基于系统思维的重大电力工程项目管控研究

朱学文，裴爱华，彭 飞，张 伟

（1.南方电网有限责任公司，广东 广州 510663；2.超高压输电公司，广东 广州 510620；3.南方电网能源发展研究院；广东 广州 510530；4.华中科技大学 土木与水利工程学院，湖北 武汉430074，E-mail：zhang_wei98@hust.edu.cn）

电力是保障经济社会发展的支柱性产业，电力工程是国家基础设施的组成部分[1]，是国家推动经济社会高质量发展的重要支撑[2]。重大电力工程是国之重器，在国家电力生产供应网络中发挥中枢节点的作用。如乌东德送电广东广西特高压多端直流示范工程（简称昆柳龙工程）是十九大以来我国建成的首个特高压多端直流示范工程，是国家西电东送战略和构建清洁低碳、安全高效能源体系的重要组成部分[3]。再如，云贵互联通道工程是连接云贵粤三省的世界首个±500kV 三端直流输电工程，是西部电力输送到粤港澳大湾区的主要通道[4]。但与此同时，这些重大电力工程项目的目标管理、组织协调、风险控制等方面的难度也极高。如何健全工程建设目标管控体系，完善重大电力项目管理制度，以促进安全、可靠、绿色、高效、智能的现代化电网建设是一个亟待研究的问题。

1 重大电力工程系统管控的基本框架

1.1 重大电力工程及其管理特点

重大电力工程在规模、技术、环境等方面的复杂性，使得传统的以四阶段（决策、设计、施工、运营）、五目标（安全、质量、进度、费用、环保）、五要素（人、机、料、法、环）为核心的项目管理基本框架和分项控制的管理模式呈现出明显的局限性，同时也面临诸多挑战。

（1）规模大、工期紧。如昆柳龙工程总投资242.49 亿元，直流线路长1452km，8 个柔直阀厅屋盖网架总面积达5.2 万m2，电力建设规模史上最大；昆北换流站填方量达220 万方，国内单个换流站填方最大。线路高山大岭区域占比50%以上，交叉跨越2691 回次，但建设工期仅有20 个月，又遇到疫情影响，工期控制压力极大。

（2）技术复杂、研发困难。昆柳龙工程电压等级±800kV，输送容量8000MW；云贵互联工程电压等级±500kV，输送容量3000MW。这些工程集特高压多端、特高压大容量柔直、特高压常直柔直混合系统、特高压柔直应用于长距离架空线路等复杂、前沿的电网技术于一体，给工程建设和技术研发带来巨大挑战。

（3）质量和稳定性要求高。大型输送电工程一旦发生双极闭锁，送受端电网将出现最大8000 MW 的不平衡功率，稳控系统的性能要求需达到最大切除送端8000MW 负荷和受端2300MW 负荷，对土建、电气设备的质量和稳定性要求极高。

（4）环境复杂、协调困难。长距离输送电工程跨越矿产资源富集区及经济发达地区，常遇到征地拆迁补偿、施工受阻等情况。加上近几年工程遇到突发的新冠肺炎疫情，在人员返岗、物资供应、交通运输、疫情防控等方面都面临巨大的挑战。

1.2 重大电力工程系统管控的基本框架

重大电力建设工程在规模、组织、技术、环境等方面的复杂性，决定了其管理必须引入更具科学性和系统性的思维和方法。系统思维，是指将一个综合性的事物或问题看作包含许多具体因素的有机整体，运用分解、整合、关联分析等方法分析这些因素的层次结构、相互关联、相对重要性和脆弱性等，从中识别关键因素、脆弱因素、演化路径等，为生产和管理实践提供决策支持的分析和研究方法[5]。系统思维就是要综合考虑项目实施的全寿命周期不同阶段、多目标、各方参建主体和人机料法环各类要素的管理，从工程本体、目标管理、组织协调、技术支撑等维度，将重大电力工程项目看作一个系统，分解为工程分解、安全管理、质量管理、进度管理、费用管理、环保管理、组织协调、科技支撑8 个子系统。每个子系统包括具体的管理制度、方法和内容，基本框架如图1 所示。

图1 重大电力工程系统管控模型框架

2 重大电力工程系统管控绩效评价模型

2.1 评价指标体系构建

在重大电力工程建设过程中，应建立过程跟踪绩效评价和结果反馈机制，实现绩效管理良性循环和绩效管理体系的持续改进。基于4 维度8 子系统管控的基本框架，结合南方电网公司对重大工程项目管理的目标要求，参考PRINCE2、PMBOK 等在项目管理方面国际知名标准和指南，构建了重大电力工程系统管控的综合绩效评价指标体系，如表1（第1、第3 列）所示。

表1 重大电力工程项目综合绩效评价指标与综合权重

（1）结构分解。包括两个方面：EBS（Engineering Breakdown Structure）即工程结构分解，指按专业构成将电力工程分解为土建（含地基基础、钢筋、混凝土等）、线路塔架、电气设备等组成部分[6]。WBS（Work Breakdown Structure）即工作任务分解，指将电力工程建设分解为勘察、设计、招标、采购、施工、试运行、验收等主要阶段及相应的工作任务。

（2）安全、质量、进度、费用和环保五大目标的统筹管理。分别从健全管理体系、完善管理制度、落实管理方法、夯实管理效果等方面来实现。每个目标均要建立计划、实施、检查和纠偏（PDCA，Plan，Do，Check，Action）的管理闭环，且5 项目标的实现应较为均衡，达到多目标综合最优的最终效果[7]。

（3）组织协调。包括4 个方面：OBS（Organization Breakdown Structure）指建立合理的工程项目组织结构；管理履职指各参建方应切实履行质量、安全等管理职责；协调机制指秉承伙伴关系（Partnering）理念，建立协作、畅通的协调机制；党建引领指做好党建和文化建设，在特殊环境（如疫情期间）下发挥先锋模范作用。

（4）科技支撑。一是做好四新技术（新技术、新工艺、新材料、新方法）应用，切实提高工效，保证质量安全；二是运用智慧工地技术，包括信息系统、视频监控、实名制系统等做好施工现场管理；三是积极探索云计算、大数据、物联网、移动通讯、智能化等新型信息技术在电力工程施工中的应用。

2.2 基于G1 法的指标权重计算

比较层次分析法、熵权法、G1 法等，选定G1法计算指标权重，其优势在于可充分吸纳专家组的集体意见。G1 法通过两两比较的方法判定指标的相对重要性，其计算结果具有较好的一致性[8]，具体计算步骤如下：

（1）确定各级指标的重要性序关系。专家按重要性对该级指标进行排序，记为X={x1，x2，…，xn}。

（2）确定各层级中相邻指标的相对重要程度。专家依据表2 对相邻指标的相对重要性进行打分，记为rk。rk为指标xk-1与指标xk的重要性之比，即：

式中，ωk-1，ωk表示指标xk-1与xk的权重值。

（3）分层级计算该层指标的初始权重。获得所有的rk值后，计算第k个指标的初始权重ωk，再计算其他因素的权重ωk-1。

（4）计算各指标综合权重。利用下式计算综合权重：

式中，W表示各指标的综合权重向量集；Wa为上一层级指标的初始权重向量集；Wb为本层级指标的初始权重向量集。

为确保评价工作的准确性，减轻G1 法主观性的影响，本次评价中各项指标的重要性排序及重要程度评分由南方电网能源发展研究院组织7 位长期从事电力工程项目管理工作的外部专家完成，专家的基本信息如表3 所示。在获得所有的rk值后，按照上述步骤，运用式（2）～式（4）计算各指标的综合权重，结果如表1 所示。

表3 专家基本信息

3 重大电力工程系统管控实践及评价

3.1 昆柳龙工程系统管控实践

昆柳龙直流工程是世界首个特高压柔性直流工程、特高压多端混合直流工程，也是《电力发展“十三五”规划（2016～2020 年）》明确的国家特高压多端直流示范工程。该工程±800 千伏直流线路全长1452km，途径云南、贵州、广西、广东等4省区、15 市州和38 县区，采用常规直流加柔性直流的多端混合直流输电技术，历经3 年奋战、不断攻坚克难，提前半年实现了三端全面投产。南方电网超高压公司整合国内科研、院校、设计、制造、施工等单位，创新管理模式，在目标管控、组织协调、科技创新等方面均积累了宝贵的经验。

3.1.1 结构分解

EBS（工程结构分解）从功能和专业（技术）角度分解为树状结构，功能面包括变电工程、架空线路工程和电缆线路工程，专业类型包括基础工程、杆塔组立工程、架线工程等[9]。在EBS 基础上进行WBS（工作结构分解），包括初步设计、换流站征地及三通一平、换流站土建施工、换流站电气安装、线路安装、直流站系统调试等阶段，设立了直流主设备采购、换流站征地、昆北站土建施工、柳北站土建施工、龙门站土建施工等30 个关键节点，为后续目标管控的精细化奠定了基础。

3.1.2 目标管控

昆柳龙工程在质量、安全、进度、费用、环保等每个目标领域，均积累了大量的经验性做法。这些做法覆盖了体系健全、制度完善、风险控制等环节，取得了优质的管理成效，如关键质量抽检合格率达到99.63%，施工图预算较初设概算下降2.16%，整个工程最终提前半年完工。目标管控主要做法及成效如图2 所示。

图2 昆柳龙工程目标管理子系统应用效果图

3.1.3 组织协调

昆柳龙工程成立了“业主项目部+项目分部”管理架构，覆盖了工程途经的昆明、曲靖、兴义、南宁、柳州、梧州和广州7 个区域，兼顾了综合、技术、商务、党务等不同专业类型的管理职责，其组织结构如图3 所示。此外在项目实施过程中，重视工程项目临时党支部建设，充分发挥党员先锋模范作用。成立了30 个临时党支部和107 支党员突击队（服务队），开展了“党旗映红乌东德”等特色活动，在攻坚战中发挥了积极作用。

图3 昆柳龙工程“业主项目部+项目分部”组织结构

3.1.4 科技支撑

昆柳龙工程建设中运用三维GIS、BIM、移动互联网、物联网、人工智能等技术，建设南方电网超高压公司智慧现场管控平台。该平台集成了各换流站及直流线路的高精度三维地理信息数据、三维数字化模型、交叉跨越、环境敏感点等信息，整合了设计参数、进度、设计图纸、过程照片等资料，远端连接施工现场的人脸识别门禁、视频监控、环境监测等智能设备，辅助开展实时化、可视化、移动化现场管理。

创优争先方面亦成效显著。攻克技术难题140项，形成51 项技术标准、103 项关键专利。主要设备自主化率100%，牵头研制关键设备器件，实现了对进口产品的全场景替代，掌握了柔直换流阀、柔直变等“首台套”设备关键技术，创造了19 项世界第一，如第一个±800kV 特高压柔性直流输电工程；最长输电距离（1452km）；最大输送电容量（8000MW）；最大换流容量（16000MW）；最大单站容量（5000MW）；最大电网黑启动能力等。

3.2 基于云模型的昆柳龙工程系统管控绩效评价

南方电网公司能源研究院组建7 人专家组，对整个昆柳龙工程的目标管控、组织协调、科技创新等8 个方面进行了绩效评价。评价依据为各类档案资料（设计图纸、施工记录、监理日志、验评报告等）调阅，工程质量、安全、环保等情况现场查看，以及与建设、勘察设计、施工、监理等主要参建单位的会议交流。评价方法为云模型法。

3.2.1 云模型评价

云模型方法是用于处理定性概念与定性描述之间的转换[10]。云特征值（Cu）是定性概念的定量描述，包括：期望（Ex），云滴的分布重心；熵（En），定性概念的不确定度；超熵（He），熵的不确定性度量。采用云模型方法需要计算确定评价标准云和评价综合云特征值，通过比较标准云与综合云来确定评价的结果和等级[11]，具体步骤如下：

（1）标准云确定。依据评价目标划分评价区间，将每个评价等级区间记为[Amin，Amax]，利用下式计算各评价等级的标准云模型数字特征，通过一维正态逆向云发生器生成评价标准云。

式中，b为常数，可根据需求进行调整。

式中，n为第n个指标；Exn为第n个指标的期望值；Enn为第n个指标的熵值；Hen为第n个指标的超熵。

（3）评价综合云生成。将获得的指标权重和指标云特征值代入如下公式，即可得到评价综合云特征值CU=(EX，EN，HE)，再通过正向云发生器，生成评价综合云。

本文重大电力工程系统管控绩效评价以激励为导向，因而将各项指标的评价分值区间定为[60，100]，并划分为5 个不同的等级。评语集为“特优”“优”“良”“中”“合格”，各等级的划分标准及所对应的标准云特征参数如表4 所示。

表4 重大电力工程系统管控绩效评价等级

3.2.2 标准云特征值

依据专家组调阅工程建设档案资料、现场考察、会议质询等了解的情况，7 名专家分别对28 个指标的管控情况给予“特优”“优”“良”“中”“合格”等定级，并赋予了相应的评分。运用式（6）～式（9）计算昆柳龙工程系统管控绩效评价体系中的28 个评价指标评价云的数字特征值，专家评分结果和指标云特征值如表5 所示。

表5 昆柳龙工程系统管控绩效指标评分和云特征值

3.2.3 评价结果分析

将表5 数据代入式（10），计算得到昆柳龙工程系统管控绩效考核指标评价综合云的特征值为CU=（88.5340，1.2606，0.4202）。取云滴数N=3000，通过正向云发生器绘制评价综合云图，如图4 所示，昆柳龙工程系统管控绩效评价综合云介于“良”与“优”标准云之间，昆柳龙项目总体系统管控平均分达到88.53，说明总体管控绩效水平较高，但尚未达到“优”等级，仍有较大的改进空间。

图4 昆柳龙工程系统管控绩效考核综合云图

为了更为直观地了解昆柳龙工程的得分情况，将结构分解、质量管理、安全管理、进度管理、费用管理、环保管理、组织协调与科技支撑8 个子系统的评价结果运用雷达图进行展示，如图5 所示。昆柳龙工程系统管控水平在不同子系统的表现存在差异。其中进度管理效果最佳，综合得分94.32，接近于“特优”级；其次是质量管理、安全管理以及组织协调3 个子系统，单项综合得分超过90，达到了“优”等级；费用管理、环保管理与科技支撑3 个子系统的综合得分在80～90 分之间，处于“良”等级；得分最低的是结构分解子系统，综合得分仅为78.86，达到“中”等级。综合来看，云模型评价结果和专家检查结果具有较好的契合度，证实了本文建立的重大电力工程系统管控评价体系较为全面，可以为其他类似项目管控提供参考。同时所揭示的管理薄弱环节，如结构分解、环保管理等方面应得到更高程度的重视、严格的管控和绩效的提升。

图5 昆柳龙工程系统管控绩效考核评价结果

4 结语

重大电力工程是国家电力生产供应网络的枢纽节点，但其建设管理面临规模大、技术复杂、质量要求高、协调工作量大等困难。通过引入系统思维，科学统筹地实施工程建设管理，以满足重大项目多目标、全周期、多主体、多要素管控的需要。基于工程系统管控的基本框架，构建了重大电力工程系统管控的综合绩效评价指标体系，并运用G1法确定28 个指标的综合权重，可作为辨别各管理因素相对重要性的依据。以昆柳龙直流工程为例，对其在工程分解、目标管控、组织协调等方面经验进行归纳、总结和提炼，并运用云模型对其管理水平进行绩效评价，发现了管理中的薄弱环节，为重大电力工程项目系统管控实践提供参考。