“互联网＋”在“华龙一号”示范工程设计管理领域的应用

郝禄禄,薛峻峰,陈 宏

(福建福清核电有限公司,福建 福清 350318)

“华龙一号”核电堆型是在我国现有压水堆核电站设计、建造、调试、运行经验的基础上,充分借鉴吸收国外三代核电技术的先进设计理念,采用177堆芯、抗0.3g地震、能动和非能动设计、双层安全壳、60年寿期等多项重要技术方案,自主研发的具有自主知识产权的百万千瓦级先进压水堆核电机组。

福清核电5、6号机组作为 “华龙一号”示范工程,从开工之初,即面临着首堆工程特有的难题:没有可参考的成熟设计方案,边科研边设计,系统力学计算反复进行,系统设计调整变化多;设备设计滞后影响设备资料按期提交,设计固化困难;施工进度压力大;同时核电厂设计及项目管理单位分布广,地域范围跨度大,相互之间提资制约的具体特点及其管理过程中不断出现问题的挑战;技术和管理风险均显著高于已建设或建设中的福清核电站1～4号机组。

为解决上述问题,福清核电站借助互联网,联合业主、总包单位、设计分包院、建安施工单位,进一步创新完善了设计管理体系,在原有福清核电站1～4号机组管理流程和渠道的基础上,确立设计管理以保障采购、施工及调试等的实际需求为重点,明确管控目标,建立通畅的上下游之间的沟通协调机制及管理手段,新开发了施工图纸开口项管理等多项管理流程,建立了共享的信息化管理平台,使得项目参与各方在远程都可以直接进行有关操作和维护,信息交流快捷高效,提高了沟通效率,加快了问题的协调和处理过程,尤其对于设计技术风险管控现场重点技术问题的高效决策,提供了很好的渠道。

1 “互联网＋”在设计管理中的主要应用

伴随信息技术的高速发展,互联网技术在企业中的应用也越来越广泛,“互联网＋”利用互联网平台和信息通信技术把互联网和企业相连接,充分发挥着互联网在生产要素配置中的优化和集成作用,运用互联网开放、分享的特性完成信息交换和数据分析,实现跨地域、跨行业的深度融合,实现提质增效。

1.1 工程设计及设计管理与 “互联网＋”的联合

图1 设计信息系统功能布局Fig.1 The f unctional layout of design infor mation management system

针对设计策划、设计过程管理、设计数据管理和设计决策管理等进行集成,创新开发设计协同平台TC,TC平台中集成三维PDMS等设计工具,并在设计中深度应用;借助互联网,在设计领域及施工管理领域升级施工管理信息系统到3.0版 (IFS 3.0版),在上、下游与项目控制管理软件P6、业主信息管控平台ECM等进行系统接口。从而实现了在同一三维设计协同管理平台上,进行接口资料互换、设计计划管理、设计过程管控及经验反馈管理等工作,依托新版信息化管理系统,设计实现设计进度一体化、设计管理流程化、设计数据集中化、业务协作可视化、风险管理平台化。

(1)设计进度一体化

随着项目进展,专业人员通过P6软件编制设计三级进度计划,并与采购、施工、调试等进行耦合,形成项目一体化计划,编制和执行的过程中,重点关注计划内容的合理性、科学性,提高计划管理水平。计划工程师对三级计划进行分解并编制四级计划,通过TC系统设计信息系统下发给设计工作者,计划的执行、变更、审批均通过信息系统进行管理,见图2。

图2 设计进度一体化管理模式Fig.2 Design progress integralization management mode

以项目部一体化三级进度计划为依据,上线设计进度计划管理模块 (工程文件索引IED、施工图纸可用For Use),确保各方能够通过该模块对施工图纸出版及For Use情况进行跟踪、统计,确保各参与方对图纸出版情况及For Use情况的及时全面的掌握,避免信息传递滞后,信息不一致等问题的出现。实现设计、施工管理的信息共享,合理的安排设计和施工计划。

(2)设计管理流程化

“华龙一号”示范工程借助IFS3.0施工管理信息系统等,通过33类表单＋65个流程模板支撑设计管理标准化、合规化。内外部接口协调流程,实现对设计接口和提资过程的管理和跟踪;接口资料互提流程,实现电子化的互提资料流程和资料管理;文件资料审签流程,规范化电子审核流程和更改流程;设计更改流程,规范化更改流程,包括计划变更、设计澄清 (CR)、现场变更单 (FCR)和设计变更通知单 (DEN)流程;收发文函流程,实现系统与系统之间的流程衔接。结合经验反馈及首堆特点,创新实施以下流程:

施工管理系统 (IFS3.0)实现了图纸变更(CR、FCR、DEN)和图纸的相互关联和挂接功能,确保图纸文件的完整性,使各方具备便捷查询设计文件的功能,便于现场施工人员和监督人员对现场变更进行系统性管控;确保所有变更都能够有效的实施,并为后续竣工文件编制奠定良好的基础。

参考前人的计分方法(Bering et al., 2005)，结果分为如下3类：功能继续(Capacity)即儿童承认老鼠宝宝已经死亡，却还认为某些功能依然存在，计分为0。功能停止(Cessation)指儿童认为老鼠宝宝死后，某些功能的丧失，计分为1。含糊不明(Unscoreable)指答案和原因不匹配，或儿童表示对此问题不清楚、不知道，计分为0。分数越高，表示儿童越倾向于做出死后功能停止的判断。

以项目部一体化三级进度计划为依据,上线设计进度计划管理模块 (IED、For Use),确保各方能够通过该模块对施工图纸出版及For Use情况进行跟踪、统计,确保各参与方对图纸出版情况及For Use情况的及时全面的掌握,避免信息传递滞后,信息不一致等问题的出现。实现设计、施工管理的信息共享,合理的安排设计和施工计划。

基于现场施工需求,推行开口项管理模块,通过借助互联网,推行开口项协同管理,通过该模块可以实现信息共享,各方共同维护开口项信息,确保开口项信息对称。根据现场施工实际进展,掌握开口项实际关闭需求时间,以此对开口项开展分级管理,优先处理紧急开口项,保障现场实际施工需求。

(3)业务协作可视化

“华龙一号”设计中采用PDMS互联网三维技术开展 “华龙一号”设计工作,PDMS是英国AVEVA公司开发的三维设计管理系统,该系统是以数据库为核心、网络为框架、项目管理为主线贯穿项目始终,集规划、设计和管理应用于一体的全专业集成布置设计软件,以管道详细设计为核心。

通过建立标准模型元件库,提前在PDMS系统中完成设备建模和管道建模,数据实时更新,并将三维模型 (见图3)推向设计者桌面,提高设计者获取信息的直观性、准确性,设计工作流贯穿业务部门,过程透明化。解决了传统基于二维设计,各专业之间相互独立,集成性较差的问题,能够及时看到其他各专业的相对位置及设计成果,能够便捷、及时发现设计过程中存在的问题,避免设计错误,提高设计质量。相比以往采用的二维CAD软件,采用PDMS的具有优势。

图3 “华龙一号”三维模型图Fig.3 3D model of HPR1000

通过采用PDMS互联网三维技术开展 “华龙一号”设计工作,形成 “多地联动”工程设计模式,使得设计过程中数据保持了一致性,有利于多专业重复利用,设计更加准确。结合碰撞检查和模型校验,可减少 “华龙一号”设计过程出现的错、漏、碰现象。各相关专业完成设计后,进行多专业综合和综合检查,可及时反馈至相关专业进行修改,然后再次进行综合检查,直至没有问题检查出来为止。为各专业设计人员及各合作参与方之间展开了有效的沟通提供平台,避免了各专业孤立设计。利于各设计参与方之间的接口交换,提高设计质量,为搭建 “华龙一号”三维协同平台奠定基础。

(4)设计数据集中化

“华龙一号”示范工程在设计和设计管理领域推行协同设计平台 (见图4)和施工管理信息系统 (IFS3.0);成品文件、过程文件、设备参数、管理数据 (计划、接口等)等构成统一、关联、准确的项目设计数据库,集合图册、图纸、For Use管理、文件传递单、设计修改通知单DEN、设计澄清单CR、核电厂构筑物系统和部件SSC、审计审查意见单、校审记录文档及编制校审会签等流程信息,实现对信息进行采集、整理、储存、传输、检索、分析、处理和利用实现现代化管理,提高数据查询、共享效率,同时满足多维度数据利用。

图4 设计数据集中化管理模式Fig.4 Centralized manage ment of design data

(5)风险管理平台化

为规范 “华龙一号”示范工程项目建设期间工程重大问题的管理,强化对紧急、重要问题的管控,建立问题解决导向机制,实现项目重大风险和问题的高优先级及时解决,各参与方、各层级均已采用TOP10管理方法。设计管理领域通过及时识别设计风险及制约采购施工的设计问题,纳入设计风险清单,并以此为 “抓手”,管控设计风险,重要问题提升为设计领域TOP10或项目TOP10,实行分层级的风险管控体系,见图5。

图5 风险管理流程Fig.5 Risk manage ment process

在风险管控实施过程中,借助互联网平台,将工程现场业主单位、总包方项目部与总包设计院、分包设计院和厂家、施工单位集成到一起,建立互联网生态圈,实现信息筛选处理和交换共享。通过技术风险项目分级和信息完善,逐步建立起项目设计领域完整的风险模型,包括风险项目、风险评估、负责人员、制约因素和管控措施等,建立起跨部门、跨单位、跨领域的信息数据共享,打造协同工作平台,集合碎片化的设计风险,形成技术风险管理的统一平台,加快流转效率,借助各方资源,提高风险管控的精准度和管理效率,有利于风险条目的影响预警、技术决策、跟踪实施以及经验反馈,实现风险控制的精细化及高效管控。

2 存在的问题及对策建议

“华龙一号”示范工程通过与互联网相结合,借鉴新的应用及管理工具,形成一套适用于核电项目的设计及管理体系。自2015年5月7日“华龙一号”示范工程开工建设以来,设计管理通过与 “互联网＋”的结合,采用TC、PDMS、施工管理系统、技术风险管理平台等多种沟通协调机制,促使设计方案固化和设计文件按计划完成率达98%以上,工程设计文件已完成80%。但在设计及设计管理实践中,仍存在着系统开放程度不足,基础数据更新滞后、未能覆盖整个设计过程、三维模型现场使用不便等难题,都对“互联网＋”的应用实施造成一定的制约。鉴于以上问题,有以下几点思考建议:

1)“互联网＋”成果应用向上下游延伸:现有设计及设计管理成果,目前部分仍局限在设计领域,以三维设计为例,PDMS应用于设计,保证了设计人员在设计工作相互检查而又互不干扰地进行。但三维模型的应用应服务于项目整个生命周期,在核电站建设阶段,运行阶段,检修改造阶段,退役阶段的人员培训、系统运行、检修、改造和退役等阶段还将起到相应作用,对于进行系统改进和现场问题处理提供了直观的模型参考,大大提高了效率。因此应广泛拓展现有成果的应用范围,向业主、设计单位到施工单位开放必要的权限,更好地服务于业主及承建单位做好设计管理、工程建设及运营管理。

2)基础数据需进一步完善和规范: “互联网＋”信息化管理可实现对信息进行采集、整理、储存、传输、检索、分析、处理和利用的现代化管理,但基础是具备完善并定期更新的数据。现有设计管理体系已基本实现流程化,各单位实行分工负责更新完善基础数据。仍应着力解决P6更新完善及时性;提资和开口项进展和关闭计划准确及时更新;同时现场变更需及时反映到三维模型中,应协调及时将设计变更落实在三维模型中,确保三维模型与现场施工状态的一致性,提高三维模型数据的有效性,确保设计人员对现场的掌握,为后续变更及相关图纸出版提供有效的数据。

3)建立覆盖项目设计及设计管理全过程的体系:核电工程设计信息化管理流程包括了从项目启动开始到成品交付的全过程。现代核电工程设计信息化建设应以工程项目管理为主线,以工程数据库为核心,建设信息高度共享、操作灵活、快捷高效,覆盖核电工程设计的全过程。现有设计信息系统仍需基于互联网开展进一步完善,通过互联网技术将设计信息化管理模式延伸至业主和设计分包商,实现设计业务全面、深入的信息化管理。同时,建立一个以数据库为支撑的数据交换平台,集成业主方的设计输入、需求及运行实践,实现经验反馈及重要技术问题的大数据管理,把专业设计数据、工程管理信息整合在数据平台上,便于共享和使用。

4)提高 “互联网＋”成果易用性:“华龙一号”示范工程作为三代核电,采多项新设计,现场土建结构,厂房布置等与以往项目差异较大,现有施工、运行维修人员急需尽快熟悉电厂结构;而可视化的、可供实时查询核对的系统终端将极大地提高现场工作效率及工作质量。现有“互联网＋”成果应在不违反保密原则的情况下,尽可能开发应用于设计、采购、施工等核电建设和调试运行维修领域的系统,开发可移动互联,支持信息量大,操作简单、信息更新快,使查看处理更加便捷,方便项目管理者对工程即时跟踪,有利于问题的快速解决。

3 结束语

“华龙一号”示范工程,通过利用信息通讯技术以及互联网工程设计及项目管理平台,让互联网与设计管理进行深度融合,创造新的工程设计及管理生态,既充分发挥互联网在设计及管理资源配置中的优化和集成作用,利用互联网、大数据把孤岛式的设计单位及施工创新链接起来;有效的提高设计生产效率和工作质量,确保 “华龙一号”示范工程工程设计有序开展。同时也看到现有应用中存在的不足,通过持续的改进和优化,更好的服务于设计管理。

福清核电作为三代核电技术 “华龙一号”的全球首堆示范工程,在信息化和数字化的研究和探索具有重大意义,对将来福清核电 “技术高地”的建设以及 “华龙一号”走出去的落地、国之重器的跨越式发展很有帮助,为数字化电厂的建设提供良好地基础。互联网＋在核电工程项目设计管理中的成功应用,也将为其在其他核电项目中的应用推广提供了参考。