海上风电总承包项目设备交付精细化管理研究

2022-10-12张京伟李献军贾震江王丽艳

电力勘测设计 2022年9期

张京伟，李献军，贾震江，王丽艳，周华

(1. 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东广州 510663；2.中国能建工程研究院海上风电研究所，广东广州 510663)

0 引言

工程总承包(engineering procurement construction，EPC)建设模式实现了工程项目设计、采购、施工的一体化管理，具有业务一体化和管理专业化等显著优势，有效提升了项目进度和成本绩效，实现项目参建各方的共赢[1]。在“碳达峰、碳中和”目标引领下，我国海上风电总承包项目在2020年至2021年取得了快速发展。根据“十四五”期间沿海各省份海上风电发展规划，未来5年的海上风电产业仍处于快速增长期[2]。

海上风电总承包项目具有设备交付一体化的特点，交付后立即组织施工，施工均采用大型机械船舶。海上风电项目施工成本费用较高，每天的船机成本可达百万元以上。因此，要求设备交付必须满足施工进度需求，避免施工资源浪费。目前，在我国海上风电项目建设快速推进过程中，风机、塔筒、钢结构加工等设备供应链的产能尚不能完全满足项目建设需要，在2020至2021年期间的“抢装潮”中出现了持续的设备交付紧张情况，供应链设备供应紧张情况预计在“十四五”期间仍将持续[3]。为了保障项目进度可控、受控，保障项目按期投产，本文在分析海上风电项目主要设备情况的基础上，总结海上风电总承包项目设备交付精细化管理的相关措施、管理要点和产生的效益。

1 精细化管理思想

精细化管理的主要思想是通过系统化分析实现全面管理和深度管控，提高管理水平。精细化管理产生于制造业，最早由丰田公司提出“管理从生产细化开始”，并通过不断精细化，持续改进，提高专业化。梁建平[4]对比了中日两国建筑施工企业精细化水平，发现以日本的鹿岛、熊谷组等为代表的大型工程公司的项目精细化管理水平明显高于同期(2010年)我国的特大型建筑工程企业水平，精细化水平是影响两国企业人均营收、利润率高低的重要因素；罗洋[5]在2010年将精细化管理的思想与工程项目结合，提出了精细化工程项目管理具有重要的工程应用价值。张妍君[6]在2016年对精细化管理在电力EPC总承包项目中采购管理环节的应用进行了研究，从采购计划制定、供应商管理、物资采购、现场交付和采购后评价这5个环节进行了讨论和分析。总体而言，精细化管理对工程项目是一种通过系统化、深入化、精细化的工作，减少工程的不确定性，实现过程在控可控的管理方法。

海上风电项目的施工路径明确、唯一，且船机费用高，对设备交付的可控性要求非常高，精细化设备交付对项目进度管理、成本控制均具有重大意义。刘庆辉[7]等对海上风电的安全管理进行了研究，官嫣嫣[8]等对海上风电项目的计划管理进行了研究，元国凯[3]等对以设计为龙头的海上风电总承包项目管理优势进行了研究。对海上风电项目采购设备交付管理目前尚未有文献进行系统研究。本文基于多个海上风电总承包项目的实际执行情况，总结和研究海上风电设备交付精细化管理需要采取的保障措施和管理要点。

2 海上风电项目主要设备

在海上风电项目中，风机、塔筒及风机基础钢结构(如桩基、导管架、套笼等)、海底电缆、海上升压站电气设备是影响项目进度的关键性设备，对项目整体的工期实现有着决定性影响。海上风电项目设备交付的精细化管理，需要交付管理人员了解设备的功能特点及生产工艺。本文重点总结对施工进度有重要影响的风机设备、塔筒设备、风机基础的生产工艺特点。

2.1 风机设备

风机设备作为海上风电项目的核心设备，风机设备的交付进度直接影响整个项目的施工进度。风机设备由风机厂负责设计、大部件采购、设备成套和试验。风机设备的主要大部件包括主轴承、齿轮箱、铸件(轮毂、弯头或机舱架)、发电机、偏航及机舱系统、变桨系统、液压系统、制动系统、变流系统和叶片等。根据不同的技术路线，风机分为直驱机型、半直驱机型和双馈机型。

制约风机装配速度主要因素包括大部件到货进度、车间场地、装配工人数量和装配工人熟练程度。以半直驱机型为例，总结风机系统、总装和出厂测试，以及装配工艺所需时间如图1所示。

图1 风机生产工艺流程图

1)轮毂系统：轮毂是风机连接叶片的前端部分，是获得风能并传递给传动链的关键系统。轮毂系统在车间装配，装配工期约6～8 d。

2)偏航及机舱系统：偏航及机舱系统是风机实现获取最大风能，迎风调节转向的转向系统。主要由偏航轴承、偏航驱动、机舱弯头、液压润滑冷却系统等组成。偏航及机舱装配需要5 d左右。

3)传动链系统：传动链系统是实现风能转化为电能的传动系统，处于轮毂系统和机舱系统中间位置，由齿轮箱(含风轮锁定法兰、主轴轴承)、发电机、高速轴联轴器等组成，一般组装需要7 d左右。

4)风机总装：风机的轮毂系统、偏航及机舱系统、传动链系统可以分别同时组装，完成后进行总装成套形成风机主机。风机总装一般需要2 d左右，其中，轮毂系统单独出厂测试和发货。

5)出厂测试：风机生产装配完成后进行轮毂静调、主机静调、整机联调和全功率试验等一系列性能试验，一般需要2 d。

2.2 塔筒设备

塔筒是风力发电设备的关键支撑部件，是连接风机的重要部件，承受了风力作用在叶片上的推力、扭矩、弯矩、陀螺力矩、电机的震动及受力变化时的摆动。一般由3～5段直筒或圆锥筒通过高强螺栓将两端的法兰连接组成。塔筒设备生产主要由具有资质和能力的钢结构制造单位，采购钢板、法兰、塔筒内附件(生根件、桥架、镀锌件、螺栓、爬梯)、油漆等，在工厂内制造，并完成塔筒内电气设备的安装和试验。塔筒生产工艺流程主要环节为：钢板下料→坡口→卷圆→纵焊→回圆→组对→环焊→内附件及门框焊接→黑塔验收→喷砂→防腐→安装塔筒内镀锌件及电气设备→电气试验→发运检查，如图2所示。按照常规4段塔筒，每套40张钢板左右，正常单套塔筒生产工期在30～45 d，根据工厂机械条件及工人生产熟练程度略有不同。

图2 塔筒生产工艺流程图

2.3 风机基础

海上风电风机基础常规形式有单桩、导管架、高桩承台，除此之外目前在三峡沙扒、南网桂山项目中少量使用了吸力筒基础，三峡阳江沙扒项目中首次使用了漂浮式基础。其中单桩式基础、导管架基础由于实现工厂化加工，吊装方便工期可控，结合我国沿海海域地质条件，成为海上风电场普遍采用的基础形式[9]。单桩式基础由钢制圆管构成，钢板壁厚一般为45～80 mm，直径一般为4.5～8.0 m，上部有与塔筒用大直径同尺寸法兰片连接[10]。导管架基础主要由钢结构组合焊接，通过与固定于海底的钢管桩(一般是3根及以上)之间连接形成整体后，为风机及塔筒提供基础载荷的平台，导管架上部同样用大直径同尺寸法兰片连接。钢结构类的生产工艺根据形式不同、工厂机械、厂房条件等不同而不同。洪春用[11]等，陈小夏[12]等对导管架及单桩生产工艺进行了具体研究。

3 设备交付精细化管理保障措施

3.1 组织措施

海上风电项目设备的生产交付管理是一项系统性工程，为实现交付进度的在控、可控，在项目执行过程中，需要建立交付管理团队。交付管理团队设立1名总负责人，按设备类型配备一定数量的设备催交工程师，分散到各生产厂家，具体的组织机构如图3所示。

图3 交付管理组织机构图

在项目执行过程中，根据项目的紧急程度及关键问题，向关键的上游大部件供应商临时性派出管理人员。

3.2 管理措施

驻厂催交工程师在工厂生产过程要实现紧密的跟踪，细化管理颗粒度，动态盘点生产材料到货计划、生产进度及库存情况，对生产进度实现日报制度，对重点风险采用风险提示单或者备忘录形式，为团队负责人提供真实、有效的信息，同时做好风险预警，重点问题及时反馈负责人及项目部。

与传统电力项目不同，海上风电项目主机、塔筒和基础钢结构等设备具有单台套、多批次交货等特点，大型海上风电项目设备交付的持续时间甚至长达12个月。根据前期多个项目的实践情况，影响风机等主要设备交付的因素多，信息源繁杂，因此，有必要建立专门的制度，实现多层面、定期、持续性地与工厂的沟通。交付管理负责人，需要针对驻厂催交工程师从一线反馈的问题，制度性地与风机厂交付项目经理进行持续对接，滚动沟通和解决一线反馈的问题。在沟通过程中，交付负责人需要重点关注未来2～3个月影响交付的关键问题，及早发现风险，提早采取措施。

对于设备数量多、交付周期要求短的项目，在采买策划阶段可以统筹考虑设置多个标段，形成多个供应商同期竞争的关系，并根据项目生产组织情况调节合同供货数量，进行奖励或者惩罚。

3.3 技术措施

在项目实施过程中，信息源多、信息量大，需要采取部分技术措施，实现信息管理的有效性、准确性。例如，每日的催交信息反馈，可以采用统一的水印相机，利用信息化系统或者微信群实现反馈信息标准化，并采用甘特图等更加直观的方式进行催交过程管理。

4 设备交付精细化管理要点

设备材料交付管理工作的主要目的是实现设备材料按时交付到现场，满足施工安装、吊装进度，以确保项目整体工期节点的实现。海上风电项目设备交付是一项系统性、周期长、复杂度高的项目管理工作，需要抓住管理要点，解决关键问题，推动项目设备的顺利交付。以下分述主要管理要点。

1)分包合同签订后主动管理推动外购设备、材料的订货

海上风电项目属于重资产、高风险、运营期长的能源项目，为确保项目的质量，建设方在EPC合同中对主要的设备都有外购件品牌的约定。如风机设备，一般对发电机、主轴承、铸件、齿轮箱、偏航系统等均有名单要求。但是各个风机供应商在设计和大部件选择时，出于多种原因，会出现一定的偏差。如果外购的大部件无法达成共识，将会对项目的推动造成严重的影响。作为EPC总承包方在分包合同签订后，需要根据合同条款及项目进度等因素，主动、深度管理，推动各方达成共识，尽快确定大部件品牌，尽快促成外购件合同的签订，落实生产。避免外购件不确定，影响首台风机的生产进度。

对于塔筒、风机基础钢结构，EPC合同一般对钢板及法兰都有名单要求。分包合同签订后，需要及时落实提供备料图及施工图，为钢板、法兰的订货备料创造条件。同时由塔筒供货商负责采购的塔内黑件、镀锌件和桥架等等，项目驻厂催交工程师要主动管理，要求塔筒供货商尽快招标并签订其上游的分包合同，为后续生产做好准备。交付管理工作一定要深入一线，对重点关键设备的上游二级分包方甚至三级分包方实施调研，确定其上游供应商确实有能力在合同要求的交货期交货，避免在后续对项目的执行造成影响。

2)在生产准备阶段关注上游大部件生产，确保设备材料的齐套性

外购设备材料的齐套性是生产准备阶段影响进度的重点问题，也是设备交付管理工作需要重点关注的问题。对于风机设备生产，主要关注各大部件的排产、生产情况，是否能够按照风机装配的顺序提前到达工厂做好准备。对于塔筒、钢结构基础等，由于采用钢板的厚度不同，如塔筒底端多采用60～80 mm的钢板，顶部采用30～40 mm的钢板，经常分批次轧钢和发货，甚至分多个钢铁基地发货，需要关注各种类的钢板、法兰是否能够齐套到达工厂，是否影响车间塔筒的连续组对，是否影响车间的连续生产。在执行的多个项目中，出现过由于钢板到货缺一个型号，导致塔筒无法组对，无法齐套生产和发货。在最近2年的“抢装潮”期间，风机生产过程由于上游供应商的产能扩张不及时或者其他原因，不同阶段出现过齿轮箱、偏航变桨、弯头、轮毂等缺货的情况，影响风机的整套组装效率和节奏。以上问题的出现，主要是由于提前策划的不足、风险控制的不足。因此，在设备交付管理过程中，要穿透式管理，要关注外购的上游设备、材料、大部件的生产情况及影响因素，针对短板问题及时与工厂及上游供应商协调解决。海上风电项目设备生产及上游设备生产过程中需要关注的重点问题见表1所列。

表1 海上风电项目设备生产需要关注的重点问题

3)在生产阶段注重工序之间的产能衔接

在风机塔筒、单桩或导管架、海上升压站等设备的生产阶段，驻厂催交工程师要关注工厂的生产计划安排，针对工厂的产能、场地及工机具等情况，工厂的各个工序的安排是否合理，能否充分发挥该厂的产能，能否按照合同的交货时间要求完工。以塔筒生产为例：一天能下料多少张钢板，卷制和校圆多少张钢板，组对和焊接是否能跟随前面的产量，如果每一个工序都能分配合理，生产厂家不因为其中一道工序的安排不足造成窝工，那么该生产计划安排就比较合理，工序之间的衔接就比较顺畅，否则就要针对关键工序，与生产厂家协商增加资源投入。

4)在发货阶段做好出厂检查及船期安排

在设备发货前必须做好出厂前的检查，核对发货设备是否与现场吊装机位匹配，发货的工装工具及配件是否与现场要求相符，同时需要对海运的绑扎情况进行检查，避免因为吊装、绑扎及运输等原因导致设备损坏。海上风电设备在海上安装完成后，海上消缺工作成本高、难度大、危险因素多，因此，要尽可能将问题在陆上检查、处理完成后再发运。

海上风电项目的设备基本都是超大超重件，在设备发运前对运输船机的安排要重点关注和协调。特别是在连续施工阶段，应详细安排好设备运输船机，连续供货到施工现场，以保障现场施工，过程中做好策划和对接。

5 设备交付精细化管理产生的效益

海上风电总承包项目设备精细化交付管理产生的效益主要包括以下3个方面：

1)实现项目进度可控，提升项目履约能力

项目进度目标是项目建设的核心目标，也是EPC总承包商履约尽责、实现项目管理的核心目标。精细化交付管理是根据项目工期目标及三级设备交付计划，通过系统化的管理，深入到生产制造过程中，提前发现重点、难点问题，把项目风险处理时间前移，实现项目交付进度的可控在控，实现船机资源的有效利用，实现整体工期目标的可控受控。在海上风电项目执行过程中，设备交付是除船机因素以外，保障项目工期的关键因素，同时交付的工作量大、影响因素多、涉及面广，精细化交付管理能够实现对项目进度的最大保障。通过多个项目的执行总结，精细化交付管理是实现紧急项目进度保障的有效措施。

2)保障项目连续施工，节约高额船机费用

对于海上风电项目投资金额大，海上施工的关键线路单一且明确，施工期平均投入的船机及管理费用成本达到200～350万元。其中，按照每3 d吊装1台风机，每2 d安装1台基础，吊装风机600万元/台，基础施工700万元/台等数据测算。“抢装潮”期间的船机施工成本风机吊装及基础施工均达到1 500万元/台，每日的船机产值达到500万元以上。同时，有效控制海上主体工程进度将有利于整体项目工期控制，避免没能达到EPC合同工期目标而产生高额罚款。通过精细化交付管理，实现进度可控，更是实现了成本效益的有效控制。与项目工期及船机窝工可能产生的高额索赔相比，精细化交付管理过程投入的人力资源、差旅费等成本非常少，投入产出比较高。

3)深度参与设备管理，有效控制设备质量

在精细化设备交付管理过程中，管理的颗粒度更细，深度参与一级、二级甚至三级供应商的生产过程，对生产过程的深度参与，从管理上更有效地控制每个环节的生产质量，确保了最终生产设备的质量，这对于海上风电项目尤为重要，确保在海上风电项目的质量对提升整个风电厂生命周期内发电效率及收益具有重要意义。

4)通过精细化管理，推动项目管理专业化建设

精细化并不是所有管理的目的，但是海上风电项目交付管理方面，通过交付精细化管理对海上风电项目执行可以创造积极的管理效益，需要通过精细化管理提升项目管理专业化水平。在2021年的“抢装潮”过程中及目前正在执行的海上风电总承包项目中，通过精细化的交付管理工作，有效提升了项目交付管理的专业化水平，提升了总承包项目交付业务组织和管理能力。