海洋工程建造用结构钢材的数据分析

刘进华， 王永兴， 李洪晏

(海洋石油工程(青岛)有限公司， 山东 青岛 266520)

0 引 言

材料成本是海洋工程建造阶段的主要成本之一，如何高效地利用材料、减少材料成本是项目管理和施工的重点。材料的使用贯穿整个工程建造阶段，因而材料成本也受建造过程多方面因素的影响。狭义的材料成本主要受材料利用效率的影响，但从项目成本来看，一味追求材料的利用率，可能会增加采办成本、施工成本[1]。因而，有必要对材料的使用进行数据化分析，找出材料成本与项目成本之间的影响规律，从整体上减少项目成本。

材料数据分析的基本过程包括明确分析思路、收集和清理相关数据、数据分析及结论。以渤海地区某上部组块建造项目W结构用钢材为例，简述材料数据分析的基本思路和主要内容，以期为后续海洋工程建造项目的材料管理和利用提供借鉴。

1 分析思路

通常而言，材料利用率是影响材料成本的主要因素[2]，因此应以材料利用率分析为核心，探讨材料利用率与采办成本、施工成本、存储成本之间的关系。主要分析思路为：

(1) 分析材料利用率的影响因素；

(2) 材料采办策略分析；

(3) 材料使用方式分析；

(4) 材料进度分析。

2 数据收集和数据清理

数据收集的基本目的是建立结构杆件与钢材材料之间的对应联系，其数据来源主要包括：项目建造资料、钢材的采办料单、施工料单、材料跟踪表、组块结构杆件的图纸材料表、钢材余料跟踪统计表、项目建造管理系统数据等。

从各类表格和管理系统获得的数据虽然多，但其中可能存在大量无效数据和错误。因此，首先要对原始资料进行审核、分组、汇总，使之条理化、系统化，删除无效数据；然后对整理后的数据进行整合、补缺，使数据尽可能规范、完整，例如统一钢材计量单位、料单的格式等。

3 钢材数据分析

3.1 整体分析

W组块属于中心处理平台，包含8根立柱，有3层甲板，板外加一个小夹层，建造工期为13个月。整个项目的材料状况如表1所示。

整体而言，材料的管理体现在减少采办总量、用料总量和余废料等3个方面，相应的指标有材料使用率、材料利用率和施工余料占比。

(1) 材料使用率=C/B×100%，即实际用料与采办总量的比值。其反映项目采办状况的“合理性”，其值越大意味着材料采办时对项目管理和施工的各方面预估越合理。

材料使用率主要受详设图纸状态和备用料这2个因素的影响：

图纸状态的好坏影响材料采办数量的准确程度，图纸的准确度越高，相应的材料采办也越准确。本项目参照详设B版图纸进行材料采办，采办材料使用率为94.9%，而在技术和施工人员基本相同的项目V中，由于采用0版图纸进行采办，材料使用率达到96.8%。

备用料是在采办净料的基础上，为防止工程建造过程中各种意外情况造成材料短缺而必备的材料，通常依照相应规定按一定系数进行采办。备用料主要根据图纸状态和以往项目经验进行采办，受加工设计技术人员的主观判断影响较大。

(2) 材料利用率=A/C×100%，即结构净重与用料总量的比值。它反映了材料的利用效率。材料利用率除受加工设计和施工错误的影响外，还受采办策略、加工设计策略、详设技术文件状态影响。其中，详设技术文件状态决定了材料利用率的上限，体现在3个方面：结构杆件的设计形式、采办时详设图纸的完整度及详设图纸的升版频率。

(3) 施工余料占比=E/C×100%，即施工余料与用料总量的比值。相较于整料，施工余料的保存及在后续项目中的使用都更加繁琐，因此施工余料占比是材料管理过程中一个很重要的控制点。

3.2 分类分析和分项分析

分类分析是指对各类钢材的使用进行分析，分项分析是指对组块主要结构部位的用料状况进行分析。

3.2.1 材料分类分析

如表2所示，本项目总施工用料中板材占比最大，而其相应的材料利用率相对较低，型材次之。因而，板材和型材是材料管理和分析的重点。

表2 材料分类分析

3.2.2 材料分项分析

鉴于板材利用率较低，对板材类结构进行分项分析。表3列出了主要的板类结构利用率，从表3可以看出，甲板板和滑靴利用率较低，其主要原因为：(1)项目实施时，考虑到甲板板后期修改量较大，未进行正式套料排版；(2)滑靴建造施工时，采用了大量的利库材料，而利库材料的规格大小不一，与滑靴零件的尺寸极其不符，影响了材料利用率。综上所述，在后期项目中，甲板板的套料排版应作为控制材料利用率的一个重点。

表3 板材分项分析

3.3 采办策略分析

采办策略的影响主要体现在材料的采办尺寸上。采办尺寸要求通常分两类：定尺采办和不定尺采办。本项目线性钢材如型钢、成品管采用定尺采办，板材类钢材大多采用不定尺采办。

3.3.1 定尺采办的影响分析

定尺采办的优势体现在：可以争取更为优惠的采办报价；材料供应商供货周期短；材料仓储管理简便，倒料更加便捷；材料换用方便。

定尺采办可细分为指定单一采办尺寸和指定多种采办尺寸两种情况。在本项目中，根据项目组要求，所有型钢按照12 m尺寸进行采办，利用率为86.29%，就型钢这类线性材料而言，其利用率并不高。现根据多种常见尺寸对型钢进行重新套料排版，材料利用率如图1所示。从图1可以看出，10 m采办长度时材料的利用率最高，且相较于实际利用率提升明显。从结构图纸也可以推测出组块平面图纸跨距大部分为10 m，型钢梁的规格也多为10 m。项目组采办管理人员在制订采办策略时应充分考虑到这一点。

图1 不同采办尺寸利用率

3.3.2 不定尺采办的影响分析

除甲板板外，本项目板材类材料采用不定尺采办。不定尺采办虽然可以提高材料的利用率，但由于板尺规格多，导致现场倒料繁琐且材料可替换性差。对于卷制管，其单个杆件尺寸较大，杆件数量少，若采用定尺采办则利用率会明显下降。对于组合梁这类杆件尺寸不大且杆件数量多的结构，将其按照指定尺寸重新排版套料，钢板板尺规格采用常见的3 m×12 m和3 m×9 m，其利用率分别为82.1%和81.5%，与不定尺采办相差并不大。因此，后续采办板材材料时可以综合考虑利用率、采办成本和施工成本的影响，确定最优的采办策略。

3.4 使用策略分析

3.4.1 套料排版方式的影响

根据现场甲板片预制施工管理方式的不同，套料排版主要有3种形式：按照甲板片套料排版、按层套料排版和整体套料排版。套料排版方式的不同会对材料管理产生影响，通常套料杆件数量越多，材料的利用率越高。相较于板材在二维方向上排版，型材和管材等线性材料的利用率对排版方式更加敏感。表4为组块主结构型钢在不同排版方式下的材料用量。

表4 组块主结构型钢在不同排版方式下用料 t

套料排版方式不仅影响利用率，还会影响下料切割时的倒料次数。一份套料排版文件除包含整料外，还应充分利用其他排版图产生的余料。表5统计了采用不同套料排版方式时组块主结构型钢整料和余料的总数量，即倒料次数。

表5 组块主结构型钢倒料次数 次

在不影响现场施工管理的情况下，应综合考虑现场施工习惯、材料利用率和倒料次数等因素来选择加工设计方式，从整体上减少项目建造成本。

3.4.2 余料的使用原则

钢材在使用过程中不可避免地会产生大量的“料头”，即施工余料[3]。大部分施工余料受尺寸限制无法单独用于切割零部件。为对其进行再利用，需在结构杆件上增加额外的拼缝。板材的“料头”零散，而且相关标准和建造规格书对板材拼缝的添加要求更为严格，型钢“料头”的拼接使用要求则相对简单。在实践中，需要综合考虑材料利用率和拼缝焊接工作的成本来确定余料的使用原则。

3.5 进度管理分析

材料进度管理最关键的3个时间点为钢材采办时间、钢材到货入库时间和钢材使用时间。其中，采办时间与到货时间的差值即采办周期，钢材使用时间与入库时间的差值即库存周期。理想的材料进度状态是材料到货入库后马上进入使用状态，即最大程度地减少材料库存时间[4]。表6统计了不同材料的到货周期和库存周期。从表6可以看出，本项目对材料的进度管理未予以充分重视，库存周期较长。采办管理人员应当根据材料需求和到货周期合理安排订单的发出时间，以最大程度地减少库存周期。

表6 到货周期与库存周期 d

3.6 历史数据的积累和分析

在项目实践中，可以通过对大量以往项目的历史数据进行综合比较分析，找出普遍规律，进而指导和改进后续的项目。其基本流程为：首先，根据以往项目的类型、用量、结构、采办策略、施工方案的不同，对采办数据进行分类汇总；其次，对相同类型的项目进行对比分析，尽量减少干扰因素，找出普遍适用的规律；最后，结合本项目特点，制订最佳材料管理实施策略。

4 结 论

讨论材料数据分析的基本思路和主要分析内容，结合实际项目，通过对材料各方面的分析得出以下结论：

(1) 材料利用率是材料管理和分析的重点；

(2) 应充分重视采办策略对材料利用率的影响；

(3) 材料的使用策略会影响材料利用率和施工成本；

(4) 实现零库存管理需要重点分析和考察材料的到货周期和库存周期；

(5) 材料分析的指导性应建立在大数据分析的基础上。