浅谈EAS T 装置性能提升项目进度管理

文/方文慧 赵君煜（.中国科学院合肥物质科学研究院；2.中国科学技术大学）

一、引言

全超导托卡马克装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST)是目前国际上能开展先进稳态托卡马克科学和工程技术研究最先进的实验装置，它的目标就是针对近堆芯等离子体稳态先进运行模式的科学和工程问题。其主体结构如图1 所示。在EAST 上可以对平衡/稳定性、约束/输运、波加热、高能粒子、第一壁等科学问题开展理论和实验研究[1]。

图1 EAST 全超导托卡马克装置

EAST 装置自服役以来已开展了15 轮物理实验，总放电近十万次，核聚变大科学工程团队在EAST 装置物理实验运行中取得了一系列创新成果。2017 年实现了稳定的101.2 秒稳态长脉冲高约束等离子体运行世界纪录。2018 年和2019 年实现高约束、高密度、高比压的完全非感应先进稳态运行模式和电子温度1亿℃等离子体运行[2]。EAST 装置服役以来成果卓著，但是基于未来稳态高约束运行模式发展需求，以现有EAST 实验装置条件已到了瓶颈阶段，加热系统及内部部件已达其性能瓶颈。为了实现更高的科学目标，保持EAST 研究能力的世界领先地位，亟须对现有EAST 装置进行性能提升，为此中国科学院等离子体物理研究所开展了EAST 装置性能提升工程项目。

EAST 性能提升项目有别于普通的基本建设项目，其科学技术意义重大深远，具备建设规模大、投资高、运行和使用周期较长的特点，且在项目建设过程中需要研制大量的非标设备，多学科、专业交叉，技术综合、复杂程度高，具有工程与研制的双重性[3]。以上特点给项目管理和组织实施带来了困难，因此，为保证EAST 性能提升项目可以按照计划目标顺利实施，对项目进度计划进行合理编制和科学优化，并在项目执行过程中做到动态控制，是项目全流程管理中的重要环节。本文以进度管理相关理论和研究成果为基础，借助主流项目管理软件Primavera P6，对大科学装置工程进度管理进行有益探索，以实现项目进度管理和执行的有效、合理。

二、进度计划的编制

1.进度管理软件的采用

进度计划的优化和动态控制，是指对工程工期、资源和费用的综合优化与控制，其内容复杂且具有较高难度，采用先进的项目管理软件有助于实现高效的管理。美国PSI（Primavera System Inc.）公司在2008 年被Oracle 公司收购前，已有25 年专业级项目管理软件研发历史，其推出的P6 项目管理软件在全世界150多个国家拥有广泛的用户，在我国很多行业和领域内也有着大量的使用者。其目标是为工程建设、能源、制造、高科技、IT、航空航天、国防等领域提供专业服务。P6 软件的项目、项目群、项目组合的优先级排列、计划编制、管理与执行等功能，可以为项目管理提供强大的工程解决方案[4]，该软件在项目管理方面具有通用性和普适性，软件的采用有助于实现EAST 性能提升项目进度计划编制—跟踪—动态控制—调整的进度管理模式。

2.进度计划的编制准备工作

EAST 性能提升项目涵盖15 个一级课题，其维护改造的范围和内容都较繁杂，在制定具体可实施的项目进度计划前，做好细致和详细的项目内容、信息收集和任务分解等工作是非常重要的。在项目正式施工和执行前，项目管理团队依据《EAST 性能提升总体方案》，多次组织会议对15 个一级课题的任务进行了总体规划和安排，并由一级课题负责人负责组织对所承担的课题做整体任务分解和管理，分解完成后由二级课题负责人做进一步详细的进度计划编制和执行。

鉴于以上情况，采用工作分解结构(work breakdown structure，WBS)，一个项目只有通过了WBS 阶段，才可能确定大量活动之间的相互关系，只有准确和全面进行工作结构分解，才能进行精确的进度计划制定[5]。WBS 是在项目实施过程中，对项目范围的一种逐级分解的层次化结构编码和层次化排列，将项目划分成可以管理与控制的单元或工作包的一种方法，以便于项目计划的细化和编制，明确责任范围和落实方案，便于进度监控和管理。它处于计划过程的中心，是制定项目进度计划的重要基础。WBS 可以把EAST 项目可交付成果和项目工作分解成较小且更易于管理的组成部分。在收集和汇总15 个一级课题任务分解信息后，使用P6 软件建立EAST 性能提升项目的WBS，按照项目组成模块及施工进度进行分解，自上而下、从大到小地逐级分解，从而通过不同层级的分解，合理清晰准确地反映项目总体结构框架、各课题内部分级和结构。EAST 性能提升项目整体WBS 示意、电子回旋系统WBS 示意如图2、图3 所示。

图2 EAST 装置性能提升项目WBS 示意

图3 EAST 装置性能提升项目电子回旋系统WBS 示意

建立EAST 性能提升项目WBS 主要遵循和采用以下原则：

（1）管控适用原则。即WBS 层次分解不过度，EAST 性能提升项目基本为3～5 层，并且不需要全都分解到同一层次，即不必把结构强制做成对称的。当该课题达到一个层次时，满足课题任务可分解完成的要求和工期准确性的估算即可。

（2）完整性原则。每一层WBS 必须保证上层WBS节点内容的完整性，不能遗漏任何必要的组成部分，任务完全覆盖，即WBS 中的任何一个节点必须与其相应的子节点所包含的工作完全对等。

（3）成果可交付导向原则。实现项目整体工期满足目标进度工期的要求，每项任务的工期都应易于估算且在可接受期限内，状态和完成情况是可以量化的，即明确定义任务的开始时间和结束时间。

（4）单项任务唯一性原则。即单项任务只应该在WBS 中的一个地方出现，不可重复，不可有漏项。

（5）建立项目的编号系统，确保每项任务的标号的单独性和唯一性。

3. 编制项目进度管理计划

EAST 性能提升项目WBS 建立完成后，需要编制详细可执行和追踪的进度管理计划，PMBok 将WBS定义为针对可交付成果对项目要素的分组，它归纳和定义了项目的整个范围，每下降一层代表对项目工作做更详细的定义。在WBS 节点下可以增加指导项目具体工作内容的任务和作业，也就是项目的基本工作单元。按照EAST 性能提升项目的情况，进度计划一般分为4 个层次进行编制与管理，即由上而下逐级分成项目、系统、子系统、任务（作业），即把项目分解成系统，系统又细化为子系统，子系统再分解成一项项任务或作业，即：项目→系统→子系统→任务（作业）。每个层次的作用不同，第一层次的项目起宏观控制作用，第二层次的系统是综合协调，第三层次的子系统为实施控制，最底层的任务（作业）为具体实施和执行。作业活动作为项目施工计划编制的最小单位，要求描述准确、具体且充分考虑项目控制的深度和管理成本。具体的编制方法和步骤如下：

（1）创建项目日历和工作时间。项目日历是指企业中每个项目独立使用的日历，仅当前项目可以使用，根据EAST 性能提升项目现场实际改造情况,项目采用6 天工作制,每天工作10 小时。

（2）增加作业。作业是项目的基本工作单元，是项目计划中最详细的工作量跟踪，它包含所有要执行的工作的详细信息，和完成项目所必须要发生的任务，可以是一项任务、事件或工作量。作业又分为以下六种类型，即任务作业、独立式作业、开始里程碑、完成里程碑、配合作业及WBS 作业。在EAST 性能提升项目中，由各课题负责人依据课题任务和改造内容，对一、二级课题的作业进行划分和定义，并明确和标注课题内重要里程碑作业。

（3）估算工期。作业工期根据图纸设计工作量及计划资源配置进行预估，同时要考虑施工团队的施工能力定额、施工经验、人员设备投入状况、环境因素等[6]。EAST 性能提升项目，在工期预估阶段已经综合考虑了以上因素，并根据项目的实际状况，将外协部件延迟、原材料和备品备件采购周期等客观因素也一并涵盖在内，在工期预估时适当地留有一定的时间裕度，以保证进度制定的计划的合理和可行。

（4）建立逻辑关系和增加限制条件。逻辑关系表示作业间的依赖关系，在各工序之间加载逻辑关系和限制条件，是确定各作业之间的工序、组织之间的关系的重要步骤，是构成整体进度计划的重要部分，通过逻辑关系可连接每项作业，从而保证项目整体进度计划的可控性。建立逻辑关系后，根据CPM(关键路径法)可计算出每道作业的开始时间和完成时间，逻辑关系的类型分为以下四种，即开始—完成（start—finish，SF）、完成—开始（finish—start，FS）、开始—开始（start—start，SS）、完成—完成（finish—finish，FF）,也可依据作业工序的客观情况，添加延时周期的设置。限制条件是用户强加的日期限制，用来反映无法建立在逻辑关系中的一些需求，一道作业可同时设置两个限制条件，常用的限制条件包括项目必须完成日期、开始不早于、完成不晚于，以及其他限制条件。应用了限制条件后可以更精确地反映项目实际情况的进度计划。

（5）进度计算。一般进度计算采用关键路径法（CPM）来计算项目进度计划，主要是依据作业的工期和逻辑关系进行计算，关键路径是项目中最长的连续路径，它决定了项目的完成时间，P6 软件内也采用该原理和方法计算出项目的开始时间及完成时间，并明确提出项目中的关键任务是在编制完成项目进度管理计划后, 将当前进度计划与目标进度进行比对分析与评价，从而可获知该计划是否符合项目预期要求，如超前或者可满足预期进度，可以将当前计划设置为目标计划并进行执行，如存在延后的情况，那么需要及时对编制的进度计划做出调整。图4 为EAST 性能提升项目内部部件系统进度计划。

图4 EAST 性能提升项目内部部件系统进度计划

三、进度计划的优化及动态控制

1.进度计划的优化

编制合理可行的进度计划仅仅是项目进度管理的初步阶段任务，优化和完善进度计划是进度管理中不可或缺的环节。在借助P6 软件完成项目内每项施工作业、任务的最早开始时间和最早完成时间后，可以梳理下非关键路径上的任务及作业，在可以保证该项作业按时完成的前提下，对其进行资源最优化配置，减少资源的闲置和浪费，从而为关键路径上的任务及作业提供更多可调配的资源。另外，将安排过多的串行作业合理调整为并行作业，减少关键路径上的串行活动，关键路径上的作业和任务工期可以得到缩短，那么项目的整体工期也会相应地缩短。

其次，进度优化体现在对进度风险的管理上，主要包括风险识别、可能性和后果分析、应对策略制定三部分。作为研发性和工程性兼而有之的项目，为保证项目的顺利开展和执行，对影响进度的风险因素进行预判和识别，可减少和避免影响进度的情况发生。识别和评估可能会影响进度的各类因素，包括技术风险、执行风险、组织管理因素、资金因素、环境因素等，如设计方案变更、技术和工艺的不确定性、人员、材料、设备等资源配备不足、管理疏漏以及客观环境。风险因素识别后，对这些因素进行定性和定量分析，借助专家建议法、多人评估、历史信息等方法可以有效地对潜在的风险因素发生的概率和对项目的影响做出判断。EAST 装置自2006 年投入实验运行以来，先后进行了多轮维护改造工作，那么借鉴以往维护改造过程中发生频率较高的事例和工程经验，科学预判并针对不同因素可能发生的概率和影响进度的程度进行定义和分级，有的放矢地制定应对预案和措施，最大限度地减少客观因素对进度的影响，助力项目顺利执行。

2.进度的动态控制

项目计划制定和优化完成后，进度管理并没有结束。在项目执行过程中，由于外部环境对项目进度的执行产生的影响具有不确定性，为确保项目进度按期进行，对项目的动态管理是进度管理的关键环节。通过横道图比较法、S 形曲线比较法、香蕉曲线比较法等动态控制法，可将项目执行过程中施工执行完成情况与计划目标应完成情况进行对比。图5 为P6 软件进度计划动态控制路线图。

图5 P6 软件进度计划动态控制路线图

在EAST 性能提升项目执行过程中，项目团队实行每日晨会及周一汇报制度。各课题负责人汇报并提供一周内课题实际完成情况进度，进度管理人员汇总后，在P6 软件上对出现偏差的作业进行修正，软件自动计算出该调整对后续项目施工的影响，进度计划更新方便快捷，不仅有助于减少进度管理人员的工作量，而且将P6 中的原始进度计划和实际进度进行对照，通过软件图表可视化的功能，可以直观获取实际横道图与目标横道图的对比情况，清晰展现各项工作的实际进展情况，当项目现场实际施工进度与进度计划之间出现偏差时采取相应的纠正偏差的措施，消除实际进度与施工计划之间的偏差，防止出现偏差的累计。当实际进度与原始进度出现较大偏差时，采用必要的改进方案，使得项目总工期得到实质性保障[7]。

四、结语

在EAST 性能提升项目阶段性完成的基础上，装置已完成新一轮的实验，在2021 年5 月实现100 秒1亿度高温等离子体的稳定运行，2021 年12 月成功实现1056 秒长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上托卡马克装置实现的最长时间高温等离子体运行。总结EAST 性能提升项目执行过程中，充分做好前期进度管理资料和信息的收集与准备工作，合理编制进度计划，持续优化进度计划的可行性，科学预判与分析进度风险因素，实时动态监控和管理进度，并采取相应的纠正偏差和预防的措施，对本项目进度目标的实现完成起着重要的作用，同时，畅达的沟通机制、合理有序的组织和执行、切实可行的精细化管理，为项目的如期完工提供了必要保障。本项目实施经验可为同类型项目提供一定的借鉴和参考。[本文系合肥国家综合科学中心EAST 性能提升项目的研究成果。]