烏東德水電站工程建設(shè)科學(xué)管理的創(chuàng)新實踐

楊宗立，孟友瑞，姜 橋，唐小越，宛良朋

(中國三峽建設(shè)管理有限公司，四川 成都 610041)

近年來，隨著西部大開發(fā)、西電東送等國家戰(zhàn)略工程深入開展，水電投資建設(shè)持續(xù)發(fā)力，一批巨型水電站完建或開工。大型水利水電工程，有巨大的綜合效益，與其他土木工程相比，同時也是一類更為復(fù)雜的工程系統(tǒng)，建設(shè)環(huán)境更復(fù)雜、影響涉及更廣、涉及專業(yè)更多、管理更復(fù)雜、周期更長等等。因而，大型水利水電工程的建設(shè)本身就是一個典型的復(fù)雜系統(tǒng)工程，運用復(fù)雜科學(xué)管理的系統(tǒng)思維模式進行工程建設(shè)管理顯得非常必要和適宜；在工程建設(shè)后期，有必要系統(tǒng)認識和總結(jié)復(fù)雜科學(xué)管理的系統(tǒng)思維模式在本工程中的運用效果，可進一步改進、完善、優(yōu)化復(fù)雜科學(xué)管理的系統(tǒng)思維模式，更好地進行推廣。

2020年6月29日，金沙江烏東德水電站首批機組順利投產(chǎn)發(fā)電之際，習(xí)近平總書記作出重要指示，強調(diào)堅持新發(fā)展理念，勇攀科技新高峰，意味著烏東德水電站工程建設(shè)過程中，科技創(chuàng)新、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)等取得重大成就。本文從烏東德水電站工程建設(shè)管理者角度，通過回顧工程建設(shè)中的幾個大膽創(chuàng)新的案例，闡述復(fù)雜科學(xué)管理思想的應(yīng)用及其重要指導(dǎo)作用，可為復(fù)雜工程系統(tǒng)管理理論發(fā)展提供典型案例，亦可為類似工程管理、決策提供參考借鑒。

1 工程概況

烏東德水電站是金沙江下游河段界河水電站，上有觀音巖水電站，下有白鶴灘、溪洛渡、向家壩等水電站，其電站建設(shè)對我國水資源高效利用起到積極作用，同時是西電東送的國家重大工程，在防洪、促進地方經(jīng)濟社會發(fā)展等方面的貢獻，在建設(shè)期間得到了充分體現(xiàn)。樞紐工程主體建筑物由300 m級混凝土雙曲高拱壩、岸邊泄水洞+壩身中表孔泄洪建筑物、全地下式引水發(fā)電建筑物等組成。其中大壩壩頂高程988 m，最大壩高270 m；電站廠房布置于左右兩岸山體中，各安裝6臺發(fā)電機組。單機容量850 MW，總裝機容量10 200 MW(裝機規(guī)模為國內(nèi)第四，世界第七)[1]。

烏東德水電站是一個典型的復(fù)雜工程系統(tǒng)，工程規(guī)模巨大，地質(zhì)條件復(fù)雜、施工條件有限，涉及的影響要素繁多，需多專業(yè)配合協(xié)同。對于這樣復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)用常規(guī)的工程管理思維，難免存在不足，一是存在各個專業(yè)各自為政，僅以目標(biāo)為導(dǎo)向，而目標(biāo)往往是“小目標(biāo)、階段目標(biāo)”，存在不系統(tǒng)、不全局、不長遠問題；二是局限于正向思維，局限于行業(yè)既有范式，這樣就容易迷信范式，缺乏創(chuàng)新進取，甚至犯經(jīng)驗主義錯誤。

2 復(fù)雜科學(xué)管理簡介

復(fù)雜科學(xué)被譽為“21世紀(jì)的科學(xué)”，是將復(fù)雜科學(xué)的思想引入管理科學(xué)中，形成一定的思維模式和分析問題的方法，達到解決復(fù)雜問題的目的。是當(dāng)前最前沿的管理科學(xué)研究方向之一[2-4]。

復(fù)雜科學(xué)管理思維模式是系統(tǒng)思維，而系統(tǒng)思維是基于整體觀論、新資源觀論、整合論、有序-無序論等基本理論，將科學(xué)與藝術(shù)、邏輯思維與形象思維、整體與個體進行有機融合，形成的一種管理的新思維。

3 復(fù)雜科學(xué)管理在烏東德水電站中的應(yīng)用

3.1 復(fù)雜科學(xué)管理應(yīng)用目的

大型水利水電工程建設(shè)系統(tǒng)涉及到環(huán)境系統(tǒng)，工程技術(shù)系統(tǒng)等等，在建設(shè)管理、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與決策上，需打破常規(guī)，以科學(xué)管理為引導(dǎo)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)設(shè)計、施工方方面面，化被動為主動，促進工程科學(xué)有序建設(shè)。

3.2 復(fù)雜科學(xué)管理應(yīng)用思路

復(fù)雜科學(xué)管理中提出的系統(tǒng)模型是描述大型復(fù)雜決策問題定性定量影響及風(fēng)險概率與應(yīng)對能力相平衡的概念模型，尤其適合解決大型復(fù)雜系統(tǒng)和復(fù)雜決策問題。

大型水電站工程建設(shè)管理必須站在整體的高度上，進行全系統(tǒng)、全生命周期的管理，實現(xiàn)整體最優(yōu)；而非考慮單個小系統(tǒng)的最優(yōu)，忽視相關(guān)系統(tǒng)間的聯(lián)系，如降低相關(guān)系統(tǒng)的功能標(biāo)準(zhǔn)或付出更大代價抵消單個小系統(tǒng)對相關(guān)系統(tǒng)的影響等。

由于工程復(fù)雜性，許多問題尚無經(jīng)驗可循，亦或有限經(jīng)驗不能盲目照搬，這就需要回顧工程建設(shè)中形成好的經(jīng)驗、不好的教訓(xùn)等，力求在“無序”中去摸索出“有序”的管理和決策方法。如通過復(fù)雜科學(xué)管理系統(tǒng)思維的思維模式，在管理環(huán)節(jié)中找出各分部分項工程工作重點，然后建立工程項目管理系統(tǒng)模型進行針對性的分析決策，其中建模方法主要有指標(biāo)因素法、分割綜合法等[5]。

指標(biāo)因素法是以目標(biāo)為導(dǎo)向，用逆向思維建立反映各種決策因素的理論模型，自上而下，確定影響因素和影響程度度量指標(biāo)，如圖1所示。利用定性判斷與定量計算相結(jié)合分析策略對目標(biāo)進行分析決策。

圖1 指標(biāo)因素法原理

分割綜合法是以問題為導(dǎo)向，用自然思維建立反映各種決策因素的理論模型，首先對研究對象進行充分定性分析，將存在問題描述為決策過程；然后依據(jù)決策過程，將問題進行分解，形成若干級別的子問題；將各子問題進行逐項解答合成為原問題解答，在求解的過程做到局部分析與整體優(yōu)化，如圖2所示。

圖2 分割綜合法原理

針對工程施工中的不確定性問題，如風(fēng)險分析及決策問題，可綜合分析災(zāi)害發(fā)生概率及致災(zāi)概率、易損性等因素，用實時動態(tài)控制方法進行求解。

下面以幾個典型案例，介紹復(fù)雜科學(xué)管理思想在烏東德工程建設(shè)管理與技術(shù)決策中的應(yīng)用。

3.3 復(fù)雜科學(xué)管理思想應(yīng)用典型案例

3.3.1 3號、4號導(dǎo)流洞封堵閘門的系列改進

據(jù)可研設(shè)計方案，烏東德水電站導(dǎo)流工程布置為左岸布置1號、2號導(dǎo)流洞，右岸布置3號～5號導(dǎo)流洞，如圖3所示。2011年9月，左右岸導(dǎo)流洞土建及設(shè)備安裝招標(biāo)及合同簽訂完成；2012年7月完成金屬結(jié)構(gòu)及啟閉機招標(biāo)，但不含1號～4號號的進水孔封堵閘門及啟閉機設(shè)備，主要是基于復(fù)雜科學(xué)管理思維，可進一步優(yōu)化分析封堵閘門的啟閉方式，如：利用液壓千斤頂進行閘門啟閉，以減少成本，同時推遲安裝時間，封堵閘門及啟閉機在導(dǎo)流洞下閘前完成，可節(jié)省資金成本，減少維護。

圖3 烏東德水電站樞紐布置圖

烏東德導(dǎo)流洞封堵閘門是按高水頭設(shè)計，擋水水頭108.88 m，即擋水水位為920.88 m，閘門底坎高程812 m，并要求在導(dǎo)流洞過流時封堵閘門安裝到位，兼做導(dǎo)流洞運行過程中的檢修閘門。很多工程采取了這種常見方案。

通過復(fù)雜科學(xué)管理思想建立的項目管理模型深入分析，存在以下方面需考慮的因素：

因素1：提前購閘門和常規(guī)下閘封堵方案，不僅投資較大，還有下閘風(fēng)險大、運行管理難度高的缺點。

因素2：方案基于一定設(shè)想，與工程實際契合不高，例如，通過復(fù)雜科學(xué)管理思想項目系統(tǒng)管理模型推演發(fā)現(xiàn)，設(shè)計中雖涉及了檢修功能，但實際實施并不方便，因為上下游閘門都是靠門槽的低水位側(cè)止水，已把導(dǎo)流洞封死，施工的人機料無法或不便進人。

因素3：由于尾水塔從頂?shù)降装甯卟钸_50 m，且尾水塔厚度不夠，在尾水塔設(shè)計預(yù)留孔，用來進人機料的方案也不可行，還需另想辦法，這也是我們不斷創(chuàng)新的源泉。

基于復(fù)雜科學(xué)管理思想，通過推遲安裝永久封堵閘門，推遲時間為5年，為了不影響導(dǎo)流洞檢修，增加了兩套低水頭的臨時檢修閘門，在枯水期低水位動水啟閉，最大啟閉水位為821.68 m，相應(yīng)水頭為9.68 m，檢修期最大擋水位為833 m，相應(yīng)水頭為21 m，由汽車吊進行下閘及啟門。這一“遲”、一“增”，為我們系列創(chuàng)新帶來了意想不到的好處。主要可實現(xiàn)以下目標(biāo)：

目標(biāo)1：更好地適應(yīng)工程實際

1)可適應(yīng)導(dǎo)流布置的調(diào)整。根據(jù)可研規(guī)劃，導(dǎo)流洞“左2右3”的布置方案，其中5號導(dǎo)流洞規(guī)模小、布置高，即“四大一小”、“四低一高”。但閘門擋水水頭高，其中5號導(dǎo)流洞平板閘門動水下閘水頭達57 m，下閘安全風(fēng)險高，閘門調(diào)整存在現(xiàn)實需要。而5號導(dǎo)流洞閘門及啟閉機為何又提前采購及安裝到位呢？主要是5號導(dǎo)流洞有三個功能，一是將導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)從30年一遇提高到50年一遇；二是由于采用高位布置并作為下閘蓄水的過渡，可取消在大壩上設(shè)置導(dǎo)流底孔，方便大壩的施工，改善大壩的受力狀況；三是通過5號導(dǎo)流洞，實現(xiàn)下閘蓄水不斷流，這也是一個非常重要的環(huán)保措施。

2)適應(yīng)導(dǎo)流洞封堵方式的改變。右岸導(dǎo)流洞開挖揭露圍巖類別與招標(biāo)階段相比，存在一定變化。右岸3號、4號導(dǎo)流洞進口為錯開布置，進洞點順軸線方向相差70 m，4號導(dǎo)流洞此段存在偏壓，開挖后3號、4號導(dǎo)流洞間巖墻厚度只有13.77 m，支護襯砌后也只有21.5 m，且該段圍巖為Ⅳ、Ⅴ類，存在高水頭下被擊穿的風(fēng)險，需調(diào)整下閘及導(dǎo)流洞封堵程序，由于封堵閘門推遲制作、安裝，為調(diào)整提供了可能。

調(diào)整方案為：在低水頭下，先下3號、4號導(dǎo)流洞閘門，在閘門保護的情況下，先施工永久堵頭第一段，完成后代替高水頭閘門擋水，再下其他導(dǎo)流洞閘門，進行堵頭施工，將可研的一個枯水期同批順次下閘封堵改為兩批順次下閘封堵。這種調(diào)整，3號、4號閘門的設(shè)計水頭由108.88 m降低到33.11 m，擋水水頭顯著降低，4號導(dǎo)流洞的偏壓結(jié)構(gòu)安全性得到明顯改善，閘門的重量和啟閉機的啟閉力均可大大減少，如果封堵閘門、啟閉機提前到位，就會造成大大的浪費。

目標(biāo)2：方便檢修

增設(shè)專門檢修門，在所有水電工程中公開資料中未曾有過，不清楚來龍去脈，也是很難理解的。但對于烏東德來說，增設(shè)檢修門發(fā)揮了巨大作用，為導(dǎo)流洞全面檢修提供了可靠條件及保障。在檢修門設(shè)計時，為克服抽水及進人、材料的困難，采取了閘門高水頭側(cè)止水加低水頭側(cè)支撐定輪方案，在2.5 m的門槽內(nèi)，扣出閘門厚度1.4 m后，留出1.1 m的空間，可滿足施工所需的各種需求，大大簡化檢修難度、縮短檢修時間，極大地方便了檢修。水電工程對導(dǎo)流洞洞身進行檢修，一般都能做到，但類似烏東德的創(chuàng)新檢修閘門設(shè)計，對門槽及門槽止水埋件進行檢修，在業(yè)內(nèi)尚屬首例，保證了下閘及止水優(yōu)良效果。

目標(biāo)3：增加工程實施的可靠度

通過全面系統(tǒng)分析設(shè)計、施工、風(fēng)險、工期、經(jīng)濟性等因子，不斷對已有方案進行針對性優(yōu)化創(chuàng)新。由于封堵閘門是低水頭側(cè)止水，導(dǎo)流洞抽水只能在下游閘門進行，3號、4號導(dǎo)流洞下閘抽水條件就非?？量蹋瑢?dǎo)致堵頭施工工期緊張。經(jīng)過一系列方案比選，利用現(xiàn)有檢修門加新制作承擔(dān)底部較高水頭的4節(jié)檢修門，每扇閘門的增加重量120 t，一是解決了臨時檢修門利用，避免了浪費，二是解決了下閘時間的機動性，三是優(yōu)化了導(dǎo)流洞內(nèi)抽水條件，先上游抽水，再下游抽水，為堵頭施工搶出了20 d時間，增加了工程實施可靠度。

目標(biāo)4：節(jié)省工程投資

經(jīng)分析，一系列創(chuàng)新設(shè)計在降低施工難度、節(jié)約工期、節(jié)省投資、安全可靠方面發(fā)揮了巨大效益，主要體現(xiàn)在：時間差帶來的利息減少、節(jié)省工程量產(chǎn)生的費用、不同時間采購節(jié)省的價差、廢舊設(shè)備再利用減少的費用四個方面，經(jīng)計算，合計減少投資總費用為76 899.2萬元。

3.3.2 閘門槽非工作段導(dǎo)軌的創(chuàng)新思考

水利水電工程離不開閘門如圖4所示，有閘門就必須有閘門槽，按性質(zhì)劃分，閘門槽分為工作段與非工作段，工作段與閘門相對應(yīng)，要承受水荷載，而非工作段只是閘門的通道，僅起導(dǎo)向作用。兩者性質(zhì)雖完全不同，但設(shè)計要求一致，即保證埋設(shè)的門槽埋件安裝精度。按慣例，一般采用二期施工方式確保精度，而為了這點埋件及二期施工，需要搭設(shè)高腳手架，埋件吊裝、混凝土入倉、工人進出等極不方便，也帶來較高安全風(fēng)險；且由于上述不便，也容易發(fā)生質(zhì)量問題，常見的如二期不密實、跑偏等。對上述問題，部分工程也進行了反思改進，將二期混凝土施工改為一期，采用門槽臺車作為門槽埋件的定位及混凝土的模板，保證工程的進度、保障工程施工本質(zhì)安全，確保埋件及門槽的精度。但由于成本增加較多，使用的普遍程度不高。

圖4 門槽剖面圖

上述方案是以目標(biāo)為導(dǎo)向?qū)で笃平?，我們以?fù)雜科學(xué)管理的問題導(dǎo)向和目標(biāo)導(dǎo)向相結(jié)合，對各個因素和子問題綜合分析尋求破解。從根源上，取消非工作段的導(dǎo)軌埋件，也就不存在二期，從而一切原有問題迎刃而解。但是可能會產(chǎn)生新的問題，如非工作段門槽的尺寸問題(一期混凝土跑模)；非工作段與工作段導(dǎo)軌的銜接問題；啟閉抓梁能不能水下對準(zhǔn)問題。針對上述新生子問題進行逐項解答，再進行整體方案設(shè)計。具體方案為：非工作段門槽尺寸放大，每邊放寬2 cm，以應(yīng)對模板跑偏問題，此段閘門、抓梁均為自有垂直升降。非工作段與工作段導(dǎo)軌的銜接問題，增設(shè)一個漸變段，其高度與放寬的尺寸相對應(yīng)，按4‰設(shè)置，漸變段高度一般在5～6 m左右，這樣工作段加漸變段高度大約在20 m以內(nèi)，采用二期方式施工等都可行，不會成為制約因素。另外，在閘門、抓梁的底部，適當(dāng)進行收口，方便進入漸變段并歸入工作段。

通過一減一增的調(diào)整，大大簡化施工程序，方便施工，增強安全度及工程質(zhì)量，也節(jié)約工程投資，主要是減少埋件制作、安裝的費用，減少二期混凝土的費用。從中可以看出，一是要解放思想，二是要有一套系統(tǒng)全面的工程管理體系模型，以該體系模型為基礎(chǔ)，以目標(biāo)和問題為導(dǎo)向，便于從全局角度系統(tǒng)分析，比選最優(yōu)方案，這正是復(fù)雜科學(xué)管理的系統(tǒng)思維模式及其理論解決復(fù)雜工程系統(tǒng)問題的適宜之處。

4 結(jié) 語

1)烏東德水電站作為典型復(fù)雜工程系統(tǒng)，在工程創(chuàng)新和管理決策中，以復(fù)雜科學(xué)管理思想為指導(dǎo)，強調(diào)全面、系統(tǒng)、長線思維，強調(diào)問題導(dǎo)向和目標(biāo)導(dǎo)向相結(jié)合，正向思維和逆向思維向結(jié)合，指導(dǎo)工程管理實踐，取得了良好效果，可為類似工程提供借鑒參考。

2)截止到2020年，三峽集團公司建設(shè)開發(fā)水電站9座，總裝機容量75 000余MW，已形成持續(xù)發(fā)展的良性格局。作為清潔能源水電開發(fā)行業(yè)龍頭企業(yè)，積極應(yīng)用現(xiàn)代管理學(xué)中新的思想、理論和方法，對促進行業(yè)健康有序發(fā)展具有重要意義。

本文以烏東德水電站兩個創(chuàng)新決策案例，介紹了復(fù)雜科學(xué)管理思想的重要指導(dǎo)作用，同時，案例本身也具有較強的復(fù)制性，可在同類工程中進行廣泛推廣，實現(xiàn)工程技術(shù)經(jīng)濟最省，功能最優(yōu)。