數(shù)字化工作包在國(guó)際導(dǎo)管架項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

DOI：10.3969/j.issn.1001-2206.2024.06.015

摘" " 要：在導(dǎo)管架建造國(guó)際項(xiàng)目中通常將工程分解為精細(xì)程度不同的工作包，進(jìn)行工作量、圖紙信息、物料信息等數(shù)據(jù)的數(shù)字化管理以提高效能。從設(shè)計(jì)階段、采購(gòu)階段、建造階段逐一入手，通過(guò)作業(yè)項(xiàng)的識(shí)別和分解，進(jìn)行生產(chǎn)需求與生產(chǎn)資源的匹配，組成高級(jí)工作包；并以因子分析法、穩(wěn)定匹配算法為核心，采用MATLAB創(chuàng)建工作包，對(duì)設(shè)計(jì)資料、采購(gòu)物料和施工作業(yè)進(jìn)行有效管理。依托某北美導(dǎo)管架建造項(xiàng)目的工程實(shí)踐表明，高級(jí)工作包管理模式能有效識(shí)別需求和資源矛盾，合理配置生產(chǎn)資源，確保多模塊并行，減少生產(chǎn)負(fù)荷波動(dòng)對(duì)生產(chǎn)線的影響，降低綜合生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)管架；高級(jí)工作包；資源匹配；數(shù)字平臺(tái)

Abstract：The international jacket project is split into several work packages by precision， and data including workload， technical information， and material information are managed digitally to improve construction efficiency. In light of the design phase， procurement phase， and construction phase， the task is identified and broken down so that the production demand and production resources are matched to form an advanced work package. With factor analysis and stable matching algorithm as the focus， MATLAB is employed for advanced work package creation to manage design， procurement， and construction. Based on the North American Marine Terminal Jacket project， the advanced work package management can effectively identify the contradiction between demand and resources， rationally allocate production resources， ensure the parallel of multiple modules， reduce the impact of production load fluctuations on the production line， and cut down the comprehensive production cost.

Keywords：jacket; advanced work package; resource matching; digital platform

海洋油氣田的開(kāi)發(fā)對(duì)海洋工程的建造提出了數(shù)字化和集成化的要求。如何實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、質(zhì)量控制、驗(yàn)收等多環(huán)節(jié)、多階段的一體化協(xié)同管理及數(shù)據(jù)集成，是海洋工程建造的重中之重。通過(guò)完整實(shí)現(xiàn)高級(jí)工作包規(guī)劃，以工作包為基礎(chǔ)指導(dǎo)施工，確保施工約束在作業(yè)執(zhí)行前充分釋放，能有效實(shí)現(xiàn)高效連續(xù)的施工作業(yè)，進(jìn)而縮減工期，降低成本。

高級(jí)工作包的管理模式在國(guó)際海工項(xiàng)目建造中的使用已較為普遍，即將工程量、設(shè)計(jì)文件、施工工序、施工土地資源、其他施工資源與實(shí)施要點(diǎn)、質(zhì)量檢查點(diǎn)、材料追蹤等融合在高級(jí)工作包中進(jìn)行統(tǒng)一管理。從項(xiàng)目需求出發(fā)，結(jié)合自身建造場(chǎng)地特點(diǎn)，確定工作包的優(yōu)先級(jí)并合理配置資源是解決問(wèn)題的關(guān)鍵，也是待填補(bǔ)的空白。應(yīng)根據(jù)不同項(xiàng)目情況選取應(yīng)對(duì)措施[1-7]。本文擬通過(guò)某國(guó)際導(dǎo)管架建造項(xiàng)目中高級(jí)工作包的應(yīng)用，研究分析工作包的創(chuàng)建和管理，采用因子分析法和多元線性回歸法在MATLAB上進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)合場(chǎng)地資源特性完成資源與需求的匹配，并提出實(shí)施要點(diǎn)和實(shí)例驗(yàn)證。

1" " 工作包管理模式

海洋工程建造是以生產(chǎn)訂單為導(dǎo)向，以施工生產(chǎn)為核心的制造行業(yè)，一切活動(dòng)均以生產(chǎn)作為核心展開(kāi)；因此，通過(guò)將生產(chǎn)活動(dòng)以高級(jí)工作包的形式分解，有針對(duì)性地對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行管理和控制。高級(jí)工作包管理模式的核心是集成項(xiàng)目所需的資源進(jìn)行有序化和集成化的整理，通過(guò)流程化的工作包形式，進(jìn)行設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、調(diào)試等階段的資源配置和整合。

本文依托的項(xiàng)目為某北美導(dǎo)管架建造項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱(chēng)本項(xiàng)目），由5個(gè)導(dǎo)管架、3個(gè)簡(jiǎn)單組塊和35根樁管組成。該項(xiàng)工程具有施工質(zhì)量要求高、制管單項(xiàng)任務(wù)占比重、裝船窗口期短、核心資源和場(chǎng)地同其他項(xiàng)目沖突的特點(diǎn)，必須采用高級(jí)工作包的管理模式確保項(xiàng)目順利交付。通過(guò)工作包的創(chuàng)建、實(shí)施、控制和管理，以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地內(nèi)資源的優(yōu)化配置、實(shí)時(shí)跟蹤，進(jìn)而控制工程質(zhì)量、進(jìn)度和成本。

2" " 工作包的創(chuàng)建

2.1" " 工作包的分解

高級(jí)工作包的管理模式是為了有效提高海洋工程建造效率，直觀反映資源匯集的時(shí)間和空間，而這是以精細(xì)化作業(yè)項(xiàng)分解為前提的。因此工作包創(chuàng)建的第一步是以階段性產(chǎn)品為導(dǎo)向進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解。以項(xiàng)目不同建造階段的階段性產(chǎn)品為導(dǎo)向，從縱向和橫向兩個(gè)維度進(jìn)行精細(xì)化分解。該項(xiàng)目分解層次[8]矩陣如圖1所示。

工作包的創(chuàng)建需滿足實(shí)時(shí)跟蹤生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、有效調(diào)動(dòng)和控制生產(chǎn)資源、直觀體現(xiàn)生產(chǎn)問(wèn)題等要求，以實(shí)現(xiàn)資源到生產(chǎn)環(huán)節(jié)、責(zé)任到生產(chǎn)環(huán)節(jié)統(tǒng)一管控的目的，并在工作包分解過(guò)程中遵守以下原則。

1）在各層次上必須包含所有必需組成部分，確保階段性產(chǎn)品的可實(shí)施性和完整性，施工作業(yè)的連續(xù)性和可控性。

2）分解層次分明，錨定計(jì)劃的各階段里程碑點(diǎn)、關(guān)鍵路徑，體現(xiàn)各層計(jì)劃的相互關(guān)聯(lián)性和制約性。

3）根據(jù)項(xiàng)目的需求、場(chǎng)地的能力，結(jié)合里程碑要求進(jìn)行深入分析，工作包應(yīng)針對(duì)核心資源進(jìn)行布置，例如施工車(chē)間資源、昂貴機(jī)具資源等。工作包一般不跨階段、跨區(qū)域、跨作業(yè)類(lèi)型分解。

4）工作包應(yīng)涵蓋如下信息：其一，計(jì)劃信息，即計(jì)劃開(kāi)始/結(jié)束時(shí)間、計(jì)劃時(shí)長(zhǎng)，是否為關(guān)鍵路徑；其二，施工作業(yè)地點(diǎn)及預(yù)估產(chǎn)能信息；其三，預(yù)估工作量信息和人力資源信息；其四，預(yù)估大型機(jī)具和關(guān)鍵機(jī)具資源調(diào)用信息；其五，主要施工材料信息；其六，技術(shù)要求等。

5）工作包分解一般應(yīng)考慮但不包含工序銜接、搬運(yùn)、調(diào)配等間接作業(yè)。

2.2" " 工作包的資源配置

工作包是現(xiàn)場(chǎng)管理的基本生產(chǎn)單位，需要以工作包為基礎(chǔ)進(jìn)行生產(chǎn)資源配置，綜合考慮工作負(fù)荷、場(chǎng)地產(chǎn)能、資源配給，資源配置流程如圖2所示。首先，對(duì)各階段生產(chǎn)鏈條上的生產(chǎn)負(fù)荷和場(chǎng)地產(chǎn)能進(jìn)行匹配，找出關(guān)鍵作業(yè)項(xiàng)；然后，圍繞該生產(chǎn)鏈條的關(guān)鍵作業(yè)項(xiàng)進(jìn)行整個(gè)生產(chǎn)鏈條的合理資源配置；最后，根據(jù)資源配置情況進(jìn)行成本分析。生產(chǎn)資源投入與生產(chǎn)作業(yè)實(shí)施和控制無(wú)法匹配的常見(jiàn)原因有：設(shè)計(jì)方面、業(yè)主/總包額外產(chǎn)生變更、采購(gòu)方面、生產(chǎn)要素變化、建造方面、生產(chǎn)返工等。

采用因子分析法進(jìn)行各要素分析，以明確該項(xiàng)工程中各項(xiàng)工序的優(yōu)先等級(jí)和各項(xiàng)資源的重要程度。采用多元線性回歸法進(jìn)行工作包任務(wù)和資源匹配，進(jìn)而確定資源投入。

1）根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)相應(yīng)工作包負(fù)荷的施工內(nèi)容，從4個(gè)維度（施工作業(yè)難度、施工順序、施工工作量、施工影響）進(jìn)行分析。

式中：Xi為第i項(xiàng)工作包；F1為施工作業(yè)難度評(píng)估分；F2為施工順序優(yōu)先級(jí)評(píng)估分；F3為施工工作量評(píng)估分；F4為該項(xiàng)施工對(duì)后續(xù)施工影響的評(píng)估分；各項(xiàng)評(píng)估分為從1至5的5級(jí)，作為運(yùn)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；α1、α2、α3、α4為影響因素系數(shù)，且α1+α2+α3+α4=1。

2）根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)相應(yīng)工作包的施工內(nèi)容所需資源，從4個(gè)維度（資源對(duì)項(xiàng)目影響程度、資源獲取可替代性、資源作用時(shí)長(zhǎng)、資源-產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率）進(jìn)行分析。

式中：Yj為第j項(xiàng)資源；E1為資源對(duì)項(xiàng)目影響程度評(píng)估分；E2為資源獲取可替代性評(píng)估分；E3資源作用時(shí)長(zhǎng)評(píng)估分；E4為資源-產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率評(píng)估分；且以上評(píng)估分為從1至5的5級(jí)，作為運(yùn)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；β1、β2、β3、β4為影響因素系數(shù)，且β1+β2+β3+β4=1。

3）工作包負(fù)荷和所需資源進(jìn)行匹配。一個(gè)工作包通常需要配置多種資源，如建造場(chǎng)地資源、重要施工機(jī)具、一般施工機(jī)具，關(guān)鍵人力資源與一般人力資源、重要材料與一般材料等。由于資源對(duì)工作任務(wù)的影響不同，為保證項(xiàng)目整體建造進(jìn)度和質(zhì)量，考慮優(yōu)先級(jí)高的工作包優(yōu)先占用重要的資源。

考慮到場(chǎng)地內(nèi)多個(gè)項(xiàng)目同時(shí)運(yùn)行，對(duì)資源均有不同程度的需求，設(shè)置矩陣R對(duì)資源匹配進(jìn)行影響和修正。

式中：X為工作包集合，Y為本項(xiàng)目所需資源項(xiàng)集合，R為生產(chǎn)資源其他影響因素。

通過(guò)工作包和資源的匹配，從而得到多個(gè)穩(wěn)定的資源最優(yōu)配置，根據(jù)項(xiàng)目及建造場(chǎng)地情況設(shè)置約束條件，進(jìn)而選取最適合匹配組合作為基礎(chǔ)。

2.3" " 工作包的內(nèi)容

高級(jí)工作包是自上而下的，分為設(shè)計(jì)工作包、采購(gòu)工作包、建造工作包3部分。本項(xiàng)目為導(dǎo)管架建造項(xiàng)目，本文中展示的設(shè)計(jì)工作包僅包含加工設(shè)計(jì)工作。

各層級(jí)工作包應(yīng)將該項(xiàng)工作的要求及所需資源作為輸入條件，并明確該項(xiàng)工作包完成后的輸出結(jié)果。工作包層級(jí)關(guān)系及輸入輸出見(jiàn)圖3。

工作包創(chuàng)建過(guò)程中，還應(yīng)根據(jù)工作內(nèi)容、計(jì)劃要求、作業(yè)難度設(shè)置跟蹤觀察控制點(diǎn)，以確保工作包實(shí)施質(zhì)量。

3" " 工作包管理

項(xiàng)目管理是動(dòng)態(tài)的管理過(guò)程，通過(guò)高級(jí)工作包的形式，建立起實(shí)時(shí)反饋機(jī)制，本項(xiàng)目的高級(jí)工作包管理流程及控制方式如圖4所示，工作包完成進(jìn)度控制餅圖如圖5所示。

項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，面對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題形成的應(yīng)對(duì)措施如表1所示。

4" " 工程實(shí)例

以本項(xiàng)目為例，根據(jù)作業(yè)流程進(jìn)行工作包分析，使用MATLAB進(jìn)行矢量矩陣運(yùn)算。

首先，各工作包采用式（1）進(jìn)行分析，可以得到如表2所示結(jié)果。結(jié)果表明：M7/14模塊樁管、M05A模塊樁管、M05B模塊樁管、MS03模塊樁管、M05A導(dǎo)管架管、M05B導(dǎo)管架管的卷制工作均對(duì)項(xiàng)目有較大影響。

其次，樁管卷制工作所需的生產(chǎn)資源包括制管生產(chǎn)線、施工人力、制管用材料等。對(duì)各資源采用式（2）進(jìn)行分析，得到：車(chē)間有制管生產(chǎn)線2條，綜合評(píng)估產(chǎn)能分別為1 050 t/月、1 450 t/月；卷制施工的人力較為充裕；制管用材料的板幅及材質(zhì)的可替代程度高。綜上，制管生產(chǎn)線成為制約以上工作包的核心資源。針對(duì)該項(xiàng)資源展開(kāi)分析，如表3。

再次，考慮計(jì)劃中該作業(yè)時(shí)段，生產(chǎn)場(chǎng)地內(nèi)無(wú)其他項(xiàng)目對(duì)制管生產(chǎn)線資源提出需求或影響，即R為1的矩陣。采用式（3）分析可得：

由此可知，車(chē)間右跨生產(chǎn)線2應(yīng)匹配給M05B樁管工作包；車(chē)間中跨生產(chǎn)線1應(yīng)匹配給M05A樁管工作包。其中M05A樁管、M05A導(dǎo)管架管、M05B導(dǎo)管架管的優(yōu)先等級(jí)對(duì)于生產(chǎn)線相同，則同步考慮第二個(gè)資源影響要素。因此綜合考慮材料運(yùn)輸分配、作業(yè)人員熟練度等，制管生產(chǎn)線的最終匹配結(jié)果如表4所示。

由本項(xiàng)目工作包對(duì)生產(chǎn)資源的需求可以看出生產(chǎn)需求是超出制管生產(chǎn)線負(fù)荷的，需要重點(diǎn)關(guān)注并適當(dāng)考慮分包商制管線資源。以本項(xiàng)目工作分解的工作包為單位，對(duì)項(xiàng)目的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)工藝、場(chǎng)地資源進(jìn)行全面梳理及合理配置，使生產(chǎn)計(jì)劃的安排更加合理，生產(chǎn)負(fù)荷的波動(dòng)更為平滑，生產(chǎn)設(shè)備和人力資源的利用率有所提高。

依托某北美導(dǎo)管架建造項(xiàng)目實(shí)施，認(rèn)識(shí)到高級(jí)工作包具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，并取得較好效果。

5" " 結(jié)論

經(jīng)過(guò)高級(jí)工作包的設(shè)計(jì)和研究，本文得到如下結(jié)論。

1）高級(jí)工作包是基于階段性產(chǎn)品為導(dǎo)向進(jìn)行分解，并綜合考慮工作包對(duì)應(yīng)資源的匹配，進(jìn)行高級(jí)工作包的設(shè)計(jì)，為生產(chǎn)實(shí)施的精細(xì)化管理奠定基礎(chǔ)。高級(jí)工作包能有效發(fā)現(xiàn)并指導(dǎo)解決工程實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的圖紙信息問(wèn)題、材料滯后問(wèn)題、建造趕工問(wèn)題。

2）高級(jí)工作包所采用的匹配關(guān)系算法，在多個(gè)工作包并行時(shí)可進(jìn)行合理配置生產(chǎn)資源。

3）實(shí)例分析表明，高級(jí)工作包管理模式行之有效，可提供精細(xì)化管理并作為決策依據(jù)，能有效識(shí)別產(chǎn)能和需求間矛盾，從而推動(dòng)生產(chǎn)持續(xù)進(jìn)行，降低建造成本。

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作者簡(jiǎn)介：石勁凱（1987—），男，山東青島人，工程師，2009年畢業(yè)于北京科技大學(xué)天津?qū)W院國(guó)際經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易專(zhuān)業(yè)，主要從事項(xiàng)目管理及數(shù)字化項(xiàng)目管理研究。Email：shijk.cpoe@cnpc.com.cn

收稿日期：2024-08-08；修回日期：2024-09-30