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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(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院2河南德成房地產(chǎn)評估咨詢有限公司

設(shè)計控制方法

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

1優(yōu)化設(shè)備采購、設(shè)計與施工的銜接流程

設(shè)計進(jìn)度是確保工程項目順利實施的前提和基礎(chǔ),為實現(xiàn)設(shè)備采購、條件提資與施工圖設(shè)計的交叉進(jìn)行,應(yīng)將設(shè)計進(jìn)度計劃納入業(yè)主方項目實施總進(jìn)度計劃中,做好設(shè)備采購、設(shè)計出圖、土建施工與設(shè)備安裝進(jìn)度間的統(tǒng)籌規(guī)劃。以TLG糧油加工倉儲物流項目(以下簡稱“TLG項目”)的預(yù)處理車間為例。車間的施工順序受到客觀存在的設(shè)備安裝邏輯關(guān)系制約,應(yīng)考慮大型設(shè)備的吊運路線、安裝空間,土建施工與大型設(shè)備吊裝需穿插進(jìn)行?；臼┕ろ樞驗?廠房地基基礎(chǔ)施工→(落地)設(shè)備基礎(chǔ)施工→上部主結(jié)構(gòu)分層施工→大型(主)設(shè)備分層吊裝就位→上部次結(jié)構(gòu)分層施工→車間物料輸送管網(wǎng)與電氣系統(tǒng)安裝,圖1為車間現(xiàn)場設(shè)備吊裝施工情況。為滿足設(shè)備、設(shè)計、施工三者間的合理銜接,設(shè)計總包方組織業(yè)主方、施工方、機(jī)電承包商參加的設(shè)計進(jìn)度協(xié)調(diào)會,以會議紀(jì)要的形式確定機(jī)電承包商隨設(shè)備采購進(jìn)度依次提供基礎(chǔ)版(第一次條件)、上部主結(jié)構(gòu)版(第二次條件)、上部次結(jié)構(gòu)版(第三次條件)共計3版設(shè)備條件圖。車間主體采用鋼結(jié)構(gòu),這也是實現(xiàn)多版次設(shè)備條件提供、土建施工圖設(shè)計、現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)施工與大型設(shè)備吊裝實現(xiàn)合理銜接的前提,采用鋼結(jié)構(gòu)能夠最大限度減少設(shè)計反復(fù),降低處理設(shè)計變更的難度,提高設(shè)計、施工效率。各版次土建施工圖設(shè)計深度如下:基礎(chǔ)施工圖:滿足現(xiàn)場樁基、承臺施工與鋼結(jié)構(gòu)地腳螺栓埋設(shè)的施工要求(包括車間基礎(chǔ)與落地設(shè)備基礎(chǔ))。上部主結(jié)構(gòu)施工圖:滿足鋼材采購、工廠下料加工、鋼結(jié)構(gòu)主體框架梁柱、柱間支撐現(xiàn)場栓焊連接、大型設(shè)備提前吊裝就位的施工要求。上部次結(jié)構(gòu)施工圖:滿足樓層次梁、鋼筋混凝土組合樓板、樓層設(shè)備地腳螺栓的預(yù)留預(yù)埋、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻梁、檁條的材料采購、工廠下料加工、現(xiàn)場安裝的施工要求。其中,上部主結(jié)構(gòu)與次結(jié)構(gòu)土建施工圖可根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)加工下料、運輸與現(xiàn)場安裝間的進(jìn)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(xiàn)設(shè)計與施工的進(jìn)一步交叉,也為設(shè)備條件深化爭取到更多時間,進(jìn)一步提高了設(shè)備條件的提資可靠性。上述設(shè)備采購、設(shè)計與施工的銜接流程關(guān)系見圖2。

2明確機(jī)電承包商輸入條件

包括機(jī)電承包商應(yīng)提供各階段設(shè)備條件圖的提資時間節(jié)點、內(nèi)容及深度、待定事項及其預(yù)設(shè)要求。這有助于設(shè)計人員明確各階段條件的漸進(jìn)關(guān)系,清晰待定項與不成熟輸入條件,使施工圖設(shè)計工作有的放矢,既確保主結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性,又不影響次結(jié)構(gòu)布置的靈活性,實現(xiàn)與后續(xù)深化設(shè)計的順利銜接,最大限度降低施工中發(fā)生主結(jié)構(gòu)設(shè)計變更的風(fēng)險。以“TLG項目”的預(yù)處理車間為例,要求機(jī)電承包商第一次向土建專業(yè)提資的工藝設(shè)備條件(即基礎(chǔ)版條件)內(nèi)容如下:(1)工藝流程系統(tǒng)圖;(2)車間主設(shè)備(注:單臺50kN以上)布置圖,含樓層設(shè)備平面布置、洞口尺寸與定位、設(shè)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(yè)對車間樓地面及分隔墻體形式要求;(4)連接預(yù)處理車間與浸出車間棧橋的定位、標(biāo)高、洞口大小、刮板支架定位及荷載條件;(5)車間主設(shè)備預(yù)埋件(含預(yù)埋鋼板、螺栓等)規(guī)格、型式、定位;(6)車間樓地面主設(shè)備基礎(chǔ)尺寸、標(biāo)高與定位;(7)車間設(shè)備安裝及檢修用工字鋼導(dǎo)軌路線(含起吊高度、凈空、吊重等要求);(8)設(shè)備待定項清單表,應(yīng)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(chǔ)安全可靠。該項目機(jī)電承包商提供的生產(chǎn)線設(shè)備載荷清單(樣表),見表1。

3組織和技術(shù)接口管理

(1)明確機(jī)電承包商與總包方工作界面。為提高設(shè)計效率,工作界面的劃分以相關(guān)性和獨立性為基本原則[1],即工作界面一側(cè)的出圖支撐條件只與己方有關(guān),能夠單方獨立完成。例如,“TLG項目”中設(shè)備支座、預(yù)埋件與設(shè)備選型密切相關(guān),管道支架與管道走向密切相關(guān),由機(jī)電承包商提供施工詳圖;操作平臺布置與主結(jié)構(gòu)密切相關(guān),由設(shè)計總包方完成施工詳圖。(2)嚴(yán)格技術(shù)接口管理,明確業(yè)主方、設(shè)計總包方、機(jī)電承包商間的信息流轉(zhuǎn)途徑與反饋確認(rèn)程序,保證接口信息及時、準(zhǔn)確、有效。有經(jīng)驗的設(shè)計總包方應(yīng)形成內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的項目技術(shù)接口關(guān)系圖,通過與機(jī)電承包商技術(shù)接口的雙向?qū)?可在很大程度上減少只由機(jī)電承包商單方提供技術(shù)接口而出現(xiàn)的紕漏。(3)加強(qiáng)設(shè)備條件與土建施工圖的階段性設(shè)計復(fù)核,可根據(jù)類似項目設(shè)計接口出錯統(tǒng)計概率,列出需要進(jìn)行設(shè)計復(fù)核的關(guān)鍵點。以TLG項目的預(yù)處理車間為例,要求機(jī)電承包商設(shè)計復(fù)核的關(guān)鍵點如下:1)復(fù)核設(shè)備檢修吊軌的運行路線與軌底標(biāo)高;2)復(fù)核物料輸送棧橋的接口條件(平面定位與標(biāo)高);3)復(fù)核剖面圖中設(shè)備運輸或安裝檢修時的凈空高度要求;4)復(fù)核大直徑工藝管道走向與土建施工圖主/次結(jié)構(gòu)是否沖突;5)復(fù)核是否存在既定設(shè)備布置或荷載發(fā)生變更的情況;6)復(fù)核柱間支撐與工藝輸送洞口發(fā)生沖突的情況;7)復(fù)核成套設(shè)備安裝運輸路線對墻面預(yù)留開孔、對樓面結(jié)構(gòu)加強(qiáng)等要求;8)復(fù)核設(shè)備安裝順序?qū)ν两ㄊ┕さ囊?如設(shè)備支座焊接固定后再澆筑相應(yīng)區(qū)域的組合樓板混凝土等)。

4項目設(shè)計審查論證

設(shè)計審查與論證是讓業(yè)主對項目有一個全面、清晰認(rèn)識的過程,對降低業(yè)主方在后期施工圖設(shè)計深化階段提出設(shè)計變更的風(fēng)險至關(guān)重要。因為設(shè)備采購、條件提供與施工圖設(shè)計是分階段漸進(jìn)的,故業(yè)主方在前期設(shè)計中可能對項目了解不夠,在后期設(shè)備安裝時才發(fā)現(xiàn)問題,提出較的大設(shè)計變更,甚至出現(xiàn)邊施工邊加固的情況。此階段應(yīng)該注意兩方面的問題:①CAPOP審查。對于CAPOP審查,應(yīng)邀請有操作經(jīng)驗的工藝系統(tǒng)工程師參加,業(yè)主方的參加人員最好是操作主管或?qū)ν愌b置有豐富操作經(jīng)驗的專家。這兩類人員往往能夠根據(jù)車間生產(chǎn)實踐,在設(shè)計早期發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)、設(shè)備等多專業(yè)設(shè)計集成環(huán)境下的PDS三維模型中,可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備安裝操作空間是否足夠、大直徑物料輸送管網(wǎng)的走向是否與結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生碰撞等在二維平面或剖面圖中不易被發(fā)現(xiàn)問題,避免因無法進(jìn)行安裝操作而產(chǎn)生設(shè)計變更,確保設(shè)計可施性。以“TLG項目”的包裝注塑車間為例,業(yè)主方在設(shè)計前期以粗線框的設(shè)備布置為基礎(chǔ)進(jìn)行CAPOP審查,因?qū)υO(shè)備的維護(hù)與檢修缺乏考慮,漏設(shè)了維護(hù)、檢修用行吊,在后期注塑設(shè)備安裝時才發(fā)現(xiàn)問題。為保證起吊高度,需拆除行吊運行區(qū)間上層的樓面鋼梁、組合樓板,然后上移;為增設(shè)牛腿、吊車梁、柱間支撐等結(jié)構(gòu)構(gòu)件,需拆除兩側(cè)砌塊墻、構(gòu)造柱,造成較大的現(xiàn)場返工和經(jīng)濟(jì)損失。

5提高設(shè)計變更處理效率

設(shè)計變更是指因設(shè)計、施工缺陷或錯誤而發(fā)生的設(shè)計修改,對于設(shè)計變更應(yīng)處理好變更發(fā)出時間、變更處理效率的問題,因設(shè)計變更往往發(fā)生在現(xiàn)場施工期間,項目的進(jìn)度安排、人力機(jī)具安排都很緊湊,設(shè)計變更滯后會增加設(shè)計和施工的協(xié)調(diào)難度,給項目的進(jìn)度和費用帶來不利影響。首先,施工圖設(shè)計工作應(yīng)向設(shè)備采購、安裝和土建施工等上、下游作業(yè)過程延伸[2],在項目實施過程中,派駐現(xiàn)場專業(yè)工程師處理“錯、漏、碰、缺”等設(shè)計問題,特別是使設(shè)備無法吊裝、施工事故缺陷等需現(xiàn)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(jìn)展。其次,因大型糧油加工倉儲工程的施工圖設(shè)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(fā)生設(shè)計輸入條件的多次變動,難免出現(xiàn)專業(yè)接口間相互脫節(jié)和漏項的情況。因此,項目負(fù)責(zé)人應(yīng)適時組織對項目廠區(qū)高程、總圖定位、工藝管網(wǎng)接口、子項接口、專業(yè)接口等設(shè)計基準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行階段性復(fù)核,至少應(yīng)在現(xiàn)場施工前發(fā)現(xiàn)問題。若施工時才發(fā)現(xiàn)問題,往往會因基準(zhǔn)設(shè)計的錯誤給項目帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失和處理難度。最后,根據(jù)項目實施的技術(shù)規(guī)律,設(shè)計出圖時可能存在施工圖內(nèi)容待定項。設(shè)計人應(yīng)對待定項進(jìn)行跟蹤,督促業(yè)主方落實條件,一旦條件成熟,應(yīng)及時通知現(xiàn)場,以免造成誤工或返工。2•6設(shè)計持續(xù)改進(jìn)項目結(jié)束后,從項目的整個建設(shè)過程看,無論是設(shè)計、采購、施工還是投料開車都有許多值得總結(jié)之處。對設(shè)計而言,雖然已將項目按合同約定完成,但可能由于當(dāng)時的設(shè)計條件所限,并非是合理和經(jīng)濟(jì)的方案,這就需要對出現(xiàn)的問題及時歸納總結(jié),分析是否有優(yōu)化、改進(jìn)設(shè)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(yè)主后,參加該項目的專業(yè)負(fù)責(zé)人總結(jié)項目初步設(shè)計、施工圖設(shè)計、工藝設(shè)備和施工安裝中出現(xiàn)的設(shè)計問題。將變更頻次多、處理難度大的問題歸納,由設(shè)計院總工組織有關(guān)人員分析提出改進(jìn)措施,匯編成出錯信息清單和統(tǒng)一技術(shù)措施手冊并給各項目組實施,實現(xiàn)設(shè)計的持續(xù)改進(jìn)。

并行工程在大型糧油加工倉儲工程設(shè)計中的應(yīng)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(shè)計產(chǎn)品及其相關(guān)的各種過程(包括制造過程和支持過程)的系統(tǒng)化方法”,是近年來制造業(yè)中新出現(xiàn)的一種產(chǎn)品開發(fā)模式,是對產(chǎn)品及其相關(guān)過程進(jìn)行并行、一體化設(shè)計的系統(tǒng)化工作模式[3]。

2并行工程的應(yīng)用效益

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

3并行工程在大型糧油加工倉儲工程設(shè)計中的適應(yīng)性分析

盡管并行工程最早是針對制造業(yè)中產(chǎn)品開發(fā)提出的,但在建筑工程設(shè)計中同樣適用,建筑工程的并行設(shè)計是指基于并行工程思想將傳統(tǒng)的“串行”過程轉(zhuǎn)變?yōu)椤安⑿小边^程的建筑工程設(shè)計模式。(1)大型糧油加工倉儲工程的設(shè)計周期長、參與單位多、專業(yè)工種復(fù)雜,需多單位、多專業(yè)協(xié)同完成。項目設(shè)計過程中存在眾多的組織接口、技術(shù)接口,分期、分批出圖的子項接口,特別是存在設(shè)備采購、施工圖設(shè)計與施工安裝的上下游作業(yè)交叉問題,需要在設(shè)計過程分解與設(shè)計進(jìn)度安排時考慮如何實現(xiàn)三者的合理交叉,而這正是并行工程的出發(fā)點之一。(2)在設(shè)計總包模式下,可以使項目參與各方在總包方的統(tǒng)籌下協(xié)同工作,實施并行工程就有了組織保障?？偘娇梢愿玫匕逊稚⒌摹⒘阈堑捻椖吭O(shè)計開發(fā)過程看成是一個整體、集成的過程,從全局優(yōu)化的角度出發(fā),通過充分的信息共享,及早考慮設(shè)計的“可建造性”、“可生產(chǎn)性”和“可維護(hù)性”,減少設(shè)計變更,從而達(dá)到提高質(zhì)量、縮短工期、節(jié)約成本的目的。

4基于并行工程的設(shè)計過程重組

基于并行工程的設(shè)計過程重組是從傳統(tǒng)的串行產(chǎn)品開發(fā)過程轉(zhuǎn)變成集成的、并行的產(chǎn)品開發(fā)過程,強(qiáng)調(diào)下游作業(yè)過程在產(chǎn)品開發(fā)早期的參與,通過設(shè)計流程改進(jìn),使信息流動與共享的效率更高。傳統(tǒng)組織模式下的設(shè)計過程,不同階段的工作銜接關(guān)系是單向串行“拋過墻”式的[4],見圖3?；诓⑿泄こ趟枷氲脑O(shè)計組織模式強(qiáng)調(diào)信息的交流與共享,強(qiáng)調(diào)上、下游作業(yè)過程的交叉與融合,見圖3。建筑工程并行設(shè)計中設(shè)計流細(xì)分、設(shè)計過圖3串行與并行組織模式下設(shè)計過程比較程規(guī)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(xù)文章中深入研究。