海洋工程建造用結(jié)構(gòu)鋼材的數(shù)據(jù)分析

劉進華， 王永興， 李洪晏

(海洋石油工程(青島)有限公司， 山東 青島 266520)

0 引 言

材料成本是海洋工程建造階段的主要成本之一，如何高效地利用材料、減少材料成本是項目管理和施工的重點。材料的使用貫穿整個工程建造階段，因而材料成本也受建造過程多方面因素的影響。狹義的材料成本主要受材料利用效率的影響，但從項目成本來看，一味追求材料的利用率，可能會增加采辦成本、施工成本[1]。因而，有必要對材料的使用進行數(shù)據(jù)化分析，找出材料成本與項目成本之間的影響規(guī)律，從整體上減少項目成本。

材料數(shù)據(jù)分析的基本過程包括明確分析思路、收集和清理相關(guān)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析及結(jié)論。以渤海地區(qū)某上部組塊建造項目W結(jié)構(gòu)用鋼材為例，簡述材料數(shù)據(jù)分析的基本思路和主要內(nèi)容，以期為后續(xù)海洋工程建造項目的材料管理和利用提供借鑒。

1 分析思路

通常而言，材料利用率是影響材料成本的主要因素[2]，因此應(yīng)以材料利用率分析為核心，探討材料利用率與采辦成本、施工成本、存儲成本之間的關(guān)系。主要分析思路為：

(1) 分析材料利用率的影響因素；

(2) 材料采辦策略分析；

(3) 材料使用方式分析；

(4) 材料進度分析。

2 數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)清理

數(shù)據(jù)收集的基本目的是建立結(jié)構(gòu)桿件與鋼材材料之間的對應(yīng)聯(lián)系，其數(shù)據(jù)來源主要包括：項目建造資料、鋼材的采辦料單、施工料單、材料跟蹤表、組塊結(jié)構(gòu)桿件的圖紙材料表、鋼材余料跟蹤統(tǒng)計表、項目建造管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)等。

從各類表格和管理系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)雖然多，但其中可能存在大量無效數(shù)據(jù)和錯誤。因此，首先要對原始資料進行審核、分組、匯總，使之條理化、系統(tǒng)化，刪除無效數(shù)據(jù)；然后對整理后的數(shù)據(jù)進行整合、補缺，使數(shù)據(jù)盡可能規(guī)范、完整，例如統(tǒng)一鋼材計量單位、料單的格式等。

3 鋼材數(shù)據(jù)分析

3.1 整體分析

W組塊屬于中心處理平臺，包含8根立柱，有3層甲板，板外加一個小夾層，建造工期為13個月。整個項目的材料狀況如表1所示。

整體而言，材料的管理體現(xiàn)在減少采辦總量、用料總量和余廢料等3個方面，相應(yīng)的指標(biāo)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%，即實際用料與采辦總量的比值。其反映項目采辦狀況的“合理性”，其值越大意味著材料采辦時對項目管理和施工的各方面預(yù)估越合理。

材料使用率主要受詳設(shè)圖紙狀態(tài)和備用料這2個因素的影響：

圖紙狀態(tài)的好壞影響材料采辦數(shù)量的準(zhǔn)確程度，圖紙的準(zhǔn)確度越高，相應(yīng)的材料采辦也越準(zhǔn)確。本項目參照詳設(shè)B版圖紙進行材料采辦，采辦材料使用率為94.9%，而在技術(shù)和施工人員基本相同的項目V中，由于采用0版圖紙進行采辦，材料使用率達到96.8%。

備用料是在采辦凈料的基礎(chǔ)上，為防止工程建造過程中各種意外情況造成材料短缺而必備的材料，通常依照相應(yīng)規(guī)定按一定系數(shù)進行采辦。備用料主要根據(jù)圖紙狀態(tài)和以往項目經(jīng)驗進行采辦，受加工設(shè)計技術(shù)人員的主觀判斷影響較大。

(2) 材料利用率=A/C×100%，即結(jié)構(gòu)凈重與用料總量的比值。它反映了材料的利用效率。材料利用率除受加工設(shè)計和施工錯誤的影響外，還受采辦策略、加工設(shè)計策略、詳設(shè)技術(shù)文件狀態(tài)影響。其中，詳設(shè)技術(shù)文件狀態(tài)決定了材料利用率的上限，體現(xiàn)在3個方面：結(jié)構(gòu)桿件的設(shè)計形式、采辦時詳設(shè)圖紙的完整度及詳設(shè)圖紙的升版頻率。

(3) 施工余料占比=E/C×100%，即施工余料與用料總量的比值。相較于整料，施工余料的保存及在后續(xù)項目中的使用都更加繁瑣，因此施工余料占比是材料管理過程中一個很重要的控制點。

3.2 分類分析和分項分析

分類分析是指對各類鋼材的使用進行分析，分項分析是指對組塊主要結(jié)構(gòu)部位的用料狀況進行分析。

3.2.1 材料分類分析

如表2所示，本項目總施工用料中板材占比最大，而其相應(yīng)的材料利用率相對較低，型材次之。因而，板材和型材是材料管理和分析的重點。

表2 材料分類分析

3.2.2 材料分項分析

鑒于板材利用率較低，對板材類結(jié)構(gòu)進行分項分析。表3列出了主要的板類結(jié)構(gòu)利用率，從表3可以看出，甲板板和滑靴利用率較低，其主要原因為：(1)項目實施時，考慮到甲板板后期修改量較大，未進行正式套料排版；(2)滑靴建造施工時，采用了大量的利庫材料，而利庫材料的規(guī)格大小不一，與滑靴零件的尺寸極其不符，影響了材料利用率。綜上所述，在后期項目中，甲板板的套料排版應(yīng)作為控制材料利用率的一個重點。

表3 板材分項分析

3.3 采辦策略分析

采辦策略的影響主要體現(xiàn)在材料的采辦尺寸上。采辦尺寸要求通常分兩類：定尺采辦和不定尺采辦。本項目線性鋼材如型鋼、成品管采用定尺采辦，板材類鋼材大多采用不定尺采辦。

3.3.1 定尺采辦的影響分析

定尺采辦的優(yōu)勢體現(xiàn)在：可以爭取更為優(yōu)惠的采辦報價；材料供應(yīng)商供貨周期短；材料倉儲管理簡便，倒料更加便捷；材料換用方便。

定尺采辦可細分為指定單一采辦尺寸和指定多種采辦尺寸兩種情況。在本項目中，根據(jù)項目組要求，所有型鋼按照12 m尺寸進行采辦，利用率為86.29%，就型鋼這類線性材料而言，其利用率并不高?，F(xiàn)根據(jù)多種常見尺寸對型鋼進行重新套料排版，材料利用率如圖1所示。從圖1可以看出，10 m采辦長度時材料的利用率最高，且相較于實際利用率提升明顯。從結(jié)構(gòu)圖紙也可以推測出組塊平面圖紙跨距大部分為10 m，型鋼梁的規(guī)格也多為10 m。項目組采辦管理人員在制訂采辦策略時應(yīng)充分考慮到這一點。

圖1 不同采辦尺寸利用率

3.3.2 不定尺采辦的影響分析

除甲板板外，本項目板材類材料采用不定尺采辦。不定尺采辦雖然可以提高材料的利用率，但由于板尺規(guī)格多，導(dǎo)致現(xiàn)場倒料繁瑣且材料可替換性差。對于卷制管，其單個桿件尺寸較大，桿件數(shù)量少，若采用定尺采辦則利用率會明顯下降。對于組合梁這類桿件尺寸不大且桿件數(shù)量多的結(jié)構(gòu)，將其按照指定尺寸重新排版套料，鋼板板尺規(guī)格采用常見的3 m×12 m和3 m×9 m，其利用率分別為82.1%和81.5%，與不定尺采辦相差并不大。因此，后續(xù)采辦板材材料時可以綜合考慮利用率、采辦成本和施工成本的影響，確定最優(yōu)的采辦策略。

3.4 使用策略分析

3.4.1 套料排版方式的影響

根據(jù)現(xiàn)場甲板片預(yù)制施工管理方式的不同，套料排版主要有3種形式：按照甲板片套料排版、按層套料排版和整體套料排版。套料排版方式的不同會對材料管理產(chǎn)生影響，通常套料桿件數(shù)量越多，材料的利用率越高。相較于板材在二維方向上排版，型材和管材等線性材料的利用率對排版方式更加敏感。表4為組塊主結(jié)構(gòu)型鋼在不同排版方式下的材料用量。

表4 組塊主結(jié)構(gòu)型鋼在不同排版方式下用料 t

套料排版方式不僅影響利用率，還會影響下料切割時的倒料次數(shù)。一份套料排版文件除包含整料外，還應(yīng)充分利用其他排版圖產(chǎn)生的余料。表5統(tǒng)計了采用不同套料排版方式時組塊主結(jié)構(gòu)型鋼整料和余料的總數(shù)量，即倒料次數(shù)。

表5 組塊主結(jié)構(gòu)型鋼倒料次數(shù) 次

在不影響現(xiàn)場施工管理的情況下，應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場施工習(xí)慣、材料利用率和倒料次數(shù)等因素來選擇加工設(shè)計方式，從整體上減少項目建造成本。

3.4.2 余料的使用原則

鋼材在使用過程中不可避免地會產(chǎn)生大量的“料頭”，即施工余料[3]。大部分施工余料受尺寸限制無法單獨用于切割零部件。為對其進行再利用，需在結(jié)構(gòu)桿件上增加額外的拼縫。板材的“料頭”零散，而且相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和建造規(guī)格書對板材拼縫的添加要求更為嚴格，型鋼“料頭”的拼接使用要求則相對簡單。在實踐中，需要綜合考慮材料利用率和拼縫焊接工作的成本來確定余料的使用原則。

3.5 進度管理分析

材料進度管理最關(guān)鍵的3個時間點為鋼材采辦時間、鋼材到貨入庫時間和鋼材使用時間。其中，采辦時間與到貨時間的差值即采辦周期，鋼材使用時間與入庫時間的差值即庫存周期。理想的材料進度狀態(tài)是材料到貨入庫后馬上進入使用狀態(tài)，即最大程度地減少材料庫存時間[4]。表6統(tǒng)計了不同材料的到貨周期和庫存周期。從表6可以看出，本項目對材料的進度管理未予以充分重視，庫存周期較長。采辦管理人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)材料需求和到貨周期合理安排訂單的發(fā)出時間，以最大程度地減少庫存周期。

表6 到貨周期與庫存周期 d

3.6 歷史數(shù)據(jù)的積累和分析

在項目實踐中，可以通過對大量以往項目的歷史數(shù)據(jù)進行綜合比較分析，找出普遍規(guī)律，進而指導(dǎo)和改進后續(xù)的項目。其基本流程為：首先，根據(jù)以往項目的類型、用量、結(jié)構(gòu)、采辦策略、施工方案的不同，對采辦數(shù)據(jù)進行分類匯總；其次，對相同類型的項目進行對比分析，盡量減少干擾因素，找出普遍適用的規(guī)律；最后，結(jié)合本項目特點，制訂最佳材料管理實施策略。

4 結(jié) 論

討論材料數(shù)據(jù)分析的基本思路和主要分析內(nèi)容，結(jié)合實際項目，通過對材料各方面的分析得出以下結(jié)論：

(1) 材料利用率是材料管理和分析的重點；

(2) 應(yīng)充分重視采辦策略對材料利用率的影響；

(3) 材料的使用策略會影響材料利用率和施工成本；

(4) 實現(xiàn)零庫存管理需要重點分析和考察材料的到貨周期和庫存周期；

(5) 材料分析的指導(dǎo)性應(yīng)建立在大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上。