解析燃氣聯合循環電站建設國際EPC項目總承包商的設計管理

賀曉鋒

（中國水利水電第八工程局有限公司，長沙410004）

1 引言

燃氣聯合循環電站具有投資見效快、環境污染少、熱能源利用效率高、占地面積小等優勢，其工程建設市場前景廣闊。因建設項目的雇主和國別差異的存在，對項目建設的管理工作提出了更高的要求，以適應不斷變化的市場需求。如何做好燃氣聯合循環電站國際EPC建設項目的設計管理是擺在廣大建設者面前的一道重要任務。本文就馬來西亞康諾橋燃氣聯合循環電站項目和凱德隆燃氣聯合循環電站的建設，通過總結在EPC項目設計管理中的實踐經驗，指明一些燃氣聯合循環電站EPC建設設計管理工作中的關鍵共性。

2 設計管理工作的一般性要求

總承包的設計管理工作是EPC項目管理的龍頭，設計的優化與響應速度對工程建設的成敗起到了決定性的作用。通過在康諾橋項目和凱德隆項目的管理實踐與創新摸索，提煉出燃氣聯合循環電站總承包商在設計管理中應遵循以下基本管理要求。

2.1 設計管理工作的作業范圍與目標

在項目的策劃階段，應明確總承包商的設計管理范圍與工作目標。通過設立明確的工作任務目標，促使后續設計管理工作形成一個持續有效的系統工程。

2.2 設計管理組織架構

建立健全設計管理與服務的組織架構，防止因管理崗位或專業崗位缺失而造成設計瑕疵。在組織架構中明確主要管理與設計崗位的崗位職責及責任人的聯系方式，便于團隊間的聯絡與溝通。

2.3 設計文件的管理

設計方應提供一整套解讀項目設計文檔的中英文規范，方便項目建設的其他參與者理解、查詢和閱讀設計文檔。這一規范還應制定與雇主合同文件規定的文檔編碼方案之間的文件代碼轉換方案，方便雇主沿用自己的慣例查詢相關設計文檔，降低因國別或雇主的差異而造成對設計文檔系統理解的偏差。設計文檔的編碼系統應進行受控管理和信息標準化管理。燃氣聯合循環電站EPC建設工期一般約32個月。決定了各項設計工作不宜采用串行設計，而應采用協同效率更高的并行設計。各個設計專業沿著共同的時間軸進行并行設計，使用標準的信息交流術語與流程，能夠提高各個參與者進行信息交流效率和準確度。

設計文件管理者還應建立總承包項目的設計文檔總清單，明確各項設計參數文檔的編碼方案、各個專業的協同作業代碼、為每一個文件設置充足的屬性，為后續的設計進度控制與項目干系人使用提供便利。建立管理項目設計文檔的云存儲平臺與使用機制。

2.4 設計接口管理

設計接口管理應加強設計輸入與輸出的總清單管理。為了有效管理項目各個商業伙伴之間的輸入，應建立標準的數據接口與主數據交換清單，并確定各個伙伴所需的各項設計輸入及其最晚提交日期。進行清單化管理有利于信息交換進行系統的管理和監控，實時掌握設計輸入的實際完成進度情況；有利于保證設計輸入的準確性和時效性；有利于對各項設計輸入信息進行追溯管理。

3D模型的接口標準與管理。BIM設計目前已成為電廠設計的新常態。為了更快速地整合各項設計輸入和輸出，總承包商的設計管理應在主設計方的領導下，制定統一的數字化產品應用標準（包含軟件格式、版本、族庫定義、制圖規范以及保密協議等）；制定設備/管道布置的碰撞避讓規則；對3D模型的碰撞檢查安排專人定期進行，并列立清單進行消除跟蹤管理。3D模型的一個重要功能就是可以更早地發現設備或管道在布置后的碰撞現象，并借用虛擬現實的數字技術輔助，找到最佳的設計解決方案，而不是等到現場執行安裝階段才發現這類設計缺陷；建立并維護模型的云端服務器，方便項目相關設計參與者訪問與更新。

2.5 設計評審

為了減少設計錯誤，避免產生不合格品，需要對初步設計成果進行包含雇主參與的各方評審，并將這些評審記錄按照固定的格式進行記錄與追蹤，直至各方評審意見關閉。評審的基本流程是先內部、再顧主。這樣做的好處是可以有效降低設計風險，防止因設計考慮不周而產生性能不足、設計違約，進而導致額外的成本發生。設計評審的原則是確保設計概念是基于有效的原理且滿足EPC總承包合同明示或暗示的相關需求。設計評審完成后，應及時將評審結論反饋在相關設計修訂中，并正式通知相關方，促使各個設計參與者能夠有效協同。項目管理團隊應在每月的會議中更新設計評審的狀態，識別不足和確定改進的措施。

2.6 設計凍結

設計圖紙通過評審，并閉合全部評審建議后，進入設計凍結狀態。一旦設計凍結，該項設計原則上不再進行更改，該設計成果將被正式共享給各方（設計咨詢、采購、供應商、施工及雇主）引用與執行。若后續需要再更改應按照設計變更程序請求變更，并獲得EPC總承包方項目經理的許可，征得雇主同意后才能更改。通過引入設計凍結管理，可以有效防止設計產品的反復改動、其他相關方重復工作和增加風險，提高了各方協同的效率，加快設計輸出的速度。

2.7 設計質量管理

設計管理中對設計產品的質量評判標準只有通過與不通過之分。為了達到這一要求，需要對設計的輸入標準、設計輸出應滿足的條件和交付成果進行質量管理。質量管理小組應經常性地對設計文檔總清單和設計輸入清單進行內部審查，檢查在各項設計活動開展中向相關方傳遞的剩余制約因素是否清晰準確，能否滿足項目的順利進行。在質量審查過程中，應評估設計成果可能發生質量風險的范圍，提供必要的糾正流程，確保強制性條件能夠得到滿足。項目的設計每進行到一個關鍵節點前，應審查設計輸出是否可滿足該節點開始運作的基本需求，并檢查下一階段啟動的準備情況，防止發生風險。一般的工程關鍵節點依次有：項目前期啟動（初步設計）—施工圖設計—設備招標與采購—土建施工開始—安裝工作開始—調試工作開始—移交和竣工。

設計管理團隊應對以下設計活動的設計質量進行管理，并建立好流程與標準。

1）設計策劃：審查和驗證設計階段，定義系統概念。

2）設計輸入：明確合同的技術要求、性能標準以及適用的法律和法規要求，并評審這些輸入；提出各級設計接口清單，確保其對設計過程的充分有效。

3）設計輸出：提供詳細的系統設計、工藝流程圖、設備采購技術規范以及電廠布置、設備和建筑物施工建設的設計成果。

4）設計評審：應適時地開展設計評審活動，確保設計進度符合時間表，解決雇主的疑問或顧慮，管理和解決所有接口問題。

5）設計驗證：按照各自的內部過程和程序，并參考合同技術、法律法規的要求進行評審，量化具體指標，確保輸出滿足輸入要求。

6）設計確認：在系統/設備的制造和交付之前，應檢查設備的各項技術指標（含安全與報批）是否符合總承包合同要求、設備制造/系統安裝調試的質量控制性文件是否已準備（檢驗和試驗計劃）以及交付進度。

7）設計變更的控制：識別和記錄合同要求的所有設計變更，并在實施前獲得雇主對設計變更的批準。

2.8 電廠的安全設計

燃氣聯合循環電站，由于工藝復雜并且設備種類繁多，任何一個組件的失效都可能會帶來嚴重后果，所以，對電廠設計的系統安全性評估和采購部件的安全評估必不可少。這些評估應遵循IEC61511標準、HAZOP（Hazard Operability）評估方法和應用SIL（Safety Integrity Level）工具對功能安全的完整性進行管理。對于電廠功能安全設計，應交付下列成果：（1）電廠功能安全概念/總體文件；（2）工廠功能安全的危險識別；（3）電廠功能安全規范的SIL分配；（4）工廠功能安全的安全要求規范；（5）電廠功能安全的安全完整性評估，包含：功能安全手冊、功能安全檢驗與測試清單、功能安全評估報告。

3 國際EPC燃氣聯合循環電站設計管理的經驗與教訓

3.1 總承包方設計管理應重視對總承包合同的理解

總承包方的主設單位應具備提供國際設計服務的資質和具有為類似項目服務的成功履歷，能夠組織設計力量全面深入地了解項目的主合同條款中明示或暗示的各種技術需求。在康諾橋項目合同的技術要求中把欄桿的技術要求定義為鍍鋅，并規定了鍍鋅涂層的厚度；在合同的油漆規范中又把欄桿定義為黃色；在合同的操作維護平臺要求中又明確要遵守馬來西亞的政府對安全防護的要求（即臨邊洞口的欄桿應黃黑間色涂裝，防止發生意外）。設計師只是按照技術要求進行設計，圖紙評審過程中也忽略了這一點，最后導致在移交前進行緊急的合規性整改工作。這個典型的案例證明了雇主的要求存在于合同的任何角落，對合同要求的全面理解與掌握是設計成功的基礎。厚厚的英文合同文本需要在短時間內讀懂、讀透，形成設計輸入清單，對國內設計院是一個不小的挑戰。

3.2 模塊化設計與操作維護手冊

國內設計院對海外項目的子系統設計說明和操作維護手冊的設計整合存在短板。這是因為國內設計都習慣于按設計專業進行科室分工，開展專業設計工作，各個專業科室的內部業績考核簡單明晰。然而，燃氣聯合循環電廠的運作是按功能不同的各個子系統分步啟動、協調運行的。在西方理念長期影響下的雇主對設計成果的理解與運用，更傾向于在大方向上先了解電廠的功能模塊，再分專業了解系統的細部設計。為了滿足這一需求，設計整合工作不可或缺；從另一方面來講，這個整合工作就是模塊化設計管理。就康諾橋項目和凱德隆項目來看，我國在燃氣聯合循環電站的模塊化設計方面還有待科技創新。搭建好子系統的組成模塊后，對后續的同類設計有很大的裨益，因為燃氣聯合循環電站設計的同質化程度非常高，幾乎可以沿用先前設計，并可針對在工程實踐中發現的問題對設計模塊不斷地進行演進迭代，使其在同型設計中趨于完美、在異型設計中巧占先機，而立于市場的不敗之境。

燃氣聯合循環電站的系統模塊化設計除了一般由主機廠家完成的三大主機及其輔助系統外，還應對其他各個子系統進行系統性的描述形成系統說明文件。這樣做便于從根部分配系統資源，對系統的結構優化更加便捷，也有利于指導后續的操作維護手冊的編寫和電廠的性能安全評估。子系統模塊化設計后有利于項目建設的參與者和電廠的運行維護者快速、全面地熟悉項目，科學地建設和管理項目。系統詳細的設計說明是系統模塊設計的綱領性文件，可以講好設計故事，說服雇主認同總承包商的設計思路和方向，為設計優化策劃的獲批奠定基礎。一個典型的系統設計說明SDD（System Design Description）應包含的內容有：（1）系統目標（系統要實現的總體功能和子系統情況）；（2）設計準則（系統設計符合的設計規范、法律及EPC合同條款內容）；（3）系統描述。包括系統組成（詳細敘述系統的組成）；系統功能及實現功能的設計要求（含系統主要的設備與布置、系統管道和閥門、儀控）；與其他系統的接口（與其他系統接口的參考信息）；設計參數（系統的設計性能參數和主要設備的性能參數）；（4）系統運行模式（運行邏輯圖、正常啟動、運行與停機；異常運行和緊急操作）；（5）設備、閥門和管道設備清單（包含系統內各個具體設備及組件的設計輸入、輸出參數，型號、規格、材質和KKS編碼等信息的清單）；（6）儀表和控制設備清單（包含系統內各個具體儀控組件的設計輸入、輸出參數，型號、規格、材質和KKS編碼等信息的清單）；（7）參考文獻（設計標準文件、管道和儀表圖、供應商文件、設計文件索引）。

在對系統設備供貨商進行設計管理時，還應規范參與項目建設的各個設備或組件廠家的操作維護手冊。該手冊是電廠運行維護的基礎性文件之一，也是編寫電廠全廠的系統運行維護手冊的基礎。一個標準的供貨商運行維護手冊O&MM（Operation&Maintenance Manuals）應包含以下內容：（1）適用范圍；（2）術語、定義和縮寫；（3）操作和維護的基本要求；（4）環境、健康與安全方面的要求；（5）設備或系統的功能和設計；（6）操作（設備使用介質與環境的確認、操作的準備、操作程序、操作的指令、特殊操作、終止操作、操作保護、故障排除）；（7）運行維護（運行維護的說明、運行維護的準備工作及工具、運行維護的程序）；（8）停機檢修（檢修維護的說明、檢修維護的準備工作及工具、檢修維護的程序、故障的排除、拆解和回裝的程序、檢修后的性能測試）；（9）客服聯系方式。

全廠的系統運行與維護手冊是系統模塊化設計后的另一個重要成果，需要在執行過程中不斷地維護和更新。她是項目移交后，雇主能夠順利接管電廠、維持電廠安全、穩定運行的指導性文件。一個典型的電廠子系統操作維護手冊包含的內容有：（1）系統說明；（2）操作程序；（3）主要設備清單；（4）材料清單；（5）閥門清單；（6）系統內觸發警報及解除警報的條件清單；（7）管道儀表（P&ID）圖；（8）系統內各供貨商的操作維護手冊和廠家設備圖紙；（9）機務圖紙；（10）電氣接線圖及運行邏輯圖。

上述模塊化設計的成果若涉及設計方的知識產權和供貨商的知識產權，應在文件的醒目位置標示產權信息和授權范圍。

3.3 熱平衡圖在燃氣聯合循環電站性能保證設計中的重要作用

電廠的設計性能指標應滿足在所有合同規定和預期的運行條件下，保證安全、有效和可靠地運行，實現最少的人工干預、最少的定期檢修、時間最短的維護性停機，并滿足雇主合同規定的性能保證值。

在這一設計進程中應充分利于熱平衡圖，優化熱平衡參數，提高機組效率。通過建立熱平衡計算模型，優化熱平衡參數，制訂有針對性的燃氣輪機排氣參數、機組冷端參數、蒸汽系統參數的熱平衡優化方案，從而降低熱耗值，提高聯合循環機組效率；優化全廠布局，盡量采用緊促布置，合理布置機組子系統與管道，使機組進、排氣順暢，減少效能損失，提高熱能利用率；規范各個子系統的能耗指標，利用節能技術優化廠用消耗，削減不必要的廠用能源消耗，提高機組的出力保證值。在這個熱平衡模擬中還應特別注意在機組最低與最高兩種負荷狀態下的熱耗值考核。因為燃氣聯合循環電廠的快速響應能力，很多時候都被用來實現電網的調峰運行。在高/低負荷狀態運行的經濟指標對雇主的長期利益有著密切關系。另外，性能保證值建模時還應充分考慮氣候的影響，如溫度和相對濕度、降雨、雷暴、降雪、蒸發量和風等。實際運行經驗表明，在相對環境溫度低、蒸發量小時，機組的整體出力值偏優。

3.4 項目屬地設計咨詢在項目合規設計中的作用

在國際項目建設的實踐中，項目屬地的專業設計咨詢因其對屬地標準與要求的掌握熟練，能夠協助總承包商快速完成設計方案和成果的合規審查與轉化，提供屬地報批服務，而成為國際項目建設屬地政府報批作業執行路線中的不二之選。屬地設計咨詢的管理工作應當以結果為導向，確保項目在建設中和建成后的各項屬地政府要求得到滿足，建成后能夠按期取得屬地政府的相關批文與證書。

在這項設計管理中先要理清：項目需要的進行屬地咨詢服務項目與內容；各個屬地咨詢機構的執業咨詢范圍證書；查證屬地設計咨詢證書的政府備案情況。其次，對于每一項咨詢業務應理清：獲得屬地政府批文的報批條件清單；屬地設計咨詢應明確報批條件清單的達標條件及樣表；建立報批清單的任務分工表并明確責任方；按照報批條件清單逐項簽署、歸檔，直至取得屬地政府證書；為屬地設計咨詢提供必要的雇主合同要求參考；明確需要保密的協議條款；在屬地設計咨詢服務合同中明確前述各項責任和義務。

3.5 設計評審管理與策劃設計優化

總承包商的設計評審應制定明確的經濟杠桿并結合設計方的內部質量管理機制，強化主設方的內部設計評審功能和加快內部評審程序。總包管理團隊應設置專人審計與協調設計評審工作。主設計方應在項目現場設立常駐機構并任命代表組織設計評審，負責現場和后方的設計聯絡與協調工作，并在合適的時機派駐專業助手支持設計代表的工作。設計代表除了具有較好的綜合專業素質外，更需要具有優秀的協調和屬地語言溝通能力，具體的評審要求按前述的指導原則進行。

設計的優化工作應在招投標階段就進行設計優化點的預研策劃，并在中標后進行積極溝通，將相關溝通的積極結果體現在系統設計說明中，盡可能早地取得業主的書面認可，減少設計工作的反復。設計優化的策劃應基于2個目標進行：（1）通過優化的設計方案，在實現與原概念相同功能的同時，能為總承包商降低工程建設難度、節約建設工期或者為雇主帶來可以預期的額外收益；（2）通過優化的設計方案實現更佳的機組性能或更低的運維成本，實現對項目不可預見的各方利益最大化的合理使用。設計圖凍結后不宜再進行設計優化或變更，防止因變更的子項進度延緩而引發不良地連鎖反饋。

3.6 設計與設備采購

設備采購費用占比大，歷來是總承包商進行項目經濟策劃的重中之重。成熟的EPC管理模式下，總承包商和總承包主設計方往往在合作中建立了長期的戰略聯盟或是同屬一家，這樣有利于平衡雙方利益、快速鎖定目標設備選型和配置方案。設備采購的最佳設計管理實踐就是在正式發起采購招標邀請前，對設備采購招標的技術參數進行規范，建立規范的采購合同技術規范書范本，對各個具體設備的招標技術要求執行標準化清單模塊，包含但不限于對產品應符合的標準、性能參數范圍、功耗參數范圍、防護等級、防腐要求、材質要求、介質要求、溫度與壓力要求、安全等級、認證資料要求、接口標準、廠供調試期備品備件與主合同需求的備品備件清單、質保要求、出廠完工報告EOMR、操作維護手冊O&MM等方面的內容進行規范。在通過對設備招標規范書清單模塊標準化后，有利于設計輸入和設備輸出參數間的標準化校核與歸集，減少失誤，提高并行設計效率；有利于工廠監造的質量控制管理。

3.7 常見設計缺陷問題

常見設計缺陷問題包括：

1）重視技術但不熟悉合同與屬地規范。缺少對EPC合同、國際標準的全面理解和把握；以國內的思維定式對外報批技術文件；外語的溝通與表達能力不足，引發雇主方對總承包設計文件理解困難。

2）設計接口的參數化標準不夠精細。設備供貨商廠商的接口沒有進行清單化管理，存在漏項；設備性能參數滿足要求而功耗參數超標；功能滿足要求防護等級不達標；功能滿足要求安全性能不達標；設備主體滿足要求附件不達標；管道接口不考慮壁厚的影響；不同系統管道選用標準不一，造成接口處材質、管徑、壁厚等存在差異。

3）與主機廠家的設計對標問題。未對廠家提出明確的接口清單，被動設計；對廠家圖審圖不仔細，接口設計漏項；對廠家合同不熟悉，對廠家設計與供貨范圍不復核，按國內規范的思維定式重復設計或設計漏項。

4）系統模塊化設計經驗不足。對燃氣聯合循環電站的系統模塊化設計認識不足，缺少對系統的概念固化設計；對燃氣電站的熱平衡研究不足，系統功耗分配理論與實踐有待提高；對KKS編碼不重視，特別是排氣、疏水、儀控表計的一次、二次門習慣性漏編，對供貨商提供的設備模塊設計詳圖的儀控表計與閥門缺少KKS編碼；對子系統模塊的設計本質安全缺少系統型評估；各個子系統或專業間的并行設計經驗有待提高。

5）施工圖設計深度不足。因為國標規范與英標和美標規范的理念差別導致施工圖深度設計不足，對小管缺少軸側布置圖，蒸汽與化工管道在工廠未定制儀控安裝的接管座。穿墻洞口處缺少封閉設計。電纜槽盒的冗余設置不滿足主合同要求或者在轉角、進戶處過度集中、布置不合理。動力電纜與信號電纜間缺少必要的屏蔽或布置不合理。對BIM技術開發與運用尚在起步階段，對碰撞的研判水平有待提高。

6）人性化設計存在不足。跨專業或系統圖紙間的相互參考引用標注不充分，圖紙易讀性差；在緊湊布置設計的同時沒有兼顧操作與維護的便捷性，應當優先可操作、易維護設計；通道平臺詳設滯后于閥門與儀控表計的安裝工作，造成檢修維護不便；垂直爬梯口缺少安全門；轉動設備檢修工位叉車不能到達，備件轉運困難；事故按鈕的位置到達與撤退不便捷；建筑物進戶處缺少挑檐擋雨；廠區雨水收集與排放模型沒有與項目屬地降雨模型匹配，暴雨天容易積水；廠區功能分區與景觀設計水平有待提高。

4 結語

在燃氣聯合循環電站建設EPC總承包管理的多方競技中，決定成敗的往往是總承包設計環節的較量。誰能夠更早地實現并行設計誰將贏得先機，誰能更準確地把握合同條規與雇主需求誰將贏得后手。EPC總承包設計管理的目標就是在總承包合同條款下，提供雇主基本滿意的合格產品，實現項目利益的最大化。精細入微，大道至簡方能凝練出優秀的設計成果，設計管理工作是時候從幕后走向臺前了。