AP1000核岛设计管理分析

江飞舟

(三门核电有限公司，浙江 三门 317112)

AP1000是西屋公司在AP600的基础上开发的非能动先进压水堆，与典型的压水堆核电机组相比，其最大的技术特点是采用了非能动的专设安全系统、数字化仪控系统、模块化建造技术。AP1000在提高机组安全性、简化系统结构、降低建造成本、缩短建造周期等方面较二代改进型压水堆核电机组有大幅提高。

三门核电一期工程项目是AP1000设计在全球的首次实践，其核岛设计方是西屋公司和绍尔公司组成的设计联队。AP1000的首次设计过程中，众多无法预计的问题不断出现，给项目建设，也给业主方的设计管理带来极大的挑战。通过多年坚持不懈的探索和实践，针对AP1000首堆设计的特点，三门核电总结出了较为有效的管理应对措施和方法，在改善设计管理和推进工程建设方面起到了较大的促进作用。

1 核岛设计状态与管理难点

1.1 设计接口关系复杂

三门核电一期工程项目主要设计单位共有4家：上海核工程研究设计院、西屋联队、三菱重工和华东电力设计院。其中，上海核工程研究设计院负责电厂总体设计、核岛配套设施（BOP）设计，西屋联队负责核岛设计，三菱重工负责常规岛主机设计，华东电力设计院负责常规岛和常规岛配套设施（BOP）设计工作。由于合同模式复杂，核岛—常规岛设计提资往往牵涉多家设计单位，客观上给业主方接口协调工作带来较大的难度。同时，西屋联队内部由于西屋公司—绍尔责任分工不同，彼此间也存在接口问题。

1.2 西屋联队对设计文件管理不足

作为核岛设计方，西屋联队有义务提供完整的设计文件清单并进行一定的分类，并预计需提交的文件，用于管理和跟踪文件的发布。但实际上，西屋联队提供的IED（文件索引）仅仅只作为文件提交的记录功能，失去其设计管理应有的作用。这给业主方的设计管理带来诸多不便，需要投入更多的资源以便对核岛设计文件进行清理和跟踪。

1.3 设计变更多且频繁

设计变更多且频繁，是AP1000工程设计过程中最为明显的特点，由于这些变更往往难以预见，给现场的施工和设备采购工作造成大量的暂停、修改和返工。同时也给业主方的设计管理带来极大的挑战。AP1000首堆建造过程中，西屋联队平均每月发布400份E&DCR（Engineering and Design Coordinating Report）。对已发布的E&DCR进行分析，约76%的E&DCR是由于设计方的设计错误和信息不完善而引起的，“边设计、边建造、边修改”的现象常常发生。如由于设计错误稳压器垂直支撑预埋板的重大设计变更造成的现场返修（见图1），导致RCS移交滞后5个月以上。

1.4 重新设计导致大量图纸暂停

由于核岛设计的基础计算深度不够，同时设计欲量过于保守，核岛厂房内部分结构平台重新计算和分析，导致大量的管道和电气等施工图暂停。如自2011年10月份起，核岛设计方暂停1 104份管道及管道支撑图纸；2012年3月份，暂停1 007份电缆桥架及其支架图纸，图纸释放日期一推再推。此外，由于安全壳内再循环风机（MS14）制造重量和尺寸偏大，重心偏离原设计要求，安全壳内电缆制造尺寸偏大导致安全壳内大量管道和电气施工图暂停，同时部分结构模块如CH53/54/50/57和钢结构平台如SPL22～33钢平台需重新计算和分析。

图1 稳压器垂直支撑布置示意图Fig.1 Layout of vertical supports for the pressurizer

1.5 施工图纸提交进度滞后严重

核岛设计自进入施工图设计阶段开始，便表现出不断滞后的趋势。按计划要求，核岛设计方应于2011年6月份完成所有图纸的提交和固化工作，然而截至2011年6月底，实际只完成不到70%的施工图纸发布，部分施工图纸发布较原计划延误1～2年。

1.6 现场技术问题处理效率低

由于核岛设计方提供的图纸质量不高，部分信息缺失，自洽性不足，以及国内施工单位和设备制造厂在首次施工和制造过程中对AP1000技术的消化和吸收需要一定的过程，这两方面的因素导致核岛现场技术问题层出不穷，如技术澄清、材料代换、施工单位发出的变更建议、不符合项报告等。自工程FCD以来，现场技术问题平均每月达300多项。按照要求，现场技术问题的平均答复时间在1周以内，但是在工程建设初期，1周内问题解决的比例仅在10%左右，超过1个月解决的达10%，解决效率过低。

2 原因分析

2.1 AP1000工程设计尚未成熟

西屋公司与中国签订AP1000设计和技术转让合同时，仅完成AP1000的初步设计，其工程设计并未成熟。然而，核电技术从初步设计到工程设计的跨越，需要大量时间和人力等资源的投入。因此，三门核电1号机组作为全球首台AP1000机组，在项目开始便一直处于“边设计、边建造”的局面。

2.2 西屋公司自身准备不够充分

自三哩岛核电站事故发生以来，美国的核电发展受到极大的限制，西屋公司也已多年未涉足核电工程建设。西屋公司在从AP1000初步设计转入工程设计阶段的准备不够充分。基础计算如瞬态计算、地震动及楼层反应谱计算等深度不够；项目初期就表现出人力资源配备不足和工程设计人员经验欠缺等问题，导致设计进度和质量一直无法满足设备采购和现场建安施工的需要。

2.3 项目合同模式复杂

三门核电一期工程总体上采用“核岛总承包，常规岛切块分包”的合同模式。其中核岛设计和部分主设备供货合同由三门核电和国家核电组成的联合采购方与西屋联队签署，核岛工程总承包合同由三门核电和国家核电签署。错综复杂的合同关系和设计、设备采购分工，客观上造成工程各参与方之间的接口复杂，协调难度大，决策效率低。

2.4 合同中对西屋的约束力不够

虽然合同中对各类设计文件的提交日期均有明确的要求，但在合同执行过程中，西屋联队为满足合同中的支付条件，常常先行提交初版的设计文件，而事实上其并未彻底完成相应的设计工作，主要表现在其取得进度支付款后不断进行设计变更和对图纸暂停。对于西屋联队的这种做法，在合同中并没有明确的条款可以对其有效约束。

2.5 现场设计代表力量不足

目前，西屋联队派驻现场的设计代表仅仅被授权处理不涉及应力计算和系统修改的，如和结构不相关的物项打架之类的问题。大量的设计修改和技术澄清问题需要本部的设计团队来解决，增加流程的同时，由于本部设计团队对工程现场的实际情况掌握不够，设计问题处理效率低下。此外，部分专业缺乏有丰富经验的设计工程师派驻现场，亦造成部分现场设计代表处理的设计问题缓慢，难以满足现场施工需求。

2.6 现场施工和设备制造的偏差

三门核电1号机组在首次建造过程中，难免出现施工或设备制造偏离设计要求的情况，而这些问题均需设计方进行评估和提供处理意见，部分问题导致重新设计或大面积的设计修改。

3 应对措施

在三门核电1号机组工程建设过程中，核岛设计难以满足现场施工和设备采购需求是工程建设的主要矛盾。为从根本上减小项目延误，缓解核岛设计滞后给工程建设带来的影响，通过对核岛设计滞后原因的分析，结合三门核电1号机组的项目特点和建设经验，不断的进行探索和实践，总结出以下几方面的应对措施。

3.1 加强西屋联队和现场设计力量

联合采购方通过对西屋联队进行效能监察，督促其在人力资源配置，工作效率方面做出改进。西屋联队通过外聘设计人员补充设计团队，根据现场需求从本部调配经验丰富的人员派驻现场等措施，在一定程度上缓解了设计延误，提高了现场问题处理效率。

考虑到大量现场设计问题流转到本部设计团队处理，并不利于问题的快速解决，业主要求西屋联队适当提高现场设计代表的授权，以便能够快速处理不需要进行系统或复杂计算的设计问题，使得其本部设计团队更专注于设计固化和重要设计问题的解决，提高工作效率。

3.2 组织各方对西屋联队进行效能监察

虽然三门核电AP1000项目合同模式复杂，但也正因为如此，项目管理可利用的资源较为丰富。业主、总包方对西屋联队有监督的权利，而施工单位和设备制造厂也掌握较多影响施工和设备制造的设计问题的信息。因此，为缓解设计延误，提高西屋联合体工作绩效，在业主的要求下，联合采购方对西屋联队定期进行效能监察，包括人力资源、工作效率、管理流程、承诺兑现情况等方面对其进行全面的评价，帮助其发现自身的薄弱环节，改善管理水平，以利于项目建设。

3.3 组织各方不断清理设计尾项

由于西屋联队在设计文件管理上与国内设计院常规做法有些不同，并没有提供较为完整的施工图纸清册。为统一各方对设计状态的认识，并对剩余设计工作进行有效督促，业主组织中方对施工图纸进行全面的清理，明确未发布的图纸清单，以及每份图纸中存在的问题，并就此与西屋联队沟通明确每份图纸的解决时间，督促其加快解决。

3.4 多层次多渠道加速设计问题解决

利用项目参建方的现有资源，全面梳理制约现场施工和设备采购的设计问题以及清理剩余的设计工作，建立多层次多渠道的协调机制，全方位加强对核岛设计的敦促，缓解项目延误。

（1）建立海外设计催交机制

根据西屋联队内部的职能分工，设计文件的发布，重要变更的处理以及系统相关的计算和分析工作均由其本部设计团队负责。然而，其本部设计团队不了解现场实际情况，难以感受到业主的责任心和紧迫感，工作效率较低。对此，业主要求联合采购方在合适的时机成立本部设计催交团队，直接派驻西屋联队的设计本部，针对现场急需的设计图纸，设计问题重点督促和催交，传递业主的要求和紧迫感。

（2）建立现场设计问题协调机制

三门核电1号机组建设过程中，核岛技术澄清、现场变更申请、材料代换、不符合项等现场设计问题层出不穷。在这种情况下，梳理制约现场施工的上游设计问题，提高现场设计问题的处理效率是缓解项目延误的重要手段。业主牵头组织核岛设计问题协调周例会，从施工需求出发，收集设计问题，运用清单管理，每周进行跟踪和督促并定期通报问题的解决效率，针对超过1个月以上未解决的问题提交更高层的会议协调和推动。通过设计周例会制度的推行和坚持，在督促西屋联队提高现场设计问题效率上取得很好的效果，1周内解决的问题比例从10%提高到60%左右。

（3）建立现场巡视机制

参建方的管理人员，尤其是西屋联队的本部设计团队及其管理人员对现场工程进展和制约因素没有很好的了解，导致其缺乏项目紧迫感。对此，业主为营造紧张有序的项目建设氛围，加快制约现场施工的问题处理，每周牵头组织施工单位、SPMO、现场设计代表的高层管理人员进行现场巡视，整理影响现场施工的重要问题，并推动解决。此外，在与西屋联队高层定期会晤前进行现场巡视，提高西屋联队高层对现场实际需求的认识，加快处理速度。

（4）建立高层定期会晤机制

针对核岛设计滞后给项目进度带来的严重影响，业主主动与西屋联队高层进行定期会晤，并要求其高层长期在现场进行办公，全力解决三门核电项目的重大设计问题。工作层对设计问题进行盘点和跟踪中，对于长期未解决以及极大制约现场施工的设计问题提交高层会议协调和推动。

（5）建立快速响应机制

核岛设计变更发生常常难以预计，部分重大的设计变更更是直接影响都到关键路径工作。对于这类变更，则需要业主方能具备较高的敏感性，第一时间督促各方采取应对措施，做好后续工作的详细安排，以缓解设计原因对项目造成的影响。

4 结束语

在项目的建设阶段，设计无论是对项目投资控制还是进度控制的影响都是非常大的，因此，业主方在项目管理中应加强对设计领域的管理和控制。在三门AP1000项目建设过程中，通过不断梳理核岛设计存在的问题，分析原因，抓住主要矛盾，并有针对性的采取管理应对措施，事实证明，在改善核岛设计管理、推进工程建设方面起到了极大的促进作用。同时在实践中不断总结经验，持续改进，希望能为后续核电项目建设提供帮助。