划。

现场安装调试阶段应编写详细的现场施工进度计划，根据低温系统各子系统建设特点，重点分析各系统的现场工程量、界面划分和接口要求以及各项施工工艺的逻辑顺序和前置条件等，最大限度地减少进度干扰、作业面交叉等导致的项目进度和质量风险。

建设单位应督促各系统承制单位依据总体进度计划编制分系统进度计划，按照年度计划、月计划、周计划的层级进一步细化，体现具体的建设任务和时间节点，并充分考虑计划的可操作性、灵活性和可控性。同时，应及时跟踪现场施工的实时动态，根据实际情况对总体进度计划进行调整和完善。

3.2.2 进场前准备

承制单位在进场施工前应编制项目施工组织设计方案并通过建设单位评审。施工组织设计应包括现场组织准备、技术准备、物资准备等，涵盖人、机、料、法、环、测等各个方面。其中，现场组织准备包括建立现场组织管理机构，建立健全各项规章制度，合理配备管理人员、技术人员，组织劳动力按需分批进场；与建设单位进行施工场地复测、完成交接手续，修建临时设施、敷设临时水电线路；办理有关施工证件，合法合规开展施工。技术准备包括组织技术人员进行施工图样会审、理解设计意图，制订总体工艺流程和各分项工程施工方案；组织专业工长对各施工班组进行技术交底，熟悉施工文件、作业指导书等，并进行三级安全教育。物资准备包括根据材料需用量计划分批安排材料进场，并进行材料质量、规格、数量验收；根据现场施工进度调配施工机械机具，进行分期、分批加工预制。

3.3 现场施工阶段

3.3.1 分段施工

根据不同的施工作业面划分施工段，现场进行分段施工。实行分段施工能够减少交叉施工，提高施工效率和施工进度衔接的流畅性。例如，内绝热系统根据不同的钢结构部段制定相应的施工文件，提前开展人员培训，部段通过验收后立即开展施工作业。

3.3.2 并行施工

为保证施工进度，可以根据施工内容的专业性划分不同的施工班组，各班组在各自的施工作业面相对独立地开展并行施工，并根据现场情况和进度要求相互支持。例如，气氮排出和清洗系统可以分为4个现场施工班组，分别负责室外排气塔区域的设备安装、室内排气管道和消声器的安装、室内抽真空子系统的安装以及清洗系统地沟内管道的安装，并根据施工进度相互调配支援。

3.3.3 接口界面管理

各系统之间的接口界面管理是现场交叉施工管理的关键。清晰的接口界面划分有利于施工单位编排进度计划，明确施工顺序，避免窝工/返工。

在设计阶段，各系统要互相核对任务书和施工图样，确保界面内容清晰、接口条件准确无误。在施工前，施工单位要编制详细的施工组织设计并通过建设单位评审；建设单位组织各施工单位做好交叉施工交底，并就管控措施达成一致意见；接口前序施工单位完成施工后及时移交，后序施工单位及时做好验收工作，对各自的成品、半成品做好安全防护。

3.3.4 现场例会制度

建立现场例会制度，便于建设单位及各施工单位实时掌握施工动态，及时解决交叉施工产生的各种问题。现场例会原则上由建设单位组织召开，各施工单位参加。施工单位负责汇报本期施工情况和下期施工计划，建设单位负责统筹协调交叉施工的进度计划和矛盾问题。施工单位可视具体情况申请召开专题会议，以协调解决专项问题。

在现场施工阶段，除定时召开现场例会，还定期召开各施工单位现场负责人现场站会，大大提高了沟通效率，有效解决了交叉施工过程中的各种问题。