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本文作者：王建聲1丁玉賢2黃海榮1李建平1作者單位：1河南工業大學土木建筑學院2河南德成房地產評估咨詢有限公司

設計控制方法

工程設計基本流程包括設計輸入、設計輸出、設計評審、設計驗證、設計確認、設計變更、設計總結等環節,對于大型糧油加工倉儲工程的設計流程控制重點應放在設計輸入(包括輸入條件和設計接口)和設計評審論證。

1優化設備采購、設計與施工的銜接流程

設計進度是確保工程項目順利實施的前提和基礎,為實現設備采購、條件提資與施工圖設計的交叉進行,應將設計進度計劃納入業主方項目實施總進度計劃中,做好設備采購、設計出圖、土建施工與設備安裝進度間的統籌規劃。以TLG糧油加工倉儲物流項目(以下簡稱“TLG項目”)的預處理車間為例。車間的施工順序受到客觀存在的設備安裝邏輯關系制約,應考慮大型設備的吊運路線、安裝空間,土建施工與大型設備吊裝需穿插進行。基本施工順序為:廠房地基基礎施工→(落地)設備基礎施工→上部主結構分層施工→大型(主)設備分層吊裝就位→上部次結構分層施工→車間物料輸送管網與電氣系統安裝,圖1為車間現場設備吊裝施工情況。為滿足設備、設計、施工三者間的合理銜接,設計總包方組織業主方、施工方、機電承包商參加的設計進度協調會,以會議紀要的形式確定機電承包商隨設備采購進度依次提供基礎版(第一次條件)、上部主結構版(第二次條件)、上部次結構版(第三次條件)共計3版設備條件圖。車間主體采用鋼結構,這也是實現多版次設備條件提供、土建施工圖設計、現場鋼結構施工與大型設備吊裝實現合理銜接的前提,采用鋼結構能夠最大限度減少設計反復,降低處理設計變更的難度,提高設計、施工效率。各版次土建施工圖設計深度如下:基礎施工圖:滿足現場樁基、承臺施工與鋼結構地腳螺栓埋設的施工要求(包括車間基礎與落地設備基礎)。上部主結構施工圖:滿足鋼材采購、工廠下料加工、鋼結構主體框架梁柱、柱間支撐現場栓焊連接、大型設備提前吊裝就位的施工要求。上部次結構施工圖:滿足樓層次梁、鋼筋混凝土組合樓板、樓層設備地腳螺栓的預留預埋、外圍護結構墻梁、檁條的材料采購、工廠下料加工、現場安裝的施工要求。其中,上部主結構與次結構土建施工圖可根據鋼結構加工下料、運輸與現場安裝間的進度緩沖時間,再劃分為兩階段出圖(1~5層為第Ⅰ階段,6~10層為第Ⅱ階段),實現設計與施工的進一步交叉,也為設備條件深化爭取到更多時間,進一步提高了設備條件的提資可靠性。上述設備采購、設計與施工的銜接流程關系見圖2。

2明確機電承包商輸入條件

包括機電承包商應提供各階段設備條件圖的提資時間節點、內容及深度、待定事項及其預設要求。這有助于設計人員明確各階段條件的漸進關系,清晰待定項與不成熟輸入條件,使施工圖設計工作有的放矢,既確保主結構設計的可靠性,又不影響次結構布置的靈活性,實現與后續深化設計的順利銜接,最大限度降低施工中發生主結構設計變更的風險。以“TLG項目”的預處理車間為例,要求機電承包商第一次向土建專業提資的工藝設備條件(即基礎版條件)內容如下:(1)工藝流程系統圖;(2)車間主設備(注:單臺50kN以上)布置圖,含樓層設備平面布置、洞口尺寸與定位、設備或操作荷載大小、方向、作用位置并注明點荷、線荷、面荷或振動荷載;(3)工藝專業對車間樓地面及分隔墻體形式要求;(4)連接預處理車間與浸出車間棧橋的定位、標高、洞口大小、刮板支架定位及荷載條件;(5)車間主設備預埋件(含預埋鋼板、螺栓等)規格、型式、定位;(6)車間樓地面主設備基礎尺寸、標高與定位;(7)車間設備安裝及檢修用工字鋼導軌路線(含起吊高度、凈空、吊重等要求);(8)設備待定項清單表,應給出可能的布置范圍與荷載范圍,并保留一定冗余度,以確保先期施工的地基基礎安全可靠。該項目機電承包商提供的生產線設備載荷清單(樣表),見表1。

3組織和技術接口管理

(1)明確機電承包商與總包方工作界面。為提高設計效率,工作界面的劃分以相關性和獨立性為基本原則[1],即工作界面一側的出圖支撐條件只與己方有關,能夠單方獨立完成。例如,“TLG項目”中設備支座、預埋件與設備選型密切相關,管道支架與管道走向密切相關,由機電承包商提供施工詳圖;操作平臺布置與主結構密切相關,由設計總包方完成施工詳圖。(2)嚴格技術接口管理,明確業主方、設計總包方、機電承包商間的信息流轉途徑與反饋確認程序,保證接口信息及時、準確、有效。有經驗的設計總包方應形成內部標準的項目技術接口關系圖,通過與機電承包商技術接口的雙向對接,可在很大程度上減少只由機電承包商單方提供技術接口而出現的紕漏。(3)加強設備條件與土建施工圖的階段性設計復核,可根據類似項目設計接口出錯統計概率,列出需要進行設計復核的關鍵點。以TLG項目的預處理車間為例,要求機電承包商設計復核的關鍵點如下:1)復核設備檢修吊軌的運行路線與軌底標高;2)復核物料輸送棧橋的接口條件(平面定位與標高);3)復核剖面圖中設備運輸或安裝檢修時的凈空高度要求;4)復核大直徑工藝管道走向與土建施工圖主/次結構是否沖突;5)復核是否存在既定設備布置或荷載發生變更的情況;6)復核柱間支撐與工藝輸送洞口發生沖突的情況;7)復核成套設備安裝運輸路線對墻面預留開孔、對樓面結構加強等要求;8)復核設備安裝順序對土建施工的要求(如設備支座焊接固定后再澆筑相應區域的組合樓板混凝土等)。

4項目設計審查論證

設計審查與論證是讓業主對項目有一個全面、清晰認識的過程,對降低業主方在后期施工圖設計深化階段提出設計變更的風險至關重要。因為設備采購、條件提供與施工圖設計是分階段漸進的,故業主方在前期設計中可能對項目了解不夠,在后期設備安裝時才發現問題,提出較的大設計變更,甚至出現邊施工邊加固的情況。此階段應該注意兩方面的問題:①CAPOP審查。對于CAPOP審查,應邀請有操作經驗的工藝系統工程師參加,業主方的參加人員最好是操作主管或對同類裝置有豐富操作經驗的專家。這兩類人員往往能夠根據車間生產實踐,在設計早期發現功能性問題和使用操作上的問題。②PDS審查。通過PDS審查,在建筑、結構、設備等多專業設計集成環境下的PDS三維模型中,可以發現設備安裝操作空間是否足夠、大直徑物料輸送管網的走向是否與結構構件發生碰撞等在二維平面或剖面圖中不易被發現問題,避免因無法進行安裝操作而產生設計變更,確保設計可施性。以“TLG項目”的包裝注塑車間為例,業主方在設計前期以粗線框的設備布置為基礎進行CAPOP審查,因對設備的維護與檢修缺乏考慮,漏設了維護、檢修用行吊,在后期注塑設備安裝時才發現問題。為保證起吊高度,需拆除行吊運行區間上層的樓面鋼梁、組合樓板,然后上移;為增設牛腿、吊車梁、柱間支撐等結構構件,需拆除兩側砌塊墻、構造柱,造成較大的現場返工和經濟損失。

5提高設計變更處理效率

設計變更是指因設計、施工缺陷或錯誤而發生的設計修改,對于設計變更應處理好變更發出時間、變更處理效率的問題,因設計變更往往發生在現場施工期間,項目的進度安排、人力機具安排都很緊湊,設計變更滯后會增加設計和施工的協調難度,給項目的進度和費用帶來不利影響。首先,施工圖設計工作應向設備采購、安裝和土建施工等上、下游作業過程延伸[2],在項目實施過程中,派駐現場專業工程師處理“錯、漏、碰、缺”等設計問題,特別是使設備無法吊裝、施工事故缺陷等需現場查看解決的問題,能夠得到及時有效處理,推動整個項目的進展。其次,因大型糧油加工倉儲工程的施工圖設計是分期分批完成的,時間跨度大,各子項出圖周期緊張,出圖版次多且可能發生設計輸入條件的多次變動,難免出現專業接口間相互脫節和漏項的情況。因此,項目負責人應適時組織對項目廠區高程、總圖定位、工藝管網接口、子項接口、專業接口等設計基準內容進行階段性復核,至少應在現場施工前發現問題。若施工時才發現問題,往往會因基準設計的錯誤給項目帶來較大的經濟損失和處理難度。最后,根據項目實施的技術規律,設計出圖時可能存在施工圖內容待定項。設計人應對待定項進行跟蹤,督促業主方落實條件,一旦條件成熟,應及時通知現場,以免造成誤工或返工。2•6設計持續改進項目結束后,從項目的整個建設過程看,無論是設計、采購、施工還是投料開車都有許多值得總結之處。對設計而言,雖然已將項目按合同約定完成,但可能由于當時的設計條件所限,并非是合理和經濟的方案,這就需要對出現的問題及時歸納總結,分析是否有優化、改進設計的可能,以供今后類似項目中參考和借鑒。以“TLG項目”為例,項目投料試車移交業主后,參加該項目的專業負責人總結項目初步設計、施工圖設計、工藝設備和施工安裝中出現的設計問題。將變更頻次多、處理難度大的問題歸納,由設計院總工組織有關人員分析提出改進措施,匯編成出錯信息清單和統一技術措施手冊并給各項目組實施,實現設計的持續改進。

并行工程在大型糧油加工倉儲工程設計中的應用

1并行工程簡介

并行工程源自Winner的美國國防分析研究所的R-338報告“并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關的各種過程(包括制造過程和支持過程)的系統化方法”,是近年來制造業中新出現的一種產品開發模式,是對產品及其相關過程進行并行、一體化設計的系統化工作模式[3]。

2并行工程的應用效益

在產品的并行設計過程中,通過前期設計階段不同領域的相關參與方之間開放的信息交流,使項目執行中各個過程之間的界面融合成為可能,避免由于前期設計中未考慮下游過程中相關因素而導致設計更改和反復。美國IDA的研究報告表明并行工程應用效益是明顯的:(1)設計質量的改進,使早期生產中過程變更次數減少50%以上;(2)產品設計及其有關過程的并行進行,使產品開發周期減少40%~60%;(3)多功能小組一體化進行產品及其有關過程的設計,使成本降低30%~40%;(4)產品及其有關過程的優化,使產品的報廢及反復工作減少75%。

3并行工程在大型糧油加工倉儲工程設計中的適應性分析

盡管并行工程最早是針對制造業中產品開發提出的,但在建筑工程設計中同樣適用,建筑工程的并行設計是指基于并行工程思想將傳統的“串行”過程轉變為“并行”過程的建筑工程設計模式。(1)大型糧油加工倉儲工程的設計周期長、參與單位多、專業工種復雜,需多單位、多專業協同完成。項目設計過程中存在眾多的組織接口、技術接口,分期、分批出圖的子項接口,特別是存在設備采購、施工圖設計與施工安裝的上下游作業交叉問題,需要在設計過程分解與設計進度安排時考慮如何實現三者的合理交叉,而這正是并行工程的出發點之一。(2)在設計總包模式下,可以使項目參與各方在總包方的統籌下協同工作,實施并行工程就有了組織保障。總包方可以更好地把分散的、零星的項目設計開發過程看成是一個整體、集成的過程,從全局優化的角度出發,通過充分的信息共享,及早考慮設計的“可建造性”、“可生產性”和“可維護性”,減少設計變更,從而達到提高質量、縮短工期、節約成本的目的。

4基于并行工程的設計過程重組

基于并行工程的設計過程重組是從傳統的串行產品開發過程轉變成集成的、并行的產品開發過程,強調下游作業過程在產品開發早期的參與,通過設計流程改進,使信息流動與共享的效率更高。傳統組織模式下的設計過程,不同階段的工作銜接關系是單向串行“拋過墻”式的[4],見圖3。基于并行工程思想的設計組織模式強調信息的交流與共享,強調上、下游作業過程的交叉與融合,見圖3。建筑工程并行設計中設計流細分、設計過圖3串行與并行組織模式下設計過程比較程規劃與重組以及并行工程在大型糧油加工倉儲工程中的實施路徑等問題將在后續文章中深入研究。