某大科學工程低溫系統交叉施工風險評估和管控措施

葛雨珩 鐘志剛 田富竟 洪興福 張勝

(中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所，四川 綿陽 621000)

0 引言

大科學工程是指為了進行基礎性和前沿性科學研究，大規模集中人力、物力、財力等各種資源建造的大型研究設施，或者多學科、多機構協作的大型科學研究項目[1]。大科學工程既是許多學科領域開展創新研究不可缺少的技術支撐，也是科學技術高度發展的綜合體現和彰顯國家科技實力的重要標志[2]。

大科學工程是由多個系統組成的結構復雜的系統工程。某大型低溫試驗裝置屬于典型的大科學工程項目，其中，低溫系統是該低溫試驗裝置的關鍵系統之一，決定著整個低溫試驗裝置能否成功運行。低溫系統涉及多個專業學科，集設計研發、生產制造、現場施工、運行調試于一體，需要眾多不同行業、不同領域的承制單位共同建設。在低溫系統現場施工階段，由于施工單位眾多、現場條件有限，普遍存在交叉施工，導致項目質量和進度面臨較大風險。本文通過分析低溫系統現場施工階段交叉施工風險因素，基于項目管理全過程視角，提出相應的風險管控措施，以確保該系統建設質量和進度目標的實現。

1 項目概況

1.1 項目結構

某大型低溫試驗裝置包括動力系統、鋼結構工程、設備進出系統、低溫系統、控制系統以及土建工程等9個大系統，細分為55個分系統、188個子系統[3]。某大科學工程項目結構示意圖如圖1所示。低溫系統是該大科學工程的關鍵組成部分之一，其系統結構如圖2所示。

圖1 某大科學工程項目結構示意圖

圖2 低溫系統結構圖

1.2 項目特點

(1)接口界面多且復雜。低溫系統是整個低溫試驗裝置運行的保障系統，為設備運行提供液氮、氮氣、冷卻水、天然氣并排放氮氣，與其他系統接口界面眾多且十分復雜。

(2)涉及多領域、多學科。低溫系統在深冷環境下運行，對水含量的要求和低溫流體的流量控制精度要求極高，涉及流體力學、熱力學、材料學等專業學科，以及空分、流體控制、鋼結構等工業領域。

(3)標段/承制單位多。低溫系統具有技術指標要求高、研制難度大、涉及專業面廣的特點，需要不同行業的科研機構和企業集智攻關，并根據學科特點和工程類型劃分標段，分別由承制單位進行建設。

(4)交叉作業多。低溫系統在現場施工安裝和調試階段與其他系統存在頻繁的交叉作業，一個系統的階段成果往往是另一個系統的前置條件。

1.3 標段劃分

結合該低溫系統項目特點，以技術實現為目標牽引，綜合考慮協調管理和責任劃分，將該系統劃分為6個標段，包括液氮生產系統研制項目、液氮和氮氣供給系統研制項目、排氣和清洗系統建設工程項目、內絕熱系統研制項目、冷卻水供應系統研制項目[4]，分別由6家承制單位進行總承包。

1.4 施工現場條件

該低溫試驗裝置項目工程建設內容龐雜，前期系統研制周期和后期系統調試周期較長，項目初步設計批復建設周期為4年，現場集中施工安裝周期不到1年。

低溫系統項目建設現場由包括某大科學工程在內的數座大型設備同時開展施工作業，施工單位多達數十家，高峰期有14家施工單位、上千名施工人員同時施工。同時，施工現場周圍建筑物密集，可用作材料設備預制和現場施工安裝的場地十分有限。各施工單位的設備安裝場地、臨時設施場地擁擠，各施工作業面相互交叉、重疊的現象非常普遍。

2 低溫系統交叉施工風險因素分析

低溫系統現場施工階段存在施工作業面交叉、建設進度交叉、系統間接口界面多、現場施工組織管理難度大等風險因素。下面從低溫系統與其他系統的交叉、低溫系統內部的交叉兩個角度對該系統交叉施工風險因素進行分析。

2.1 低溫系統與其他系統的交叉施工風險因素

低溫系統主要與土建工程、鋼結構工程、動力系統等產生交叉，包括施工作業面交叉、建設進度交叉、系統間接口界面交叉、現場施工組織管理4個風險因素。

2.1.1 施工作業面交叉

排氣和清洗系統的設備安裝場地與鋼結構工程部段安裝臨時設施場地、土建工程施工場地交叉。鋼結構工程單個部段重達幾十噸甚至上百噸，需要用重型龍門吊吊裝上位。因此，在施工階段前期，需要將排氣和清洗系統設備安裝場地作為鋼結構工程施工單位的臨時安裝場地。鋼結構部段全部完成上位安裝后臨時設施撤場，建筑工程施工單位完成廠房和設備基礎施工是排氣和清洗系統設備進場安裝的前置條件。

內絕熱系統的主要建設內容是在鋼結構部段的內壁安裝絕熱層和防護層，使鋼結構回路具備絕熱功能和氣動型面。鋼結構部段進行焊接施工時焊縫周圍產生高溫，且部段內壁安裝有照明和監控攝像頭線路。因此，施工單位應優化安裝工藝，否則會對內絕熱層安裝質量和材料性能造成影響。

2.1.2 建設進度交叉

排氣系統廠房內最重的單體設備為消聲器，重達42t。土建工程施工單位完成排氣廠房主體施工后移交給排氣系統，消聲器需使用廠房內的50t行車進行吊裝。50t行車完成安裝調試是排氣系統設備進行吊裝施工的前置條件，而行車外委廠家按合同約定須先保障其他系統的行車制造，因此排氣系統的設備吊裝施工面臨進度風險。

通常，液氮和氮氣供給系統的部分管路和設備存儲在廠房內。鋼結構工程所有部段完成上位安裝、土建工程完成設備基礎、液氮管溝及廠房施工完成是液氮和氮氣供給系統管路和設備進場安裝的前置條件，因此該系統的現場施工面臨進度風險。

燃氣輸送系統的管道沿施工現場內部的道路敷設，途經部分臨時承重道路以及鋼結構工程安裝臨時設施場地，涉及道路、水溝、電纜管溝的穿插跨越，因此必須協調沿途各單位的施工進度，擇機施工。

2.1.3 系統間接口界面交叉

低溫系統與其他系統存在供液氮、供氮氣、供冷卻水、排氮氣等不同類型的接口。對于每個接口界面，必須明確接口連接形式、尺寸口徑、接口標準、工程內容責任方以及施工進度計劃等，并考慮設計迭代因素的影響，協調工作量巨大。

低溫系統的土建基礎條件由土建工程負責保障實施。低溫系統工程內容復雜，且相當一部分設備需要承制單位進行設計研發，造成該系統的土建基礎條件需要經歷多輪迭代才能最終確定。因此，土建設計單位出圖過程中難免出現差錯或遺漏，現場施工階段面臨返工、進度延誤等風險。

2.1.4 現場施工組織管理

低溫系統現場施工場地緊張，各施工單位的設備安裝場地、臨設場地十分擁擠，大型設備的運輸以及各種施工車輛進出場地等都可能導致施工片區交通堵塞。水電氣、道路、場地等公共資源緊張，施工人員的組織管理、施工安全管理等是現場交叉施工的風險因素。

2.2 低溫系統內部的交叉施工風險因素

2.2.1 接口界面交叉

排氣系統能夠將低溫氮氣加熱后排出，因此對燃氣輸送系統的燃氣壓力、流量、接口位置、數量等技術指標要求較高。該系統中的進口燃燒加熱模塊存在設計未定型、施工進度計劃滯后等問題，對燃氣輸送系統的施工進度造成一定影響。

排氣系統的管道在與鋼結構部段的接口處須進行外絕熱處理，而接口內部由內絕熱系統進行內絕熱處理。因此，需要明確絕熱邊界位置，防止絕熱層覆蓋不到位導致漏冷風險。

2.2.2 建設進度交叉

低溫系統調試需要保障液氮、冷卻水、燃氣的供應，因此液氮生產系統、冷卻水供應系統、燃氣輸送系統必須在低溫系統調試前完成施工安裝和調試，這對其施工進度和施工組織管理提出了更高的要求。

3 低溫系統交叉施工風險管控措施

基于低溫系統項目特點，從前期策劃、施工準備、現場施工三個階段分析交叉施工風險管控措施。

3.1 前期策劃階段

3.1.1 標段劃分

結合低溫系統項目特點，以技術實現為目標牽引，綜合考慮協調管理和責任劃分，根據專業學科、工業領域、工程類型等進行合理的標段劃分，從而減少系統內部的接口界面，便于建設單位和承制單位進行進度計劃的編排和現場施工的組織管理。

例如，根據空分行業、流體輸送控制專業學科特點，將液氮系統劃分為液氮生產存儲及輸送系統項目、液氮供給及氮氣供配氣系統項目兩個標段，并將氣氮排出系統和清洗系統兩個現場制安工程項目合并為一個標段。

3.1.2 承制單位遴選

項目采購前，應充分開展調研工作，分析行業現狀，了解潛在承制單位的營業資質、規模實力、研發/生產制造能力等，就項目的技術指標、工程內容等與潛在承制單位進行充分交流。同時，合理設置招標資質要求、評分辦法，確保中標單位有能力承接項目。

3.2 施工準備階段

3.2.1 進度計劃編制

建設單位根據上級批復的建設周期，充分研究設備各項性能指標要求，綜合考慮各系統技術攻關、方案設計、材料設備采購、廠內加工制造、現場施工安裝、調試等建設全過程、各環節的施工周期，科學合理地編制低溫系統總體建設進度計劃。

現場安裝調試階段應編寫詳細的現場施工進度計劃，根據低溫系統各子系統建設特點，重點分析各系統的現場工程量、界面劃分和接口要求以及各項施工工藝的邏輯順序和前置條件等，最大限度地減少進度干擾、作業面交叉等導致的項目進度和質量風險。

建設單位應督促各系統承制單位依據總體進度計劃編制分系統進度計劃，按照年度計劃、月計劃、周計劃的層級進一步細化，體現具體的建設任務和時間節點，并充分考慮計劃的可操作性、靈活性和可控性。同時，應及時跟蹤現場施工的實時動態，根據實際情況對總體進度計劃進行調整和完善。

3.2.2 進場前準備

承制單位在進場施工前應編制項目施工組織設計方案并通過建設單位評審。施工組織設計應包括現場組織準備、技術準備、物資準備等，涵蓋人、機、料、法、環、測等各個方面。其中，現場組織準備包括建立現場組織管理機構，建立健全各項規章制度，合理配備管理人員、技術人員，組織勞動力按需分批進場；與建設單位進行施工場地復測、完成交接手續，修建臨時設施、敷設臨時水電線路；辦理有關施工證件，合法合規開展施工。技術準備包括組織技術人員進行施工圖樣會審、理解設計意圖，制訂總體工藝流程和各分項工程施工方案；組織專業工長對各施工班組進行技術交底，熟悉施工文件、作業指導書等，并進行三級安全教育。物資準備包括根據材料需用量計劃分批安排材料進場，并進行材料質量、規格、數量驗收；根據現場施工進度調配施工機械機具，進行分期、分批加工預制。

3.3 現場施工階段

3.3.1 分段施工

根據不同的施工作業面劃分施工段，現場進行分段施工。實行分段施工能夠減少交叉施工，提高施工效率和施工進度銜接的流暢性。例如，內絕熱系統根據不同的鋼結構部段制定相應的施工文件，提前開展人員培訓，部段通過驗收后立即開展施工作業。

3.3.2 并行施工

為保證施工進度，可以根據施工內容的專業性劃分不同的施工班組，各班組在各自的施工作業面相對獨立地開展并行施工，并根據現場情況和進度要求相互支持。例如，氣氮排出和清洗系統可以分為4個現場施工班組，分別負責室外排氣塔區域的設備安裝、室內排氣管道和消聲器的安裝、室內抽真空子系統的安裝以及清洗系統地溝內管道的安裝，并根據施工進度相互調配支援。

3.3.3 接口界面管理

各系統之間的接口界面管理是現場交叉施工管理的關鍵。清晰的接口界面劃分有利于施工單位編排進度計劃，明確施工順序，避免窩工/返工。

在設計階段，各系統要互相核對任務書和施工圖樣，確保界面內容清晰、接口條件準確無誤。在施工前，施工單位要編制詳細的施工組織設計并通過建設單位評審；建設單位組織各施工單位做好交叉施工交底，并就管控措施達成一致意見；接口前序施工單位完成施工后及時移交，后序施工單位及時做好驗收工作，對各自的成品、半成品做好安全防護。

3.3.4 現場例會制度

建立現場例會制度，便于建設單位及各施工單位實時掌握施工動態，及時解決交叉施工產生的各種問題。現場例會原則上由建設單位組織召開，各施工單位參加。施工單位負責匯報本期施工情況和下期施工計劃，建設單位負責統籌協調交叉施工的進度計劃和矛盾問題。施工單位可視具體情況申請召開專題會議，以協調解決專項問題。

在現場施工階段，除定時召開現場例會，還定期召開各施工單位現場負責人現場站會，大大提高了溝通效率，有效解決了交叉施工過程中的各種問題。

4 結語

通過對某大科學工程低溫系統現場交叉施工風險進行分析，基于項目管理的全周期，從前期策劃、施工準備、現場施工三個階段提出相應的風險管控措施。目前，該項目施工組織管理順暢高效，現場施工有序開展，保障了低溫系統建設的有序推進。