線性工程管理軟件在油氣長(zhǎng)輸管道工程管理中的應(yīng)用

黃 曦，劉冠玉，楊 悅，葉 剛

中國(guó)石油管道局工程有限公司國(guó)際事業(yè)部，河北 廊坊

1.引言

線性工程是指工程作業(yè)帶具有線性特征的綜合性工程。油氣長(zhǎng)輸管道工程的作業(yè)根據(jù)管道路由走向，通常具有線性定位參照系統(tǒng)的特征，屬于典型線性工程作業(yè)。油氣長(zhǎng)輸管道工程常見的工程項(xiàng)目管理方法一般有甘特圖法(Gantt chart)、關(guān)鍵路徑法(CPM 法，critical path method)，以及線性計(jì)劃法(LSM 法，linear schedule method)。在國(guó)內(nèi)的油氣長(zhǎng)輸管道工程管理過程中，大多關(guān)注基于甘特圖法和關(guān)鍵路徑法的管理，而在國(guó)際管道工程建設(shè)過程中，除了上述管理方法外，還重點(diǎn)關(guān)注線性計(jì)劃法在施工部署方面的應(yīng)用。本文通過論述這三種適用于油氣長(zhǎng)輸管道工程的管理方法，并結(jié)合國(guó)際項(xiàng)目中應(yīng)用管理軟件的實(shí)例，分析上述管理方法的差異及優(yōu)缺點(diǎn)。

2.油氣長(zhǎng)輸管道工程項(xiàng)目管理軟件概況

目前用于油氣長(zhǎng)輸管道工程的主流管理軟件有Primavera P6、Microsoft Project 等，其原理大多是基于關(guān)鍵路徑法，側(cè)重于分解項(xiàng)目各項(xiàng)工作活動(dòng)的邏輯聯(lián)系。這類軟件的最大優(yōu)勢(shì)是在于通過軟件輸出項(xiàng)目的關(guān)鍵路徑及甘特圖，能夠詳細(xì)展示項(xiàng)目總工期，各項(xiàng)工作持續(xù)時(shí)間、邏輯關(guān)系等信息，更加適用于大型建筑及設(shè)施的建設(shè)工程管理，如化工廠、發(fā)電站。上述軟件對(duì)于類似油氣長(zhǎng)輸管道工程的線性項(xiàng)目，其缺陷在于沿線地形地貌等關(guān)鍵物理信息，沿線施工資源部署，施工效率變化等均無法予以體現(xiàn)。

TILOS 是國(guó)際大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，尤其是線性工程建設(shè)項(xiàng)目的首選軟件，并在世界排名前十的工程建設(shè)公司均有應(yīng)用的案例，在大型線性工程項(xiàng)目中應(yīng)用的案例包括：加利福尼亞高速鐵路項(xiàng)目，加拿大阿爾伯塔快船地區(qū)管道項(xiàng)目，捷克加吉爾卡天然氣管道項(xiàng)目等。

TILOS 的應(yīng)用能夠提高在規(guī)劃與管理大型項(xiàng)目中重復(fù)性任務(wù)的可視化，在一個(gè)計(jì)劃中將時(shí)間特性與位置特性可視化展現(xiàn)，并將項(xiàng)目中基于甘特圖的規(guī)劃擴(kuò)展到時(shí)距圖規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)油氣長(zhǎng)輸管道、道路和軌道建設(shè)項(xiàng)目等線性項(xiàng)目的有效規(guī)劃和控制。時(shí)間–里程–圖表的全圖形界面、完全支持關(guān)鍵路徑法(CPM)技術(shù)，加強(qiáng)的位置及生產(chǎn)限制條件。

上述軟件的功能特性對(duì)比見表1。

Table 1.Comparison of pipeline project management software表1.管道工程常用管理軟件對(duì)比

3.油氣長(zhǎng)輸管道工程管理方法

油氣長(zhǎng)輸管道工程通常是系統(tǒng)性、復(fù)雜性的工程，一般具有四個(gè)特點(diǎn)。首先是工程沿線距離長(zhǎng)，通常在幾百到幾千公里，比如著名的西氣東輸一線管道工程、二線管道工程，干線長(zhǎng)度超過4000 公里。第二個(gè)特點(diǎn)是沿線地質(zhì)條件和氣候條件復(fù)雜，比如中俄管線有永久凍土的情況，泰國(guó)管線項(xiàng)目存在雨季施工的問題。三是項(xiàng)目工期長(zhǎng)，通常在兩年到三年以上。四是工程參與方眾多，協(xié)調(diào)難度大。在工程進(jìn)行過程中，設(shè)備供應(yīng)商、監(jiān)理單位、土建施工方、焊接施工隊(duì)伍等同時(shí)參與，管理和協(xié)調(diào)工作較為復(fù)雜。由于油氣長(zhǎng)輸管道工程的上述復(fù)雜性，運(yùn)用科學(xué)合理的項(xiàng)目管理方法和管理工具軟件，是項(xiàng)目能否按期保質(zhì)完成的關(guān)鍵。

3.1.甘特圖法

甘特圖是大型工程管理與計(jì)劃最常用的手段之一。甘特圖由HENRY GANTT 于第一次世界大戰(zhàn)期間發(fā)明的管理方法。甘特圖橫軸顯示各項(xiàng)工作的起始和持續(xù)時(shí)間，縱軸是各工作項(xiàng)的名稱。由于甘特圖能夠很好的提供項(xiàng)目計(jì)劃整體概況，易于理解，在項(xiàng)目管理的應(yīng)用非常廣泛。但是，甘特圖無法提供更多的項(xiàng)目管理細(xì)節(jié)信息，對(duì)于提高項(xiàng)目管理整體效率并不是非常有效。油氣長(zhǎng)輸管道工程管理中應(yīng)用的典型甘特圖見圖1 [1]。

Figure 1.Typical Gantt chart of pipeline project圖1.典型管道項(xiàng)目甘特圖

3.2.關(guān)鍵路徑法

杜邦公司1957 年在化工制造領(lǐng)域首先提出用于項(xiàng)目計(jì)劃管理的關(guān)鍵路徑法。關(guān)鍵路徑法可以通過建立各項(xiàng)工作的邏輯關(guān)系，計(jì)算完成項(xiàng)目所需的最短工期，從而節(jié)省項(xiàng)目成本。油氣長(zhǎng)輸管道工程中關(guān)鍵路徑法的應(yīng)用與其他行業(yè)基本類似，典型的關(guān)鍵路徑法示意見圖2 [2]。

從圖2 中可以看出，通過關(guān)鍵路徑法，在項(xiàng)目管理過程中，通過分解工作流程以及各工作項(xiàng)的內(nèi)在邏輯關(guān)系，可以得出管理活動(dòng)的關(guān)鍵路徑。各工作項(xiàng)在方框內(nèi)表示，方框左上角和左下角分別是工作項(xiàng)的最晚開始時(shí)間和最早開始時(shí)間，方框右上角和右下角分別是工作項(xiàng)的最晚結(jié)束時(shí)間和最早結(jié)束時(shí)間。工作流程順序以箭頭順序表示。

在油氣長(zhǎng)輸管道工程的應(yīng)用中，關(guān)鍵路徑法比甘特圖的優(yōu)勢(shì)在于，可以通過計(jì)算浮動(dòng)時(shí)間，優(yōu)化項(xiàng)目工期，節(jié)省項(xiàng)目成本。

Figure 2.Typical chart of critical path method圖2.典型關(guān)鍵路徑法示意圖

3.3.線性計(jì)劃法

線性計(jì)劃法是側(cè)重于項(xiàng)目資源連續(xù)利用，活動(dòng)重復(fù)性高，并通過圖表的方式進(jìn)行計(jì)劃和管理的一種方法，典型線性計(jì)劃法見圖3。油氣長(zhǎng)輸管道工程的特點(diǎn)恰好是在連續(xù)的作業(yè)帶上進(jìn)行重復(fù)性施工作業(yè)，工程管理的重點(diǎn)就是作業(yè)的連續(xù)性以及作業(yè)資源利用率最大化，與線性計(jì)劃法的特性十分相符。

Figure 3.Typical chart of linear scheduling method圖3.典型線性計(jì)劃法圖例

線性計(jì)劃法的輸出結(jié)果是時(shí)距圖(Time-Distance chart)，其橫軸表示物理距離長(zhǎng)度，縱軸表示時(shí)間長(zhǎng)度。行軍圖(March chart)是在時(shí)距圖基礎(chǔ)上，增加了包括地形地貌、沿線高程、作業(yè)隊(duì)伍配置等重要工程信息的一種圖表，這種圖表廣泛應(yīng)用于國(guó)際線性工程。早期的行軍圖是通過手繪，或是通過Microsoft Excel進(jìn)行繪制。隨著線性工程管理軟件的發(fā)展，行軍圖中體現(xiàn)的工程信息更加豐富，在工程計(jì)劃和管理過程中發(fā)揮了重要作用，被越來越多的線性工程所采用。

4.TILOS 在某油氣長(zhǎng)輸管道工程中的應(yīng)用

以非洲區(qū)域某油氣長(zhǎng)輸管道工程為例，分析TILOS 軟件在油氣長(zhǎng)輸管道工程應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。該工程包括655 公里管道干線，3 個(gè)泵站，24 個(gè)截?cái)嚅y室。工期15 個(gè)月，雨季時(shí)間為每年的6 月到9 月。

4.1.關(guān)鍵工程信息

通過TILOS 軟件對(duì)本管道工程進(jìn)行建模，輸出的行軍圖中需要具備的關(guān)鍵工程信息，主要有線性參照信息、地理環(huán)境信息、工程作業(yè)信息、資源利用信息。

1) 線性參照信息

相比傳統(tǒng)時(shí)距圖，通過TILOS 導(dǎo)入工程數(shù)據(jù)，生成的行軍圖中可以顯示更多信息。如圖4 所示，管道沿線轉(zhuǎn)角樁、閥室及泵站里程位置，管道沿線高程信息，管道沿線平面走向圖均可以在行軍圖中體現(xiàn)。

Figure 4.Linear reference information in march chart圖4.行軍圖中線性參照信息

2) 環(huán)境地理信息

環(huán)境地理信息包括地形地貌信息和氣候信息。如圖5 所示，本工程管道沿線地貌信息有三類，綠色為熱帶稀樹草原區(qū)域，灰色為丘陵區(qū)域，藍(lán)色表示水網(wǎng)區(qū)域。氣候信息為工程期間內(nèi)雨季的時(shí)間范圍。

環(huán)境地理信息與工程管理緊密相關(guān)，地形地貌及氣候因素對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道工程的作業(yè)效率影響巨大。常見的情況包括山區(qū)作業(yè)效率低于平原作業(yè)，永久凍土段作業(yè)效率低于沙漠段。雨季施工效率降低，嚴(yán)重影響管道焊接質(zhì)量，增加施工成本，非洲、東南亞等地區(qū)雨季時(shí)間甚至長(zhǎng)達(dá)3 到6 個(gè)月，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度和質(zhì)量。因此，行軍圖中體現(xiàn)所在工程的環(huán)境地理信息非常關(guān)鍵。

Figure 5.Environmental and geographic information in march chart圖5.行軍圖中的環(huán)境地理信息

3) 工程作業(yè)信息

如圖6 所示，本管道工程作業(yè)主要有七個(gè)方面，分別是勘察測(cè)量及作業(yè)帶清理，布管、組對(duì)及焊接，無損檢測(cè)及焊口防腐，管溝開挖，下管，回填，布置管道標(biāo)識(shí)及地貌恢復(fù)。上述作業(yè)在行軍圖中以不同顏色和形式的標(biāo)志線表示，作業(yè)間的邏輯關(guān)系以箭頭形式表示。

Figure 6.Work flow in march chart圖6.行軍圖中各項(xiàng)工序信息

4) 資源利用信息如何定義工程的資源信息，并根據(jù)工程實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整作業(yè)效率，是決定工程能否順利進(jìn)行的重要因素之一。以本工程為例，作業(yè)所在地是非洲地區(qū)，每年6 月到9 月是雨季，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效率取決于雨季影響，因此需重點(diǎn)保障管道焊接等關(guān)鍵作業(yè)在非雨季期間完成。從圖7 可以看出，雖然進(jìn)入雨季期間的作業(yè)效率明顯出現(xiàn)下滑，但仍可以保證工期可控。

Figure 7.Work efficiency change in march chart (blue section is monsoon season)圖7.行軍圖中工效變化(藍(lán)色區(qū)域?yàn)橛昙咀鳂I(yè))

4.2.工程作業(yè)方案比選

通過TILOS 軟件進(jìn)行建模分析，可以對(duì)本工程作業(yè)和資源利用進(jìn)行方案比選。

方案一：考慮到本工程作業(yè)的連續(xù)性，為了避免雨季施工，所有工作在第一個(gè)雨季后進(jìn)行。根據(jù)資源部署，需要10 個(gè)機(jī)組同時(shí)在第一個(gè)雨季后進(jìn)行作業(yè)，才能滿足項(xiàng)目工期要求，方案一如圖8 所示。

Figure 8.10 working crews for plan one in march chart圖8.方案一部署10 個(gè)機(jī)組作業(yè)的行軍圖

方案二：通過拆分工程作業(yè)段長(zhǎng)度，將作業(yè)段分為兩段。第一段40%的作業(yè)長(zhǎng)度在第一個(gè)雨季前完成，第二段60%的剩余作業(yè)段長(zhǎng)度在第二個(gè)雨季后完成。經(jīng)調(diào)整優(yōu)化，需要5 個(gè)作業(yè)機(jī)組在不同時(shí)間段進(jìn)行同時(shí)作業(yè)，方案二如圖9 所示。

Figure 9.5 working crews for plan two in march chart圖9.方案二部署5 個(gè)機(jī)組作業(yè)的行軍圖

從上述行軍圖中可以看出，方案一的作業(yè)資源配置多，成本高。人員及設(shè)備動(dòng)遷難度大，作業(yè)時(shí)間集中在兩個(gè)雨季之間，各專業(yè)各部門協(xié)調(diào)難度大。如果某一項(xiàng)作業(yè)未能按時(shí)完工，雨季之后趕工非常困難，工期風(fēng)險(xiǎn)無法控制。通過上述方案比選，采用方案二作為本工程最終的作業(yè)方案。

4.3.工程案例結(jié)論

通過上述工程中實(shí)際應(yīng)用的案例，可以發(fā)現(xiàn)TILOS 軟件在整合工程信息、調(diào)整資源部署方面，較其他軟件有很大優(yōu)勢(shì)，具體包括：

1) 地形地貌、氣候等因素引起作業(yè)效率變化，在TILOS 軟件中調(diào)整工效十分便捷，多種因素對(duì)效率的影響可以進(jìn)行疊加。

2) 由于作業(yè)效率變化引起的工期調(diào)整可以自動(dòng)計(jì)算，并通過行軍圖來體現(xiàn)調(diào)整后的結(jié)果，便于工程管理人員進(jìn)行規(guī)劃和決策。

3) 工程的總工期固定，可以通過調(diào)整作業(yè)效率，配置不同的作業(yè)資源，計(jì)算不同資源分配方案下的工程成本，便于工程管理人員在資源成本與時(shí)間成本之間尋找平衡點(diǎn)。

當(dāng)然，TILOS 的劣勢(shì)也很明顯。相對(duì)與其他管理軟件，其主要劣勢(shì)體現(xiàn)在無法針對(duì)工程設(shè)計(jì)、采辦階段，作業(yè)均為非線性作業(yè)，且側(cè)重作業(yè)間邏輯關(guān)系的工程計(jì)劃與管理。

5.結(jié)論

我國(guó)是油氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)大國(guó)，根據(jù)《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《中長(zhǎng)期油氣管網(wǎng)規(guī)劃》，2025年我國(guó)石油天然氣管道總里程將超過16 萬公里。大規(guī)模的管道工程建設(shè)勢(shì)必需要更高水平的工程管理技術(shù)和理念。隨著線性計(jì)劃法在油氣長(zhǎng)輸管道工程領(lǐng)域接受程度不斷提高，其應(yīng)用價(jià)值也將會(huì)越來越廣泛，為管道工程建設(shè)帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。