“互聯網＋”在“華龍一號”示范工程設計管理領域的應用

郝祿祿,薛峻峰,陳 宏

(福建福清核電有限公司,福建 福清 350318)

“華龍一號”核電堆型是在我國現有壓水堆核電站設計、建造、調試、運行經驗的基礎上,充分借鑒吸收國外三代核電技術的先進設計理念,采用177堆芯、抗0.3g地震、能動和非能動設計、雙層安全殼、60年壽期等多項重要技術方案,自主研發的具有自主知識產權的百萬千瓦級先進壓水堆核電機組。

福清核電5、6號機組作為 “華龍一號”示范工程,從開工之初,即面臨著首堆工程特有的難題:沒有可參考的成熟設計方案,邊科研邊設計,系統力學計算反復進行,系統設計調整變化多;設備設計滯后影響設備資料按期提交,設計固化困難;施工進度壓力大;同時核電廠設計及項目管理單位分布廣,地域范圍跨度大,相互之間提資制約的具體特點及其管理過程中不斷出現問題的挑戰;技術和管理風險均顯著高于已建設或建設中的福清核電站1～4號機組。

為解決上述問題,福清核電站借助互聯網,聯合業主、總包單位、設計分包院、建安施工單位,進一步創新完善了設計管理體系,在原有福清核電站1～4號機組管理流程和渠道的基礎上,確立設計管理以保障采購、施工及調試等的實際需求為重點,明確管控目標,建立通暢的上下游之間的溝通協調機制及管理手段,新開發了施工圖紙開口項管理等多項管理流程,建立了共享的信息化管理平臺,使得項目參與各方在遠程都可以直接進行有關操作和維護,信息交流快捷高效,提高了溝通效率,加快了問題的協調和處理過程,尤其對于設計技術風險管控現場重點技術問題的高效決策,提供了很好的渠道。

1 “互聯網＋”在設計管理中的主要應用

伴隨信息技術的高速發展,互聯網技術在企業中的應用也越來越廣泛,“互聯網＋”利用互聯網平臺和信息通信技術把互聯網和企業相連接,充分發揮著互聯網在生產要素配置中的優化和集成作用,運用互聯網開放、分享的特性完成信息交換和數據分析,實現跨地域、跨行業的深度融合,實現提質增效。

1.1 工程設計及設計管理與 “互聯網＋”的聯合

圖1 設計信息系統功能布局Fig.1 The f unctional layout of design infor mation management system

針對設計策劃、設計過程管理、設計數據管理和設計決策管理等進行集成,創新開發設計協同平臺TC,TC平臺中集成三維PDMS等設計工具,并在設計中深度應用;借助互聯網,在設計領域及施工管理領域升級施工管理信息系統到3.0版 (IFS 3.0版),在上、下游與項目控制管理軟件P6、業主信息管控平臺ECM等進行系統接口。從而實現了在同一三維設計協同管理平臺上,進行接口資料互換、設計計劃管理、設計過程管控及經驗反饋管理等工作,依托新版信息化管理系統,設計實現設計進度一體化、設計管理流程化、設計數據集中化、業務協作可視化、風險管理平臺化。

(1)設計進度一體化

隨著項目進展,專業人員通過P6軟件編制設計三級進度計劃,并與采購、施工、調試等進行耦合,形成項目一體化計劃,編制和執行的過程中,重點關注計劃內容的合理性、科學性,提高計劃管理水平。計劃工程師對三級計劃進行分解并編制四級計劃,通過TC系統設計信息系統下發給設計工作者,計劃的執行、變更、審批均通過信息系統進行管理,見圖2。

圖2 設計進度一體化管理模式Fig.2 Design progress integralization management mode

以項目部一體化三級進度計劃為依據,上線設計進度計劃管理模塊 (工程文件索引IED、施工圖紙可用For Use),確保各方能夠通過該模塊對施工圖紙出版及For Use情況進行跟蹤、統計,確保各參與方對圖紙出版情況及For Use情況的及時全面的掌握,避免信息傳遞滯后,信息不一致等問題的出現。實現設計、施工管理的信息共享,合理的安排設計和施工計劃。

(2)設計管理流程化

“華龍一號”示范工程借助IFS3.0施工管理信息系統等,通過33類表單＋65個流程模板支撐設計管理標準化、合規化。內外部接口協調流程,實現對設計接口和提資過程的管理和跟蹤;接口資料互提流程,實現電子化的互提資料流程和資料管理;文件資料審簽流程,規范化電子審核流程和更改流程;設計更改流程,規范化更改流程,包括計劃變更、設計澄清 (CR)、現場變更單 (FCR)和設計變更通知單 (DEN)流程;收發文函流程,實現系統與系統之間的流程銜接。結合經驗反饋及首堆特點,創新實施以下流程:

施工管理系統 (IFS3.0)實現了圖紙變更(CR、FCR、DEN)和圖紙的相互關聯和掛接功能,確保圖紙文件的完整性,使各方具備便捷查詢設計文件的功能,便于現場施工人員和監督人員對現場變更進行系統性管控;確保所有變更都能夠有效的實施,并為后續竣工文件編制奠定良好的基礎。

參考前人的計分方法(Bering et al., 2005)，結果分為如下3類：功能繼續(Capacity)即兒童承認老鼠寶寶已經死亡，卻還認為某些功能依然存在，計分為0。功能停止(Cessation)指兒童認為老鼠寶寶死后，某些功能的喪失，計分為1。含糊不明(Unscoreable)指答案和原因不匹配，或兒童表示對此問題不清楚、不知道，計分為0。分數越高，表示兒童越傾向于做出死后功能停止的判斷。

以項目部一體化三級進度計劃為依據,上線設計進度計劃管理模塊 (IED、For Use),確保各方能夠通過該模塊對施工圖紙出版及For Use情況進行跟蹤、統計,確保各參與方對圖紙出版情況及For Use情況的及時全面的掌握,避免信息傳遞滯后,信息不一致等問題的出現。實現設計、施工管理的信息共享,合理的安排設計和施工計劃。

基于現場施工需求,推行開口項管理模塊,通過借助互聯網,推行開口項協同管理,通過該模塊可以實現信息共享,各方共同維護開口項信息,確保開口項信息對稱。根據現場施工實際進展,掌握開口項實際關閉需求時間,以此對開口項開展分級管理,優先處理緊急開口項,保障現場實際施工需求。

(3)業務協作可視化

“華龍一號”設計中采用PDMS互聯網三維技術開展 “華龍一號”設計工作,PDMS是英國AVEVA公司開發的三維設計管理系統,該系統是以數據庫為核心、網絡為框架、項目管理為主線貫穿項目始終,集規劃、設計和管理應用于一體的全專業集成布置設計軟件,以管道詳細設計為核心。

通過建立標準模型元件庫,提前在PDMS系統中完成設備建模和管道建模,數據實時更新,并將三維模型 (見圖3)推向設計者桌面,提高設計者獲取信息的直觀性、準確性,設計工作流貫穿業務部門,過程透明化。解決了傳統基于二維設計,各專業之間相互獨立,集成性較差的問題,能夠及時看到其他各專業的相對位置及設計成果,能夠便捷、及時發現設計過程中存在的問題,避免設計錯誤,提高設計質量。相比以往采用的二維CAD軟件,采用PDMS的具有優勢。

圖3 “華龍一號”三維模型圖Fig.3 3D model of HPR1000

通過采用PDMS互聯網三維技術開展 “華龍一號”設計工作,形成 “多地聯動”工程設計模式,使得設計過程中數據保持了一致性,有利于多專業重復利用,設計更加準確。結合碰撞檢查和模型校驗,可減少 “華龍一號”設計過程出現的錯、漏、碰現象。各相關專業完成設計后,進行多專業綜合和綜合檢查,可及時反饋至相關專業進行修改,然后再次進行綜合檢查,直至沒有問題檢查出來為止。為各專業設計人員及各合作參與方之間展開了有效的溝通提供平臺,避免了各專業孤立設計。利于各設計參與方之間的接口交換,提高設計質量,為搭建 “華龍一號”三維協同平臺奠定基礎。

(4)設計數據集中化

“華龍一號”示范工程在設計和設計管理領域推行協同設計平臺 (見圖4)和施工管理信息系統 (IFS3.0);成品文件、過程文件、設備參數、管理數據 (計劃、接口等)等構成統一、關聯、準確的項目設計數據庫,集合圖冊、圖紙、For Use管理、文件傳遞單、設計修改通知單DEN、設計澄清單CR、核電廠構筑物系統和部件SSC、審計審查意見單、校審記錄文檔及編制校審會簽等流程信息,實現對信息進行采集、整理、儲存、傳輸、檢索、分析、處理和利用實現現代化管理,提高數據查詢、共享效率,同時滿足多維度數據利用。

圖4 設計數據集中化管理模式Fig.4 Centralized manage ment of design data

(5)風險管理平臺化

為規范 “華龍一號”示范工程項目建設期間工程重大問題的管理,強化對緊急、重要問題的管控,建立問題解決導向機制,實現項目重大風險和問題的高優先級及時解決,各參與方、各層級均已采用TOP10管理方法。設計管理領域通過及時識別設計風險及制約采購施工的設計問題,納入設計風險清單,并以此為 “抓手”,管控設計風險,重要問題提升為設計領域TOP10或項目TOP10,實行分層級的風險管控體系,見圖5。

圖5 風險管理流程Fig.5 Risk manage ment process

在風險管控實施過程中,借助互聯網平臺,將工程現場業主單位、總包方項目部與總包設計院、分包設計院和廠家、施工單位集成到一起,建立互聯網生態圈,實現信息篩選處理和交換共享。通過技術風險項目分級和信息完善,逐步建立起項目設計領域完整的風險模型,包括風險項目、風險評估、負責人員、制約因素和管控措施等,建立起跨部門、跨單位、跨領域的信息數據共享,打造協同工作平臺,集合碎片化的設計風險,形成技術風險管理的統一平臺,加快流轉效率,借助各方資源,提高風險管控的精準度和管理效率,有利于風險條目的影響預警、技術決策、跟蹤實施以及經驗反饋,實現風險控制的精細化及高效管控。

2 存在的問題及對策建議

“華龍一號”示范工程通過與互聯網相結合,借鑒新的應用及管理工具,形成一套適用于核電項目的設計及管理體系。自2015年5月7日“華龍一號”示范工程開工建設以來,設計管理通過與 “互聯網＋”的結合,采用TC、PDMS、施工管理系統、技術風險管理平臺等多種溝通協調機制,促使設計方案固化和設計文件按計劃完成率達98%以上,工程設計文件已完成80%。但在設計及設計管理實踐中,仍存在著系統開放程度不足,基礎數據更新滯后、未能覆蓋整個設計過程、三維模型現場使用不便等難題,都對“互聯網＋”的應用實施造成一定的制約。鑒于以上問題,有以下幾點思考建議:

1)“互聯網＋”成果應用向上下游延伸:現有設計及設計管理成果,目前部分仍局限在設計領域,以三維設計為例,PDMS應用于設計,保證了設計人員在設計工作相互檢查而又互不干擾地進行。但三維模型的應用應服務于項目整個生命周期,在核電站建設階段,運行階段,檢修改造階段,退役階段的人員培訓、系統運行、檢修、改造和退役等階段還將起到相應作用,對于進行系統改進和現場問題處理提供了直觀的模型參考,大大提高了效率。因此應廣泛拓展現有成果的應用范圍,向業主、設計單位到施工單位開放必要的權限,更好地服務于業主及承建單位做好設計管理、工程建設及運營管理。

2)基礎數據需進一步完善和規范: “互聯網＋”信息化管理可實現對信息進行采集、整理、儲存、傳輸、檢索、分析、處理和利用的現代化管理,但基礎是具備完善并定期更新的數據。現有設計管理體系已基本實現流程化,各單位實行分工負責更新完善基礎數據。仍應著力解決P6更新完善及時性;提資和開口項進展和關閉計劃準確及時更新;同時現場變更需及時反映到三維模型中,應協調及時將設計變更落實在三維模型中,確保三維模型與現場施工狀態的一致性,提高三維模型數據的有效性,確保設計人員對現場的掌握,為后續變更及相關圖紙出版提供有效的數據。

3)建立覆蓋項目設計及設計管理全過程的體系:核電工程設計信息化管理流程包括了從項目啟動開始到成品交付的全過程。現代核電工程設計信息化建設應以工程項目管理為主線,以工程數據庫為核心,建設信息高度共享、操作靈活、快捷高效,覆蓋核電工程設計的全過程。現有設計信息系統仍需基于互聯網開展進一步完善,通過互聯網技術將設計信息化管理模式延伸至業主和設計分包商,實現設計業務全面、深入的信息化管理。同時,建立一個以數據庫為支撐的數據交換平臺,集成業主方的設計輸入、需求及運行實踐,實現經驗反饋及重要技術問題的大數據管理,把專業設計數據、工程管理信息整合在數據平臺上,便于共享和使用。

4)提高 “互聯網＋”成果易用性:“華龍一號”示范工程作為三代核電,采多項新設計,現場土建結構,廠房布置等與以往項目差異較大,現有施工、運行維修人員急需盡快熟悉電廠結構;而可視化的、可供實時查詢核對的系統終端將極大地提高現場工作效率及工作質量。現有“互聯網＋”成果應在不違反保密原則的情況下,盡可能開發應用于設計、采購、施工等核電建設和調試運行維修領域的系統,開發可移動互聯,支持信息量大,操作簡單、信息更新快,使查看處理更加便捷,方便項目管理者對工程即時跟蹤,有利于問題的快速解決。

3 結束語

“華龍一號”示范工程,通過利用信息通訊技術以及互聯網工程設計及項目管理平臺,讓互聯網與設計管理進行深度融合,創造新的工程設計及管理生態,既充分發揮互聯網在設計及管理資源配置中的優化和集成作用,利用互聯網、大數據把孤島式的設計單位及施工創新鏈接起來;有效的提高設計生產效率和工作質量,確保 “華龍一號”示范工程工程設計有序開展。同時也看到現有應用中存在的不足,通過持續的改進和優化,更好的服務于設計管理。

福清核電作為三代核電技術 “華龍一號”的全球首堆示范工程,在信息化和數字化的研究和探索具有重大意義,對將來福清核電 “技術高地”的建設以及 “華龍一號”走出去的落地、國之重器的跨越式發展很有幫助,為數字化電廠的建設提供良好地基礎。互聯網＋在核電工程項目設計管理中的成功應用,也將為其在其他核電項目中的應用推廣提供了參考。