楊吉星，胡立新

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

鋼結(jié)構(gòu)工程是以鋼構(gòu)件的制作、安裝為主的工程，是目前我國主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一，因其具有較好的抗震性、抗風(fēng)性、耐久性、保溫性、隔音性、健康性、舒適性等優(yōu)點，且施工簡便，被廣泛應(yīng)用于我國核電項目中[1]。

核電廠主要由核島廠房、常規(guī)島廠房和BOP（Balance of Plant，電站配套設(shè)施）組成，各類鋼制品（如主鋼、次鋼、不銹鋼等）、鋼構(gòu)件廣泛應(yīng)用于其中，如鋼安全殼的底板、鋼襯里、穹頂，如鋼結(jié)構(gòu)天花覆面、檢漏管、不銹鋼水池、環(huán)吊牛腿等。

核電廠土建工程的建設(shè)周期約5～6 年，鋼結(jié)構(gòu)工程貫穿始終；1 個核電廠土建工程造價幾十億元，鋼結(jié)構(gòu)工程費用占其比例約10%；鋼結(jié)構(gòu)工程在核電廠核安全管理（如限制污染氣體的泄漏，防止或減少放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放，預(yù)防或有效抵御飛機撞擊、龍卷風(fēng)等不可預(yù)見性外部事件對核電廠帶來的災(zāi)害性的影響等）中發(fā)揮著極其重要的作用；質(zhì)量是保證安全的重要措施，我們有必要對核電廠鋼結(jié)構(gòu)工程全生命周期內(nèi)各項工作認(rèn)真梳理、明確標(biāo)準(zhǔn)、落實分工、嚴(yán)格執(zhí)行，以期保證各項工作的質(zhì)量。

因此，我們重新梳理核電廠鋼結(jié)構(gòu)工程管理業(yè)務(wù)流程，進行核電廠鋼結(jié)構(gòu)工程管理信息系統(tǒng)建設(shè)。

1 管理現(xiàn)狀

廣西防城港核電站是中國在西部地區(qū)和少數(shù)民族地區(qū)開工建設(shè)的首個核電項目，項目共分為三期，一期的1、2 號機組已經(jīng)正式投入商業(yè)運營；二期3、4 號機組正在建設(shè)中；三期的5、6 號機組還未開工。中建二局成立廣西防城港核電項目部，負責(zé)本項目的具體施工和管理工作。項目工程部下屬的鋼結(jié)構(gòu)隊負責(zé)本項目全部鋼結(jié)構(gòu)工程相關(guān)工作的執(zhí)行。目前，存在如下問題。

1.1 管理流程粗放

鋼結(jié)構(gòu)隊組織結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，目前只設(shè)置了生產(chǎn)管理組和現(xiàn)場施工組2 個部門（即項目部僅將鋼結(jié)構(gòu)工程全部管理工作劃分為2 大類），生產(chǎn)管理組負責(zé)鋼構(gòu)件的車間預(yù)制工作，現(xiàn)場施工組負責(zé)將車間預(yù)制完成的鋼構(gòu)件安裝到工程實體中。組織結(jié)構(gòu)的設(shè)置可直接反應(yīng)組織的管理精細化程度，管理流程粗放。

1.2 管理手段落后

鋼結(jié)構(gòu)工程周期長、費用高，涉及的工作環(huán)節(jié)多，目前鋼結(jié)構(gòu)隊各項工作的交互仍依靠電子郵件或快遞信件；一些原材料及半成品的出庫、入庫等信息的記錄，仍依靠手工記錄或應(yīng)用簡單的辦公軟件（如Excel等）進行記錄，工作效率低、錯誤率高；獲得設(shè)計單位發(fā)來的鋼結(jié)構(gòu)圖紙時，仍憑經(jīng)驗繪制鋼構(gòu)件草圖（無法模擬現(xiàn)場施工場景），鋼構(gòu)件加工完成并運至施工現(xiàn)場、進行現(xiàn)場安裝時，仍頻繁發(fā)生無法直接順利安裝的現(xiàn)象。

管理流程粗放、管理手段落后、工作質(zhì)量難以保證，直接影響到核電廠的安全，同時，也直接影響到了核電項目的進度及成本。

2 建設(shè)目標(biāo)

2.1 引入BPR思想實現(xiàn)精細化管理

BPR（Business Process Reengineering）即業(yè)務(wù)流程重組，是一種先進的管理思想，它強調(diào)以企業(yè)管理過程中某項需完善的業(yè)務(wù)為中心，將其指定為改造對象，以企業(yè)高層管理人員的需求和愿景為目標(biāo)，通過對該業(yè)務(wù)進行梳理，找到可細化、優(yōu)化的方面，進行深度思考和管理流程再造（流程再設(shè)計），同時，通過先進信息技術(shù)的手段，呈現(xiàn)管理流程再造的結(jié)果[2]。

重新梳理核電廠鋼結(jié)構(gòu)工程全部業(yè)務(wù)流程，查漏補缺；借助BPR 的管理思想，細化、優(yōu)化存在問題的業(yè)務(wù)流程，實現(xiàn)精細化的核電廠鋼結(jié)構(gòu)工程管理，并探索實現(xiàn)核電廠鋼結(jié)構(gòu)工程管理信息化。

2.2 引入BIM技術(shù)實現(xiàn)可視化管理

BIM 是一種應(yīng)用于工程設(shè)計、建造、運維等環(huán)節(jié)的數(shù)字化管理工具，BIM 擁有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點[3]。Tekla是芬蘭Tekla 公司開發(fā)、世界通用的鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計軟件，是BIM 技術(shù)應(yīng)用軟件之一。借助該軟件，用戶可進行鋼結(jié)構(gòu)詳圖制作，生成鋼結(jié)構(gòu)三維信息模型（一種BIM 模型），使得鋼結(jié)構(gòu)工程全生命周期各環(huán)節(jié)工作人員能夠?qū)δ繕?biāo)建筑實體形成一致的理解，以便其正確的完成工作；鋼結(jié)構(gòu)三維信息模型生成的同時，軟件可同步生成各種鋼構(gòu)件詳圖及清單、零件詳圖及清單，以此指導(dǎo)采購人員采購、生產(chǎn)人員生產(chǎn)；將鋼構(gòu)件現(xiàn)場安裝的實際場景代入到三維模型中，便可在模型中進行三維智能鋼結(jié)構(gòu)安裝模擬，同時生成可視動畫，以此來指導(dǎo)現(xiàn)場安裝人員工作，保證安裝工作一步到位，進而保證工作質(zhì)量，節(jié)約工期及成本。

3 建設(shè)成果

3.1 業(yè)務(wù)流程細化及重組

從工程開工收到第一份鋼結(jié)構(gòu)工程訂單到最后一批鋼構(gòu)件在工程實體中安裝完成并通過驗收為止，經(jīng)梳理，得出核電廠鋼結(jié)構(gòu)工程全部管理事項如下：訂單接收、圖紙獲取、圖紙深化設(shè)計、生成BIM 三維模型、生成構(gòu)件清單、生成零件清單、生成原材需用計劃、原材采購管理、原材庫存管理、編制工藝方案、原材套料管理、編制加工計劃、車間排產(chǎn)、生產(chǎn)加工、完工報驗、構(gòu)件入庫、構(gòu)件配送出庫、構(gòu)件現(xiàn)場安裝、訂單驗收、原材質(zhì)檢、成品質(zhì)檢、實體質(zhì)檢、無損檢測、理化檢測等[4]。

3.2 組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化及分工

鑒于鋼結(jié)構(gòu)工程在核電廠土建工程中具有的重要性，項目部依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)隊各項業(yè)務(wù)（工作）流程的細化及重組結(jié)果，將鋼結(jié)構(gòu)隊的組織結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，從原來的2 個工作組細化為8 個工作組（圖2），以使各項工作能有序開展。同時，明確分工，使各崗位人員能各司其職，以保證各項工作的工作質(zhì)量。

圖2 廣西防城港核電項目鋼結(jié)構(gòu)隊組織結(jié)構(gòu)圖(BPR后)

3.3 信息系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用

依據(jù)核電廠鋼結(jié)構(gòu)工程業(yè)務(wù)流程重組、組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化及工作分工的結(jié)果，建設(shè)核電廠鋼結(jié)構(gòu)工程管理信息系統(tǒng)。將各項業(yè)務(wù)有機組合成8 個管理模塊，各管理模塊業(yè)務(wù)關(guān)系如圖3 所示。

鋼結(jié)構(gòu)隊內(nèi)不同的工作組負責(zé)不同管理模塊功能的使用與維護，責(zé)任關(guān)系如表1 所示。

表1 核電廠鋼結(jié)構(gòu)工程管理信息系統(tǒng)管理模塊及主責(zé)部門信息表

3.3.1 項目管理模塊

在項目管理模塊中，主要實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)工程訂單的接收，針對訂單制定進度計劃，并進行進度監(jiān)控，直至訂單中全部鋼構(gòu)件在工程實體中安裝完成并通過驗收、訂單驗收為止。

項目管理組的用戶接收到訂單后，及時將訂單傳遞到設(shè)計管理組，以便設(shè)計管理組用戶及時進行工程設(shè)計；同時，依據(jù)訂單中的“現(xiàn)場安裝時間”等信息，制定本訂單中的鋼構(gòu)件的5 個管理過程的進度計劃，5 個管理過程分別是：圖紙深化、工藝方案、構(gòu)件入庫、構(gòu)件出庫、構(gòu)件安裝，系統(tǒng)為每個管理過程的工程實體圖形（鋼構(gòu)件）分配了不同的顏色，依據(jù)每個圖形中的顏色顯示，用戶可直觀地看到何種部位的何種構(gòu)件現(xiàn)在已經(jīng)完成何種工作、完成比例等，用戶可直接的掌握整個訂單的執(zhí)行進度，進而制定后續(xù)工作計劃（針對進度超前、進度滯后的工作采取相應(yīng)的措施等），實現(xiàn)基于BIM 三維信息模型的可視化管理，具體如圖4 所示。

圖4 BIM技術(shù)在進度管理方面的應(yīng)用示例圖

3.3.2 設(shè)計管理模塊

設(shè)計管理模塊是整個系統(tǒng)的核心，是后續(xù)各項工作的源頭。設(shè)計管理組用戶從設(shè)計單位或業(yè)主單位接收到工程圖紙后，依據(jù)圖紙，在Tekla 軟件中對圖紙中描述的需求內(nèi)容，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，進行圖紙深化設(shè)計。

1）生成BIM 三維信息模型，并將其展示到項目管理模塊的進度監(jiān)控部分的“圖紙深化”模型中。

2）生成并導(dǎo)出鋼構(gòu)件清單，并為每一個鋼構(gòu)件分配唯一的編號（該編號將伴隨鋼構(gòu)件后續(xù)的各個環(huán)節(jié)，直至鋼構(gòu)件安裝驗收、移交維保），并將清單傳遞到工藝管理組。

3）生成零件清單、原材料需求計劃，并將其傳遞到物資管理組。

4）生成“現(xiàn)場安裝施工模擬動畫”，傳遞到工藝管理組、生產(chǎn)管理組及現(xiàn)場施工組。

鋼結(jié)構(gòu)工程訂單圖紙深化設(shè)計工作完成后生成BIM 三維信息模型和零件清單。

通過Tekla 軟件的應(yīng)用，設(shè)計人員在三維信息模型中對欲加工的鋼構(gòu)件進行多角度的分析，合理拆分構(gòu)件、實現(xiàn)量化生產(chǎn)，提高了鋼構(gòu)件的加工質(zhì)量與工作效率；將“現(xiàn)場安裝施工模擬動畫”傳遞到現(xiàn)場施工組，輔助現(xiàn)場安裝人員提前了解安裝流程、步驟、方法等，保證鋼構(gòu)件的安裝質(zhì)量及安裝工作的效率。

3.3.3 工藝管理模塊

鋼構(gòu)件生產(chǎn)加工的工藝通常包括套料、下料、拼裝、焊接、噴漆等，工藝管理組的用戶依據(jù)本模塊的功能對從設(shè)計管理組傳遞過來的鋼構(gòu)件清單中的鋼構(gòu)件進行工藝路線的指定。同一鋼構(gòu)件訂單中的構(gòu)件信息傳遞到工藝管理組后，工藝管理組的用戶在工藝管理模塊中，先將所有構(gòu)件按照不同的工藝路線進行分類，之后為每一類鋼構(gòu)件指定相應(yīng)的加工工藝。

如圖5（a）、圖5（b)所示，為某類鋼構(gòu)件的工藝方案、工藝方案詳解示意圖。同時為最大限度地合理應(yīng)用（節(jié)省）鋼結(jié)構(gòu)原材料，工藝管理組的用戶通過套料軟件進行套料，如圖5（c)所示，為套料人員在某鋼材尾料中進行套料工作的結(jié)果示意圖。將工作成果展示到項目管理模塊的進度監(jiān)控部分的“工藝方案”模型中，并同步傳遞到生產(chǎn)管理組。

圖5 某構(gòu)件工藝管理工作示意圖

基于可視化的BIM 三維信息模型，工藝管理組的用戶可查看到任意鋼構(gòu)件的細部構(gòu)造，模擬現(xiàn)場安裝的實際場景，制定合理的工藝方案。

3.3.4 生產(chǎn)管理模塊

生產(chǎn)管理是鋼構(gòu)件從圖紙、模型到實物的轉(zhuǎn)化過程。生產(chǎn)管理組的用戶在接收到已指定工藝方案的鋼構(gòu)件清單后，先制定生產(chǎn)計劃，后進行車間排產(chǎn)。各個車間按生產(chǎn)計劃開展生產(chǎn)工作，生產(chǎn)完成后，向質(zhì)量管理組報驗，經(jīng)質(zhì)量管理組的用戶進行相應(yīng)質(zhì)檢工作且質(zhì)檢合格后，對相應(yīng)構(gòu)件進行入庫，將工作成果展示到項目管理模塊的進度監(jiān)控部分的“構(gòu)件入庫”模型中，并同步傳遞到物流管理組。

生產(chǎn)計劃如圖6 所示，左側(cè)為某類鋼構(gòu)件的生產(chǎn)工藝（工序），右側(cè)為某道工序的執(zhí)行時間及執(zhí)行時長，以甘特圖的形式展示。

圖6 生產(chǎn)計劃示意圖

基于可視化的BIM 三維信息模型及Tekla軟件導(dǎo)出的鋼構(gòu)件清單，車間工人可直接照圖生產(chǎn)，同時，輔以先進的數(shù)字化生產(chǎn)加工設(shè)備，實現(xiàn)鋼構(gòu)件的批量化生產(chǎn)，大大提高了工作效率。

3.3.5 配送管理模塊

鋼構(gòu)件驗收入庫后，物流管理組用戶依據(jù)現(xiàn)場的施工情況，制定鋼構(gòu)件配送計劃、安排配送車輛及配送人員，并及時安排構(gòu)件出庫，構(gòu)件運達現(xiàn)場后，經(jīng)現(xiàn)場施工人員的清點、驗收，完成配送工作。將工作成果展示到項目管理模塊的進度監(jiān)控部分的“構(gòu)件出庫”模型中。

3.3.6 安裝管理模塊

鋼構(gòu)件運達現(xiàn)場并驗收、現(xiàn)場施工人員認(rèn)真學(xué)習(xí)“現(xiàn)場安裝施工模擬動畫”后，施工人員開展安裝施工工作。安裝施工工作完成且驗收合格后，將工作成果展示到項目管理模塊的進度監(jiān)控部分的“構(gòu)件安裝”模型中。由項目管理組用戶組織完成訂單驗收的工作，完成鋼構(gòu)件訂單的全過程管理。

3.3.7 原材管理模塊

原材管理模塊為物資管理組提供了從原材采購計劃到原材采購送貨清單，從原材驗收入庫到原材領(lǐng)料出庫等功能。

3.3.8 質(zhì)量管理模塊

質(zhì)量管理模塊為質(zhì)量管理組用戶提供了各類質(zhì)量監(jiān)督、檢查、驗收的功能。質(zhì)量管理工作貫穿于所有工作組的所有工作活動中，如對采購進場的原材料進行進場驗收，對生產(chǎn)管理組加工的鋼構(gòu)件、對現(xiàn)場施工組施工的工程實體等各個環(huán)節(jié)進行質(zhì)量監(jiān)督、質(zhì)量檢查及質(zhì)量驗收。

4 應(yīng)用效果

通過核電廠鋼結(jié)構(gòu)工程管理信息系統(tǒng)的建設(shè)，細化并規(guī)范了核電鋼結(jié)構(gòu)工程管理流程，提高了核電廠鋼結(jié)構(gòu)工程項目管理水平，同時提高了核電廠土建工程項目經(jīng)理部信息技術(shù)應(yīng)用水平，助力企業(yè)成功推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

5 結(jié)語

核電廠鋼結(jié)構(gòu)工程管理信息系統(tǒng)實現(xiàn)了從鋼結(jié)構(gòu)訂單接收、圖紙深化設(shè)計，到現(xiàn)場安裝、訂單驗收等一系列工作的信息化管理；同時，實現(xiàn)了基于BIM 三維信息模型的進度可視化管理。系統(tǒng)的上線、使用，大大提高了各級鋼結(jié)構(gòu)工程管理人員的工作效率、工作準(zhǔn)確率，大大減輕了各方、各級管理人員的工作負擔(dān)，節(jié)約成本、縮短工期，助力企業(yè)發(fā)展。