解析燃气联合循环电站建设国际EPC项目总承包商的设计管理

贺晓锋

（中国水利水电第八工程局有限公司，长沙410004）

1 引言

燃气联合循环电站具有投资见效快、环境污染少、热能源利用效率高、占地面积小等优势，其工程建设市场前景广阔。因建设项目的雇主和国别差异的存在，对项目建设的管理工作提出了更高的要求，以适应不断变化的市场需求。如何做好燃气联合循环电站国际EPC建设项目的设计管理是摆在广大建设者面前的一道重要任务。本文就马来西亚康诺桥燃气联合循环电站项目和凯德隆燃气联合循环电站的建设，通过总结在EPC项目设计管理中的实践经验，指明一些燃气联合循环电站EPC建设设计管理工作中的关键共性。

2 设计管理工作的一般性要求

总承包的设计管理工作是EPC项目管理的龙头，设计的优化与响应速度对工程建设的成败起到了决定性的作用。通过在康诺桥项目和凯德隆项目的管理实践与创新摸索，提炼出燃气联合循环电站总承包商在设计管理中应遵循以下基本管理要求。

2.1 设计管理工作的作业范围与目标

在项目的策划阶段，应明确总承包商的设计管理范围与工作目标。通过设立明确的工作任务目标，促使后续设计管理工作形成一个持续有效的系统工程。

2.2 设计管理组织架构

建立健全设计管理与服务的组织架构，防止因管理岗位或专业岗位缺失而造成设计瑕疵。在组织架构中明确主要管理与设计岗位的岗位职责及责任人的联系方式，便于团队间的联络与沟通。

2.3 设计文件的管理

设计方应提供一整套解读项目设计文档的中英文规范，方便项目建设的其他参与者理解、查询和阅读设计文档。这一规范还应制定与雇主合同文件规定的文档编码方案之间的文件代码转换方案，方便雇主沿用自己的惯例查询相关设计文档，降低因国别或雇主的差异而造成对设计文档系统理解的偏差。设计文档的编码系统应进行受控管理和信息标准化管理。燃气联合循环电站EPC建设工期一般约32个月。决定了各项设计工作不宜采用串行设计，而应采用协同效率更高的并行设计。各个设计专业沿着共同的时间轴进行并行设计，使用标准的信息交流术语与流程，能够提高各个参与者进行信息交流效率和准确度。

设计文件管理者还应建立总承包项目的设计文档总清单，明确各项设计参数文档的编码方案、各个专业的协同作业代码、为每一个文件设置充足的属性，为后续的设计进度控制与项目干系人使用提供便利。建立管理项目设计文档的云存储平台与使用机制。

2.4 设计接口管理

设计接口管理应加强设计输入与输出的总清单管理。为了有效管理项目各个商业伙伴之间的输入，应建立标准的数据接口与主数据交换清单，并确定各个伙伴所需的各项设计输入及其最晚提交日期。进行清单化管理有利于信息交换进行系统的管理和监控，实时掌握设计输入的实际完成进度情况；有利于保证设计输入的准确性和时效性；有利于对各项设计输入信息进行追溯管理。

3D模型的接口标准与管理。BIM设计目前已成为电厂设计的新常态。为了更快速地整合各项设计输入和输出，总承包商的设计管理应在主设计方的领导下，制定统一的数字化产品应用标准（包含软件格式、版本、族库定义、制图规范以及保密协议等）；制定设备/管道布置的碰撞避让规则；对3D模型的碰撞检查安排专人定期进行，并列立清单进行消除跟踪管理。3D模型的一个重要功能就是可以更早地发现设备或管道在布置后的碰撞现象，并借用虚拟现实的数字技术辅助，找到最佳的设计解决方案，而不是等到现场执行安装阶段才发现这类设计缺陷；建立并维护模型的云端服务器，方便项目相关设计参与者访问与更新。

2.5 设计评审

为了减少设计错误，避免产生不合格品，需要对初步设计成果进行包含雇主参与的各方评审，并将这些评审记录按照固定的格式进行记录与追踪，直至各方评审意见关闭。评审的基本流程是先内部、再顾主。这样做的好处是可以有效降低设计风险，防止因设计考虑不周而产生性能不足、设计违约，进而导致额外的成本发生。设计评审的原则是确保设计概念是基于有效的原理且满足EPC总承包合同明示或暗示的相关需求。设计评审完成后，应及时将评审结论反馈在相关设计修订中，并正式通知相关方，促使各个设计参与者能够有效协同。项目管理团队应在每月的会议中更新设计评审的状态，识别不足和确定改进的措施。

2.6 设计冻结

设计图纸通过评审，并闭合全部评审建议后，进入设计冻结状态。一旦设计冻结，该项设计原则上不再进行更改，该设计成果将被正式共享给各方（设计咨询、采购、供应商、施工及雇主）引用与执行。若后续需要再更改应按照设计变更程序请求变更，并获得EPC总承包方项目经理的许可，征得雇主同意后才能更改。通过引入设计冻结管理，可以有效防止设计产品的反复改动、其他相关方重复工作和增加风险，提高了各方协同的效率，加快设计输出的速度。

2.7 设计质量管理

设计管理中对设计产品的质量评判标准只有通过与不通过之分。为了达到这一要求，需要对设计的输入标准、设计输出应满足的条件和交付成果进行质量管理。质量管理小组应经常性地对设计文档总清单和设计输入清单进行内部审查，检查在各项设计活动开展中向相关方传递的剩余制约因素是否清晰准确，能否满足项目的顺利进行。在质量审查过程中，应评估设计成果可能发生质量风险的范围，提供必要的纠正流程，确保强制性条件能够得到满足。项目的设计每进行到一个关键节点前，应审查设计输出是否可满足该节点开始运作的基本需求，并检查下一阶段启动的准备情况，防止发生风险。一般的工程关键节点依次有：项目前期启动（初步设计）—施工图设计—设备招标与采购—土建施工开始—安装工作开始—调试工作开始—移交和竣工。

设计管理团队应对以下设计活动的设计质量进行管理，并建立好流程与标准。

1）设计策划：审查和验证设计阶段，定义系统概念。

2）设计输入：明确合同的技术要求、性能标准以及适用的法律和法规要求，并评审这些输入；提出各级设计接口清单，确保其对设计过程的充分有效。

3）设计输出：提供详细的系统设计、工艺流程图、设备采购技术规范以及电厂布置、设备和建筑物施工建设的设计成果。

4）设计评审：应适时地开展设计评审活动，确保设计进度符合时间表，解决雇主的疑问或顾虑，管理和解决所有接口问题。

5）设计验证：按照各自的内部过程和程序，并参考合同技术、法律法规的要求进行评审，量化具体指标，确保输出满足输入要求。

6）设计确认：在系统/设备的制造和交付之前，应检查设备的各项技术指标（含安全与报批）是否符合总承包合同要求、设备制造/系统安装调试的质量控制性文件是否已准备（检验和试验计划）以及交付进度。

7）设计变更的控制：识别和记录合同要求的所有设计变更，并在实施前获得雇主对设计变更的批准。

2.8 电厂的安全设计

燃气联合循环电站，由于工艺复杂并且设备种类繁多，任何一个组件的失效都可能会带来严重后果，所以，对电厂设计的系统安全性评估和采购部件的安全评估必不可少。这些评估应遵循IEC61511标准、HAZOP（Hazard Operability）评估方法和应用SIL（Safety Integrity Level）工具对功能安全的完整性进行管理。对于电厂功能安全设计，应交付下列成果：（1）电厂功能安全概念/总体文件；（2）工厂功能安全的危险识别；（3）电厂功能安全规范的SIL分配；（4）工厂功能安全的安全要求规范；（5）电厂功能安全的安全完整性评估，包含：功能安全手册、功能安全检验与测试清单、功能安全评估报告。

3 国际EPC燃气联合循环电站设计管理的经验与教训

3.1 总承包方设计管理应重视对总承包合同的理解

总承包方的主设单位应具备提供国际设计服务的资质和具有为类似项目服务的成功履历，能够组织设计力量全面深入地了解项目的主合同条款中明示或暗示的各种技术需求。在康诺桥项目合同的技术要求中把栏杆的技术要求定义为镀锌，并规定了镀锌涂层的厚度；在合同的油漆规范中又把栏杆定义为黄色；在合同的操作维护平台要求中又明确要遵守马来西亚的政府对安全防护的要求（即临边洞口的栏杆应黄黑间色涂装，防止发生意外）。设计师只是按照技术要求进行设计，图纸评审过程中也忽略了这一点，最后导致在移交前进行紧急的合规性整改工作。这个典型的案例证明了雇主的要求存在于合同的任何角落，对合同要求的全面理解与掌握是设计成功的基础。厚厚的英文合同文本需要在短时间内读懂、读透，形成设计输入清单，对国内设计院是一个不小的挑战。

3.2 模块化设计与操作维护手册

国内设计院对海外项目的子系统设计说明和操作维护手册的设计整合存在短板。这是因为国内设计都习惯于按设计专业进行科室分工，开展专业设计工作，各个专业科室的内部业绩考核简单明晰。然而，燃气联合循环电厂的运作是按功能不同的各个子系统分步启动、协调运行的。在西方理念长期影响下的雇主对设计成果的理解与运用，更倾向于在大方向上先了解电厂的功能模块，再分专业了解系统的细部设计。为了满足这一需求，设计整合工作不可或缺；从另一方面来讲，这个整合工作就是模块化设计管理。就康诺桥项目和凯德隆项目来看，我国在燃气联合循环电站的模块化设计方面还有待科技创新。搭建好子系统的组成模块后，对后续的同类设计有很大的裨益，因为燃气联合循环电站设计的同质化程度非常高，几乎可以沿用先前设计，并可针对在工程实践中发现的问题对设计模块不断地进行演进迭代，使其在同型设计中趋于完美、在异型设计中巧占先机，而立于市场的不败之境。

燃气联合循环电站的系统模块化设计除了一般由主机厂家完成的三大主机及其辅助系统外，还应对其他各个子系统进行系统性的描述形成系统说明文件。这样做便于从根部分配系统资源，对系统的结构优化更加便捷，也有利于指导后续的操作维护手册的编写和电厂的性能安全评估。子系统模块化设计后有利于项目建设的参与者和电厂的运行维护者快速、全面地熟悉项目，科学地建设和管理项目。系统详细的设计说明是系统模块设计的纲领性文件，可以讲好设计故事，说服雇主认同总承包商的设计思路和方向，为设计优化策划的获批奠定基础。一个典型的系统设计说明SDD（System Design Description）应包含的内容有：（1）系统目标（系统要实现的总体功能和子系统情况）；（2）设计准则（系统设计符合的设计规范、法律及EPC合同条款内容）；（3）系统描述。包括系统组成（详细叙述系统的组成）；系统功能及实现功能的设计要求（含系统主要的设备与布置、系统管道和阀门、仪控）；与其他系统的接口（与其他系统接口的参考信息）；设计参数（系统的设计性能参数和主要设备的性能参数）；（4）系统运行模式（运行逻辑图、正常启动、运行与停机；异常运行和紧急操作）；（5）设备、阀门和管道设备清单（包含系统内各个具体设备及组件的设计输入、输出参数，型号、规格、材质和KKS编码等信息的清单）；（6）仪表和控制设备清单（包含系统内各个具体仪控组件的设计输入、输出参数，型号、规格、材质和KKS编码等信息的清单）；（7）参考文献（设计标准文件、管道和仪表图、供应商文件、设计文件索引）。

在对系统设备供货商进行设计管理时，还应规范参与项目建设的各个设备或组件厂家的操作维护手册。该手册是电厂运行维护的基础性文件之一，也是编写电厂全厂的系统运行维护手册的基础。一个标准的供货商运行维护手册O&MM（Operation&Maintenance Manuals）应包含以下内容：（1）适用范围；（2）术语、定义和缩写；（3）操作和维护的基本要求；（4）环境、健康与安全方面的要求；（5）设备或系统的功能和设计；（6）操作（设备使用介质与环境的确认、操作的准备、操作程序、操作的指令、特殊操作、终止操作、操作保护、故障排除）；（7）运行维护（运行维护的说明、运行维护的准备工作及工具、运行维护的程序）；（8）停机检修（检修维护的说明、检修维护的准备工作及工具、检修维护的程序、故障的排除、拆解和回装的程序、检修后的性能测试）；（9）客服联系方式。

全厂的系统运行与维护手册是系统模块化设计后的另一个重要成果，需要在执行过程中不断地维护和更新。她是项目移交后，雇主能够顺利接管电厂、维持电厂安全、稳定运行的指导性文件。一个典型的电厂子系统操作维护手册包含的内容有：（1）系统说明；（2）操作程序；（3）主要设备清单；（4）材料清单；（5）阀门清单；（6）系统内触发警报及解除警报的条件清单；（7）管道仪表（P&ID）图；（8）系统内各供货商的操作维护手册和厂家设备图纸；（9）机务图纸；（10）电气接线图及运行逻辑图。

上述模块化设计的成果若涉及设计方的知识产权和供货商的知识产权，应在文件的醒目位置标示产权信息和授权范围。

3.3 热平衡图在燃气联合循环电站性能保证设计中的重要作用

电厂的设计性能指标应满足在所有合同规定和预期的运行条件下，保证安全、有效和可靠地运行，实现最少的人工干预、最少的定期检修、时间最短的维护性停机，并满足雇主合同规定的性能保证值。

在这一设计进程中应充分利于热平衡图，优化热平衡参数，提高机组效率。通过建立热平衡计算模型，优化热平衡参数，制订有针对性的燃气轮机排气参数、机组冷端参数、蒸汽系统参数的热平衡优化方案，从而降低热耗值，提高联合循环机组效率；优化全厂布局，尽量采用紧促布置，合理布置机组子系统与管道，使机组进、排气顺畅，减少效能损失，提高热能利用率；规范各个子系统的能耗指标，利用节能技术优化厂用消耗，削减不必要的厂用能源消耗，提高机组的出力保证值。在这个热平衡模拟中还应特别注意在机组最低与最高两种负荷状态下的热耗值考核。因为燃气联合循环电厂的快速响应能力，很多时候都被用来实现电网的调峰运行。在高/低负荷状态运行的经济指标对雇主的长期利益有着密切关系。另外，性能保证值建模时还应充分考虑气候的影响，如温度和相对湿度、降雨、雷暴、降雪、蒸发量和风等。实际运行经验表明，在相对环境温度低、蒸发量小时，机组的整体出力值偏优。

3.4 项目属地设计咨询在项目合规设计中的作用

在国际项目建设的实践中，项目属地的专业设计咨询因其对属地标准与要求的掌握熟练，能够协助总承包商快速完成设计方案和成果的合规审查与转化，提供属地报批服务，而成为国际项目建设属地政府报批作业执行路线中的不二之选。属地设计咨询的管理工作应当以结果为导向，确保项目在建设中和建成后的各项属地政府要求得到满足，建成后能够按期取得属地政府的相关批文与证书。

在这项设计管理中先要理清：项目需要的进行属地咨询服务项目与内容；各个属地咨询机构的执业咨询范围证书；查证属地设计咨询证书的政府备案情况。其次，对于每一项咨询业务应理清：获得属地政府批文的报批条件清单；属地设计咨询应明确报批条件清单的达标条件及样表；建立报批清单的任务分工表并明确责任方；按照报批条件清单逐项签署、归档，直至取得属地政府证书；为属地设计咨询提供必要的雇主合同要求参考；明确需要保密的协议条款；在属地设计咨询服务合同中明确前述各项责任和义务。

3.5 设计评审管理与策划设计优化

总承包商的设计评审应制定明确的经济杠杆并结合设计方的内部质量管理机制，强化主设方的内部设计评审功能和加快内部评审程序。总包管理团队应设置专人审计与协调设计评审工作。主设计方应在项目现场设立常驻机构并任命代表组织设计评审，负责现场和后方的设计联络与协调工作，并在合适的时机派驻专业助手支持设计代表的工作。设计代表除了具有较好的综合专业素质外，更需要具有优秀的协调和属地语言沟通能力，具体的评审要求按前述的指导原则进行。

设计的优化工作应在招投标阶段就进行设计优化点的预研策划，并在中标后进行积极沟通，将相关沟通的积极结果体现在系统设计说明中，尽可能早地取得业主的书面认可，减少设计工作的反复。设计优化的策划应基于2个目标进行：（1）通过优化的设计方案，在实现与原概念相同功能的同时，能为总承包商降低工程建设难度、节约建设工期或者为雇主带来可以预期的额外收益；（2）通过优化的设计方案实现更佳的机组性能或更低的运维成本，实现对项目不可预见的各方利益最大化的合理使用。设计图冻结后不宜再进行设计优化或变更，防止因变更的子项进度延缓而引发不良地连锁反馈。

3.6 设计与设备采购

设备采购费用占比大，历来是总承包商进行项目经济策划的重中之重。成熟的EPC管理模式下，总承包商和总承包主设计方往往在合作中建立了长期的战略联盟或是同属一家，这样有利于平衡双方利益、快速锁定目标设备选型和配置方案。设备采购的最佳设计管理实践就是在正式发起采购招标邀请前，对设备采购招标的技术参数进行规范，建立规范的采购合同技术规范书范本，对各个具体设备的招标技术要求执行标准化清单模块，包含但不限于对产品应符合的标准、性能参数范围、功耗参数范围、防护等级、防腐要求、材质要求、介质要求、温度与压力要求、安全等级、认证资料要求、接口标准、厂供调试期备品备件与主合同需求的备品备件清单、质保要求、出厂完工报告EOMR、操作维护手册O&MM等方面的内容进行规范。在通过对设备招标规范书清单模块标准化后，有利于设计输入和设备输出参数间的标准化校核与归集，减少失误，提高并行设计效率；有利于工厂监造的质量控制管理。

3.7 常见设计缺陷问题

常见设计缺陷问题包括：

1）重视技术但不熟悉合同与属地规范。缺少对EPC合同、国际标准的全面理解和把握；以国内的思维定式对外报批技术文件；外语的沟通与表达能力不足，引发雇主方对总承包设计文件理解困难。

2）设计接口的参数化标准不够精细。设备供货商厂商的接口没有进行清单化管理，存在漏项；设备性能参数满足要求而功耗参数超标；功能满足要求防护等级不达标；功能满足要求安全性能不达标；设备主体满足要求附件不达标；管道接口不考虑壁厚的影响；不同系统管道选用标准不一，造成接口处材质、管径、壁厚等存在差异。

3）与主机厂家的设计对标问题。未对厂家提出明确的接口清单，被动设计；对厂家图审图不仔细，接口设计漏项；对厂家合同不熟悉，对厂家设计与供货范围不复核，按国内规范的思维定式重复设计或设计漏项。

4）系统模块化设计经验不足。对燃气联合循环电站的系统模块化设计认识不足，缺少对系统的概念固化设计；对燃气电站的热平衡研究不足，系统功耗分配理论与实践有待提高；对KKS编码不重视，特别是排气、疏水、仪控表计的一次、二次门习惯性漏编，对供货商提供的设备模块设计详图的仪控表计与阀门缺少KKS编码；对子系统模块的设计本质安全缺少系统型评估；各个子系统或专业间的并行设计经验有待提高。

5）施工图设计深度不足。因为国标规范与英标和美标规范的理念差别导致施工图深度设计不足，对小管缺少轴侧布置图，蒸汽与化工管道在工厂未定制仪控安装的接管座。穿墙洞口处缺少封闭设计。电缆槽盒的冗余设置不满足主合同要求或者在转角、进户处过度集中、布置不合理。动力电缆与信号电缆间缺少必要的屏蔽或布置不合理。对BIM技术开发与运用尚在起步阶段，对碰撞的研判水平有待提高。

6）人性化设计存在不足。跨专业或系统图纸间的相互参考引用标注不充分，图纸易读性差；在紧凑布置设计的同时没有兼顾操作与维护的便捷性，应当优先可操作、易维护设计；通道平台详设滞后于阀门与仪控表计的安装工作，造成检修维护不便；垂直爬梯口缺少安全门；转动设备检修工位叉车不能到达，备件转运困难；事故按钮的位置到达与撤退不便捷；建筑物进户处缺少挑檐挡雨；厂区雨水收集与排放模型没有与项目属地降雨模型匹配，暴雨天容易积水；厂区功能分区与景观设计水平有待提高。

4 结语

在燃气联合循环电站建设EPC总承包管理的多方竞技中，决定成败的往往是总承包设计环节的较量。谁能够更早地实现并行设计谁将赢得先机，谁能更准确地把握合同条规与雇主需求谁将赢得后手。EPC总承包设计管理的目标就是在总承包合同条款下，提供雇主基本满意的合格产品，实现项目利益的最大化。精细入微，大道至简方能凝练出优秀的设计成果，设计管理工作是时候从幕后走向台前了。