EPC模式下方家山核島土建關鍵路徑工期優化分析

劉永清，吳佑聰，裘錦宏

（秦山核電有限公司, 浙江 海鹽 314300）

對于M310堆型的核島土建，大亞灣核電站和嶺澳核電站一期工程建設已經實踐分析出了一條關鍵路徑。因廠址適應性、前期準備以及施工單位施工組織安排等將對該關鍵路徑造成不同程度的影響，為了更好地落實方家山核電工程在工程總承包模式下的核電項目管理，以及“精干業主、工程公司總承包、專業分包”的管理對策，方家山核電工程進度管理在總承包模式下，通過磨合和摸索，尋求了一套管理手段，通過加大土建工程關鍵路徑的進度控制，合理壓縮關鍵工作持續時間，原總包合同土建工期23.5個月減至22個月進行內控計劃管理。

本文通過方家山核電工程1號機組土建工程施工關鍵路徑的進度控制（主要是對工程總承包方提出的57個月工程總工期中土建22個月的計劃進度控制）的分析總結，工期優化，土建總工期在前期條件成熟、合理部署施工工序等情況下，在原57個月總工期合同框架內，不影響土建合同總價款和工程總造價基礎上，從實效性和經濟性方面分析，完全可以實現土建施工在20個月的工期目標。通過對土建關鍵路徑工期的優化分析，希望能為同類核電工程提供有益的參考，對其他核電工程的進度控制起到借鑒作用。

1 核島土建關鍵路徑分析

核電土建工程的關鍵路徑主要是反應堆廠房主體土建工程施工和安全殼預應力張拉工程，其次房間的移交和土建、安裝關鍵接口的移交，也是對安裝起到直接制約的因素。在核島土建施工中，僅對土建主體工程進行控制遠遠不夠，控制的重點還應包括房間的移交和關鍵接口的移交；尤其在安裝開工初期，大量關鍵區域和房間的移交會直接影響安裝工作的全面展開和工程量點數的積累。但也不能忽略，前期土建工程準備也是主體土建工程重要一環，土石方正挖向負挖過渡，實現基坑驗槽滿足澆灌第一灌混凝土的前期條件尤為重要，且在之前取得國家項目核準以及頒發建造許可證也是一個影響因素。只有在前期工作完備、條件充分的基礎上，核電工程正式開工及FCD零點工程才真正起到界定作用。

1.1 工程前期準備階段

核電工程前期主要工作包括項目核準環節、前期工程準備即“四通一平”和負挖工程等相關工作。每個環節均影響后續項目正式開工。根據《中華人民共和國民用核設施安全監督管理條例》的規定，項目應獲得國家核安全局頒發的相應安全許可證。同時，確保FCD及總工期進度的另一制約條件是現場“四通一平”和負挖工程。如果現場施工條件不具備，會耽誤開工啟動時間。工程前期關鍵路徑如圖1所示。

1.2 土建主體工程

圖1 核電工程前期關鍵路徑示意圖Fig.1 Schematic of initial stage critical path for nuclear power projects

核電工程正式開工是以行業中均以項目正式核準后，啟動反應堆廠房第一灌混凝土施工為界定，即項目FCD。在土建工期中，自FCD至穹頂吊裝完成為周期，進行合同工期界定。土建階段施工的關鍵路徑主要指的是反應堆廠房地板第一罐混凝土到反應堆穹頂吊裝，主要的施工階段分為：核島負挖→地質檢查(NNSA)→防水層/廊道施工→筏基A層混凝土施工→EPP系統貫穿件安裝→鋼襯里底板安裝→鋼襯里和筒體（1～22層）混凝土施工＋內部結構施工→環吊牛腿安裝→環吊安裝→穹頂吊裝→筒體（23～24層）混凝土→環梁（J、K、L層）混凝土→穹頂（M、N、O、P層）混凝土→預應力張拉工程；穹頂拼裝→1R55區管道、通風及電儀安裝→穹頂吊裝。

環吊支架安裝完成是環吊軌道安裝的前提條件。由于環吊安裝工期緊，支架安裝成為關鍵的土建、安裝接口。預應力張拉工程對反應堆廠房貫穿件的安裝影響較大，也處于關鍵路徑。另外，龍門架的安裝是龍門吊安裝開工的前提條件，龍門架的安裝處在關鍵路徑上。土建主體工程關鍵路徑如圖2所示。

圖2 土建主體工程關鍵路徑示意圖Fig.2 Schematic of civil work critical path

1.3 土建工程關鍵路徑的工期值

安排項目總進度必須確定工程總工期與各階段的工期。確定工期，借鑒國內外同類型核電廠的建設經驗是非常重要的。先參照同類型核電廠，特別是參考核電廠的建設經驗，再根據本工程的具體條件，包括廠址、環境、設備及材料供貨能力等物質條件和業主的要求以及國家安全法規與工業標準等方面的差異進行修正，是確定工期的一般做法。初步確定總工期和各階段的工期之后，再根據核電廠的設計和勘測數據逐步深化調整，最終確定建造工期。

以法國M310堆型為基礎，自主設計、自主采購制造M310二代加堆型，技術上和工程施工方面已經非常成熟了。目前，對比在建和已建部分項目（見表1），一般考慮土建工期在22～24個月，基本可控制在24個月以內；安裝工期在22.5～24.5個月，基本可控制在24個月以內；調試工期在12.5～13.5個月。總工期60個月左右，兩堆間隔不超過10個月。

國內M310二代加堆型的核電建安工程施工技術和施工組織安排均成熟化。據目前核電建設經驗分析，土建主體關鍵路徑工期一般控制在22個月的基準上，能滿足核電工程總工期要求。現在秦山二期擴建工程3號機組總工期控制在56個月，其中土建工期仍以22個月為基準，進行了計劃壓縮，基本以21個月完成土建主體工程，實現了穹頂吊裝向安裝工程階段過渡。核電土建工程23.5個月的工期分配情況如圖3所示。

2 方家山核島土建工程關鍵路徑

2.1 方家山工程前期

方家山核電工程在前期準備階段主要圍繞項目核準、建造許可證申領、長周期設備訂貨以及現場施工準備為中心，重點做好項目可研、廠址安全分析、初步安全分析、環境影響報告以及相關行政許可要求的報告編制和審評工作，組織開展長周期設備訂貨，項目廠址條件施工準備等工作。計劃安排及實際情況如圖4（a）所示。

工程的現場準備是2003年啟動了項目的征地搬遷工作，2007年5月22日正式開始“四通一平”工程土石方正挖爆破施工。因“四通一平”工程開工時間較晚，對后續工程的進行帶來較大負面影響。當時應按照通常施工辦法，正挖完成后再進行負挖施工，但當時“四通一平”工程中主廠區土石方工程計劃工期14個月，而且方家山工程現場的特異性，周邊運行多個核電站及其他多種制約因素，很難壓縮土石方工程絕對工期，無法滿足負挖工期，既定目標2008年12月28日FCD節點無法實現。為了實現工程開工目標，參建各方通過協商和周密策劃，詳細分析和論證后提出正、負挖搭接施工的建議方案，即在“四通一平”階段提前完成1、2號核島區域的正挖，采取非常規的方案實現“四通一平”和負挖的搭接。方家山核電工程前期能順利完成核島正、負挖工程，為實現工程開工奠定基礎，主要是因為及時啟動了“四通一平”和負挖的搭接，充分利用施工空檔期；正、負挖為同一個施工單位。計劃安排及實際情況如圖4（b）所示。

表1 國內在建和已建部分壓水堆項目工期對比表Table 1 Construction periods for some domestic PWR NPPs under construction or in operation

圖3 核電土建主體工程23.5個月關鍵工期分配情況Fig.3 23.5-month critical construction period for the civil work of PWR NPP projects

2.2 方家山核島土建工程關鍵路徑

方家山核電工程采用的堆型是M310二代加改進型百萬千瓦級機組，采用的EPC總承包管理模式，土建和安裝分別由具有成熟施工經驗的中國核工業第二二建設有限公司和中國核工業第二三建設有限公司承建。土建及安裝的主體工程關鍵路徑工作也是很清晰的。在總承包合同簽署中，以總工期60個月的目標進行控制，中國核電工程有限公司為了更好完成合同目標，編制了57個月總工期的內控二級計劃，要求施工單位按照57個月工期進行計劃控制。

方家山核電工程57個月的內控版計劃周期關鍵節點如圖5所示。

方家山核電工程57個月的核島土建關鍵作業工期安排如圖6所示。

3 方家山核島土建工程關鍵路徑工期優化

3.1 從實際施工對計劃22個月土建工期的優化分析

圖4 方家山核電工程前期現場準備關鍵路徑示意圖Fig.4 Schematic of the critical path for pre-stage on-site preparations for Fangjiashan NPP

圖5 方家山核電工程57個月總工期關鍵節點時間表Fig.5 Key milestone time schedule in the 57 months of the total construction period for Fangjiashan NPP

圖6 方家山核電工程57個月土建關鍵路徑計劃工期安排Fig.6 The construction schedule for the 57-month civil work critical path of Fangjiashan NPP

方家山核電工程是首批通過國家核準制程序的核電建設項目，前期論證受技術路線以及堆型的調整，周期較長，同時造成工程現場準備工作時間緊迫。確保在2008年底澆灌第一灌混凝土，實現了非正規的工程正負挖搭接施工方式。提前完成核島基坑負挖，為核島FCD奠定基礎，順利按照二級計劃目標開工。但因當時現場條件制約、天氣以及處理不符合項目等原因影響造成筏基施工出現趕工現象，與22個月施工工期計劃對比不一致，在后續施工中調整施工工序才趕平二級計劃，并在后續0 m板和4.65 m板進度提前二級計劃，4.65 m板完工與57個月內控計劃對比提前1個月。但在4.65～8.1 m墻體施工受預埋件安裝設計變更等接口影響，關鍵路徑上內部結構施工進度滯后二級計劃土建22個月計劃工期要求。截至2010年5月15日，方家山核電土建工程總體情況與57個月相差約有10 d滯后。但從目前施工進展情況分析，已能滿足22個月的工期要求。

圖7 方家山土建關鍵路徑筏基計劃和實際對比Fig.7 Comparison of the scheduled and actual civil work critical path for the reactor building base of Fangjiashan NPP

方家山核電工程在FCD前早已在2008年7月就啟動了廊道施工底板防水施工，11月完成了廊道蓋板結構施工，同時完成了筏基防水保護層施工，如圖7所示。廊道啟動后，方家山經歷4個月工期具備正式啟動筏基結構施工條件。筏基A層（-10.00～-8.80 m標高）。自2008年11月15日保護層施工完成前開始放線測量，順利實現了在12月26日正式澆灌第一罐混凝土，即FCD零點工程。然而，在A層澆注完成后，時值2008年底遭遇近60年來罕見的低溫雨雪冰凍天氣，給地處南方的施工混凝土養護帶來了很大困難。施工單位也積極采取了防寒防凍措施，采用新方法在澆混凝土區域上方搭設引入蒸汽管道的鋼架和帆布膜暖棚，以控制混凝土降溫速率。但是原定筏基A層混凝土澆灌后進入混凝土養護期，計劃養護工期15日，不但未能減少養護時間，反而造成A層施工冬季大棚養護影響工期9 d。同時，產生反應堆廠房A層底板混凝土大面積裂隙：拆模后發現側面出現裂縫15條，平均長度在0.8 m左右,寬度在0.2 mm以內。平面發現裂縫10條，寬度大于0.3 mm的有5條,最長的約20 m,呈不規則交叉分布。

當時認為特殊措施做得相當到位，增設了暖棚、延長保溫養護時間以保障混凝土降溫速率，即犧牲了工期也花費了大量投入，混凝土質量應該沒問題。對暴露出來裂隙一時缺乏應對措施，沒有及時提出處理方案，啟動不符合項程序。2009年1月16日在養護期間發現裂縫，至2009年2月4日不符合項開啟已經有半個月的耽誤，況且不符合項在2月24日才正式關閉，造成筏基施工進度白白受裂隙不符合項處理時間耽誤了1個多月。后續經施工組織評審，結合施工工序安排以及施工經驗反饋，將筏基B、C層結構合并，一同澆注混凝土，即自-8.80～-7.00 m和-7.00～-6.20 m標高的2.6 m厚的大體積混凝土一同澆注。筏基B層實際施工在2009年2月13日開始，3月22日完成B、C層結構施工，總工期自原計劃的兩層60 d的工期壓縮到實際40 d，已趕回部分原滯后的工期。后續施工單位在筏基D層施工中搶回滯后二級計劃，2009年4月11日按照計劃完成。同時，實現了筏基底板按照二級計劃在2009年5月10日完工。

繼筏基后，關鍵路徑上的底板鋼襯里安裝于2009年5月16日開始，2009年7月23日完成，比57個月二級進度計劃提前20 d，截錐體鋼襯里2009年7月8日完成，比57個月二級進度計劃提前24 d。57個月二級進度計劃底部和錐部鋼襯計劃工期安排3個月，實際進度是底部和錐部鋼襯里總工期為68 d，已提前20 d。而-4.5 m以上內部結構施工工期實際狀態與計劃安排出入不是很大，除因方家山工程在內部結構0 m板以上主要是受埋件安裝影響了進度外，土建計劃施工工期與實際相比基本保持一致。具體計劃執行情況如圖8所示。

圖8 方家山土建關鍵路徑計劃工期與實際對比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應堆廠房筏基A層施工中及時在2009年1月17日啟動不符合項，可完全縮短17 d才啟動不符合項的時間。同時，考慮計劃可執行性以及施工組織、技術安排等因素，可將B層和C層結構施工計劃中合并，縮短一層的15 d養護時間；同時，實際在底部截椎體鋼襯里施工工期安排只用了2.5個月，比計劃縮短15 d。這樣，整個土建關鍵計劃工期可以在現有22個月土建工期范圍內完全縮短到21個月，順利實現土建工程目標。該情況還是在遵行方家山現有內部結構、筒體混凝土和鋼襯里計劃工期范圍內，只考慮在筏基結構施工和底部截椎體鋼襯里施工中做優化調整，分別可以優化調整15 d，總壓縮1個月工期。對-4.5 m以上內部結構以及截椎體以上鋼襯里和筒體混凝土工期不考慮壓縮，而且，該工期優化還沒考慮方家山工程A層混凝土養護延長9 d工期的冗余量。方家山土建關鍵路徑計劃、實際與優化后的工期對比情況如圖9所示。

圖9 方家山土建關鍵路徑計劃、實際與優化后的工期對比Fig.9 Comparison of the scheduled, actual and optimized construction period for the civil work critical path of Fangjiashan NPP

3.2 從經濟效益對關鍵工期優化的分析

從方家山工程在57個月施工工期安排內的實際工程進展情況進行經濟性評價分析，結合實際施工對計劃22個月土建工期的優化分析，方家山核電工程土建施工工期能在現有實際施工組織布局下，不增加合同價款即不增加機械、人力投入可實現21個月土建計劃工期，但進一步從經濟性效益評價，考慮合同價款的基礎上，是否有在實現21個月土建工期的基礎上再重點優化工序、增加機械、人力投入，以滿足經濟效益最優化壓縮至20個月的可能性。

3.2.1 壓縮工期的利潤增量

秦山核電站擴建工程為2×1 000 MW的核電機組，其上網電價為A元/千瓦時,生產成本B元/千瓦時。1RX筏基至穹頂吊裝的工程造價C億元，提前1個月發電將帶來的經濟效益計算為：1 000 000 kW×（A-B）元/kW·h×24 h/d×30 d=D元。

3.2.2 壓縮工期的成本增量

核電穹頂吊裝關鍵路徑中有3條路徑：分別為筏基混凝土—底板鋼襯里—內部結構施工—穹頂吊裝；筒身鋼襯里—筒身混凝土—牛腿—環吊軌道安裝—環吊吊裝—穹頂吊裝；穹頂拼裝—穹頂吊裝。

在方家山工程實際壓縮優化后的內部結構主線真正意義上自-4.5 m底板開始，計劃工期15個月(450 d)。該關鍵主線工程施工工藝復雜，且涉及與安裝預埋件的接口施工。要在這15個月再壓縮1個月，必須通過增加施工班組輪班制以延長每天施工工時的施工方式，必要時采取兩班倒的方式來確保施工工期壓縮。按照方家山現在實際計劃安排內部結構人員為30人，施工機具一套（E萬元）。因為整個1號反應堆廠房土建工程量固定，在壓縮工期時對成本影響較大將是勞動力與施工機具的增加?？紤]投入雙倍的人力進行輪班施工，并增加一套施工機具的投入。經過合同單價測算成本增量為：30人×8 h/d×15元/(h·人）×(450-30）d+E萬元=F元（等式1）。

同時，筒身鋼襯里和筒身混凝土主線施工工期相對來說比較固定，主要包括有1層截錐體鋼襯里和12層筒身鋼襯里、3層截錐體混凝土以及24層筒身混凝土施工。其中施工至22層的筒身混凝土是決定穹頂吊裝的主線。另一條關鍵路徑中也應考慮22層筒身混凝土采取工期壓縮。因方家山筒身總工期為320 d，每段的平均施工時間為14.6 d，實際投入15個工人，如果再考慮壓縮工期1個月，即每段縮短1.364 d。為確保壓縮1個月工期，應增加人力投入。通過計算，可增加4個勞動力，每天延長4 h工作時間。根據市場定額計算，該部分投入的成本增量為：（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）。

穹頂拼裝至穹頂吊裝也應優化后的20個月工期前完成，保證穹頂在20個月工期內實現。但因不占主工期，該作業邏輯關系只是場地以及鋼襯里材料到貨、車間預制加工。由于穹頂鋼襯里材料是與鋼襯里一起采購的，采購時間早，可以提前1個月進行現場拼裝，不會導致施工成本的增加。

另外，如果內部結構、筒身混凝土以及穹頂拼裝工期壓縮1個月，必然造成塔吊運輸資源緊張，機械投入費用增加。出于該因素考慮，增設一臺塔吊（塔吊單價G元/臺班），可以滿足穹頂拼裝作業，工期半年。該部分增加的機械成本增量為：G元/臺班×180 d=H元（等式3）。

3.2.3 壓縮工期的經濟效益比差

通過分析，土建施工中總增加的成本量為：等式1+等式2+等式3=I元。提前1個月發電將帶來的經濟效益為D元，即純利潤為D-I=J元。

然而，該工期壓縮還沒有考慮到設備制造帶來的影響。土建關鍵路徑壓縮優化至20個月，務必造成環吊等到場設備工期縮短，但由于設備合同簽訂具有一定靈活性，考慮在該工期范圍內適當增加合同造價費用，以目前實際情況環吊提前1個月到場增加10萬元，現場組裝增加10萬元。根據方家山實際情況，如果工期在上述分析的21個月工期內再縮短優化1個月將造成對環吊等預裝設備以及主要設備到場工期縮短，費用增加，如果以1 000萬元的估量方式計費，參照上式得出的J數據的純利潤也遠遠大于該部分費用。

因此，按照方家山核電工程土建實際施工組織布局，可以在原22個月的工期內增加投入，并采取特殊措施，從經濟效益最優化分析完全可以將土建工期壓縮至20個月。

4 結論

通過對方家山核電工程實際情況的詳細分析，完全可以在21個月的工期內實現土建穹頂吊裝的管理目標，而且在該基礎上仍通過增加勞動機械等特殊措施的方式再進一步優化壓縮1個月工期，實現20個月的土建工期。

分析中，仍考慮了方家山現有進度狀態下如果從實際22個月工期中，及時處理應對不符合項以及縮短養護時間、處理好安裝與施工單位接口，優化施工工序完全可以實現21個月的土建工期，而且從方家山實際工程分析來看仍還有半個月的余量。

在20個月的工期內，因內部結構以及筒身混凝土、鋼襯里工期相對固定，通過增加勞動力和機械等特殊措施可以縮短1個月工期。但根據核電工程實際，再壓縮每層筒身混凝土的施工工期以及內部結構的工期難度相當大，目前還沒有經驗數據所支持。因為內部結構每層混凝土施工作業面以及施工工期是相對固定，且每層混凝土養護、鋼襯里焊接以及預埋件安裝等工期也是相對固定的。

但實際工程中影響因素比較復雜，分析中應考慮應急狀態造成的進度風險。分析的兩種狀態下對土建工期縮短優化是以方家山工程作為研究對象進行分析，具體核電廠址的特異性以及施工單位、投資單位的實際情況略有不同。制約土建工期能否按期達到目標，關鍵因素還應要有充分的前期準備，包括核準許可比較充足，現場負挖基坑清理驗槽順利，施工準備、材料以及總平面規劃到位。而且，關鍵制約因素是開工前期確保施工設計圖紙滿足施工要求，在FCD施工前達到總圖的30%以上；預裝設備到場吊裝就位及時以及安裝預埋件接口順利都是制約土建關鍵工期的因素；參照核電工程經驗，開工的地域、氣候差異也是制約因素之一。在南方氣候氣溫比較適宜，惡劣寒冷天氣相對較少，混凝土養護時間相對短，方家山1號反應堆就是特例，碰到60年一遇南方大雪災寒冷天氣增大了混凝土養護的進度風險。因此，在南方3、4月份實施土建開工是比較適宜的，避開了筏基大面積混凝土養護的高溫或低溫下的養護周期，同時減少雨季對底板鋼襯里焊接以及春節窩工等因素影響。秦山二期擴建項目就是一個例證，2006年4月開工，總工期56個月，其中土建工期21個月。