第21卷 第3期 2001年 9月核科学与工程
Chinese Journal of Nuclear Science and Engineering
V o1. 21 N o. 3Sep. 2001
核电厂建设的特点
连培生
(中国核工业集团公司核电局)
摘 要:阐述了核电厂建设与常规火电厂的最大不同, 在于其严格的安全与质量要求以及更需要加强控制的建设进度与投资, 使得项目管理及质量保证制度特别重要。对发展中国家来说, 的自主化和设备的国产化来提高核电的经济性。结合以降低建造成本的可能。
关键词:核电厂建设; 项目管理; 质量保证; 1 厂的放射性。为了确保包容放射性物质的实体屏障的完整性, 采取了常规工业中罕见的安全措施, 这造成核电厂系统的复杂性(见表1关于典型核电厂的系统和设备的数量和表2关于核电厂的文件数量) 。同时, 对核电厂的安全相关
系统和设备提出了非常高而严格的工业标准、规范和质量要求。核电厂的设计、设备和施工的质量, 在任何情况下都不得留有缺陷, 这主要靠质量保证(Quality Assurance ,QA ) 制度来确保。质量问题不仅关乎安全性, 而且会影响到今后运行的可靠性, 如果核电厂的负荷因子低落, 经济效益便不佳。
表1 典型的1000MW 压水堆核电厂的系统和设备的数量
T able 1 Q u antities of Systems and Equipment of a Typical 1000MW PWR NPP
系统
反应堆 仪表与控制 电力供应 安全壳 乏燃料贮存 放射性废物处理 给水供应 主蒸汽与辅助蒸汽 汽轮发电机 凝汽器与循环冷却水 通风空调、吊车电梯、通讯、照明 消防 公用 合计
[***********]
[***********]108
[**************]5
收稿日期:2001205214
作者简介:连培生:1943年毕业于昆明西南联合大学机械工程系, 现为中国核工业集团公司研究员级高级工程师。
200
续表
机械设备
管道(其中1/6为不锈钢管道) 管道配件 支承件 焊缝 泵 槽、罐 热交换器
其他设备(过滤器, 离子交换器, 吊车) 手动阀门 电动阀门 仪表阀门电气设备 电动机 大变压器 低压电缆仪表与控制设备 记录仪表 指示仪表 报警窗 开关柜 组合插件 仪表电缆
[***********]500000m
9002120000m 410000m
60000m 175000(4000种)
400t [***********](150种) (25种) 600
表2 一座核电厂建造过程中需要处理的文件数量
T able 2 Q u antities of Documents to be h andled during the Construction Period of a NPP 信函, 备忘录等图纸技术规格书各种程序
初版初版初版
250000件40000件1250件3000件
分发份数1200000件平均修订5次共平均修订4次共平均修订4次共
200000件5000件12000件
文件总计 5000000件,8000000～10000000页,415t 纸张 以上不包括:(1) 政府当局文件
(2) 设备供货商和施工承包商内部的工作文件(3) 技术转让文件, 它在极端情况下可多达2t 纸张
201
表3 典型的电功率1000MW 压水堆核电厂建设所需的人力资源
T able 3 Manpow er R esources R equirements for the Construction of a Typical 1000MW PWR NPP 工程设计和项目管理(业主) 3
设备制造建造过程 工程设计和项目管理(主承包商) 土建 机械和电气安装 质量保证和质量控制 调试起动高峰需要 安全监管人员 工程设计和项目管理人员(主承包商) 施工人员 其中:管工600人, 电工400人 调试起动人员 质量保证和质量控制人员 3假设采用切块分包合同方式。2500000工时
15300人年4500000工时7600000工时5500000工时500000工时300000工时
50人500人2500人200人100人表4 典型的电功率1000MW T able 4 A Typical Constitution (I MW PWR NPP
其中: 土建
合计
33
426
34
1563
13 15 5
1152
6 16 4
838
0 2
2
310
19 33 11
22100
表5 核电厂建设项目里程碑及建设阶段示例(压水堆)
T able 5 Milestones and Construction Stages of a Nuclear Pow er Project (PWR,example)
202
核电厂的投资大, 建造周期长(见表3关于典型核电厂建设所需的人力资源和表4关于典型核电厂的投资组成) , 进度的任何拖延都会造成可观的费用超支(由于赶工或推迟发电) , 使发电成本升高。大亚湾核电厂的工期每拖延一天, 单利息损失就高达100万美元。进度控制是核电厂建设项目管理的核心。然而在长达十多年(包含项目实施前的4～6年和实际建造的6～9年, 见表5) 的建设期间, 有许多意外因素会影响原定进度的实现, 包括政治的、社会的、经济的、财务的、技术的和自然条件的变化等。在建造过程中, 进度与质量的矛盾是不断发生的, 需要项目管理者及时妥善地解决。
周期长使得利率变化、汇率变化、通货膨胀、物价波动所引起的财务风险大大增加项目本身而言, 合同漏项、技术难关、工、, 均对项目费用产生不利的影响多子系统、部分或单元, 委托给若干适当的分包单位承担, 这样在它们彼此之间就会产生时间、空间和技术参数上大量的相互衔接的问题———接口问题, 特别是核电厂内许多子系统在空间上并非截然分界(如一些公用系统) , 土建、安装和调试阶段的工作有许多在时间上又相互交错, 更使接口问题变得复杂。
核电厂建设具有一次性的特点, 它与生产运行的恒稳性截然两样。由于技术的快速发展, 厂址条件的差异, 及承包商的不同, 任何两个项目都不一样, 项目管理中出现的问题也不一样, 其处理无成规可循, 。一次。
、法律、商务、财会、公共关系等多方面的专门知识, 是一门综合性管理科学; 同时又要求项目管理者善于沟通和协调, 具有能在复杂、多变的形势下迅速作
核电厂建设项目的质量、进度与费用三方出正确判断与决策的能力, 这样, 它又是一门
面的目标需要均衡地实现, 这三大控制又是互“艺术”。项目管理者在类似工作中积累的经验相依存、互相制约的。项目管理的总任务就是起重要作用。核电厂建设项目的复杂性、投资要通过正确的计划和组织, 及时而最佳的决策、之大和周期之长, 决定了它不是一个人或少数监督、协调和控制, 按预定的工期和预算, 建成人所能完全掌握、指挥和控制的, 而需要有一个质量合格、满足安全要求、能长期满功率稳定运由多种专业(主要是工程专业) 人员组成的项目行的核电厂。
核电厂建设涉及众多的部门和单位, 有:・政府管理部门和地方当局・政府监管机构(核安全, 环境保护, 公共卫生, 公安, 消防)
・业主(营运单位及各投资单位) ・总承包商或几个主承包商・各分包商(设备供货, 土建, 安装, 燃料供应, 运输等)
・工程服务公司(工程监理公司) ・咨询公司(地质, 地震, 水文, 气象, 安全分析, 应力分析, 在役检查等)
・独立的检查机构(例如履行设备核标记资格审查的美国机械工程师学会AS ME 等) 。由于核电厂建设项目是一个非常复杂、庞大的工程系统, 为了工作、承包或管理上的方便, 通常要把项目按不同工艺或专业划分为许
管理部门。业主的项目管理部门大致需要少至50～70人, 多至500～700人, 视项目合同方式而定。
项目管理模式同项目合同方式有密切关系。一般来说, 在业主面前有三种合同方式可供选择:
(1) 交钥匙方式是委托一家总承包商承担项目的全部责任, 包括工程设计、设备供货、施工、调试起动和项目管理。
(2) 切块分包方式(或称少合同方式) 是由几家主承包商各分担一大块(例如核岛, 常规岛, 配套设施等) 供货和服务的责任, 包括切块范围内的项目管理, 而由其中一家负责各块之间的接口, 由业主或所委托的一家工程服务公司负责它们之间的协调。
(3) 多合同方式是由业主自行承担项目的全部责任, 将所有供货和服务分成多达上百个
203
合同包, 一一委托出去。业主可能委托一家工程服务公司承担总体的工程设计和项目管理。
显然, 在交钥匙合同方式下, 业主的接口关系最简单, 项目管理的工作量最小。它适用于缺乏核电厂建设经验的业主。后进国家初次建设核电厂时多采用这种方式, 以冀充分利用总承包商的经验, 减少风险。但总承包商往往因负担重又增加风险而索取高价。另外业主在项目实施过程中对设计、采购和施工活动能进行的干预很有限, 技术转让比较困难, 国内承担份额一般很低。在多合同方式下, 业主能发挥最大作用, 通过竞争性投标为每一个合同包找到质量最优、报价最低或技术转让条件最好的合适承包商, 并为本国公司早日参与核电厂建设提供最好的机会。济效益, 、受重大损失。委托给一家有经验的工程服务公司承担。切块分包方式的利弊介于上述两种方式之间。我国大亚湾核电厂的建设采用了这种方式, 将两座装置的核岛和常规岛分别委托法国法马通公司和英国通用电气公司承担, 并委托法国电力公司作为工程服务承包商, 履行工程设计、采购、施工和调试方面的技术服务和部分项目管理职能, 承担全面技术责任。这样把一部分控制职能划给外国公司, 曾引起一些困难, 需要业主协调处理好质量与投资的矛盾。
核电厂运行的安全性、可靠性和经济性, 首先决定于它的设计与建造质量、建造周期和建设投资。因此可以说项目管理是核电厂建设成败的关键。不论采用何种分工合作的方式建设核电厂, 业主(一般即营运单位) 总是对项目的成功负有最终责任; 在项目交付使用后业主(也只有业主) 还要对核电厂整个寿期(40～60年) 内的安全稳定运行负责。在拟建项目不多的情况下, 业主不易做到或不值得为核电厂建设组建起一支具有足够实力的项目管理队伍。这时就应当充分利用专业化工程服务公司提供的服务, 以减轻业主的负担。美国从事核电厂建设的工程服务公司(Architect Engineer ,AE ) 一般都204
把工程设计和项目管理结合起来, 既能担任项目总承包商, 也能按业主的需要提供阶段性服务或可行性研究、申请许可证、招标、设计、采购、施工管理、调试起动、人员培训等方面的任何软件服务, 有的公司还能承包施工或提供筹资服务。值得注意的是, 工程服务公司是通过向业主提供服务获取报酬, 并不承包工程造价, 故不能为业主承担项目风险, 但它会关心自己的信誉。即使在交钥匙合同方式下, 如总承包商的工作有重大失误, 业主的损失也远非总承包商的经济赔偿所能弥补, 因此, 除了审慎选择总承包商以外, , “法治”代替“人治”, 以求做到“:凡事有人负责, 凡事有章可循, 凡事有人监督, 凡事有据可查”。这样可以尽量地:(1) 消除个人行为的随意性和不确定性; (2) 减少差错, 避免决策失误; (3) 使众多单位和部门在复杂形势下协调一致, 提高工作效率; (4) 明确责任, 有利于发挥各方面的积极性; (5) 使高层领导人员免于陷入琐碎事务。
核电厂建设项目管理中的“法”有:
(1) 国家核安全监管机构颁布的核安全法规;
(2) 供需双方签订的商务合同, 作为“法”,
合同必须详尽、严谨, 划清责任;
(3) 业主报经国家核安全监管机构批准后颁发的质量保证总大纲;
(4) 根据法规、合同和质量保证总大纲制订的管理程序, 工作程序和质量保证程序。
业主所编制的涉及承包商的程序是合同的细化规定, 须符合相应的法规和合同条款, 并经过合同双方认可; 承包商所编制的程序须符合相应的法规、合同条款和业主颁发的程序, 并须在执行前报送业主审查认可; 质量保证程序均须经过国家核安全监管机构批准。程序发布后具有法规性质, 允许而且应当不断地按一定步骤进行修订完善或更新以适应变化了的条件, 但不允许不执行。应养成从按照规章办事的习惯和风气, 杜绝“例外”和“讲情”等一切有章不
循的现象。
程序乃是前人实践经验的总结, 严格按照符合事物客观规律的、优化了的程序办事, 可以大大提高管理效率和工作效率。我国过去缺乏依据书面文本的习惯。大亚湾核电厂光是业主对承包商与业主内部的管理程序就有约为400个, 各承包商的程序数目约十倍于此, 在大亚湾建设初期借取法国电力公司的程序作为起步, 对我国核电厂建设起了有益的作用。及时了解必要的信息是做好项目管理工作的一个重要因素。为了避免误传、误解、歧义或不必要的纠纷, 应强调书面形式的信息, 例如会议必须有文字记录, 电话应补送备忘录等。由于文件量很大(见表2) , 应当利用计算机, 来进行质量、进度和投资控制、图纸管理、采购催交、施工管理、采集、整理、, 、合用的信息, 。
管理实践相比较, 它是以预先防范和及时纠正代替事后检验, 以全员参加的质量管理代替仅生产过程的质量控制, 以联系到全系统的各相关单位代替局限于一个单位内部, 以充分满足用户要求(对于核电厂, 包括未来运行的安全性和可用率) 代替只考虑产品本身的质量。因此, 为了实施质量保证大纲, 需要建立一个管理与协调各单位、各部门和各项工作(管理性的和技术性的) 的体系———质量保证体系。
业主(营运单位) 应负责建立整个项目的质量保证体系和实施质量保证总大纲。但对某一。因此, , 均须建立, 以控制其责任范围内准, 主要承包商的质量保证分大纲并须报送国家核安全监管机构复核。
承包商应建立职责权限和联络渠道明确的组织机构, 包括独立于实际作业部门的质量保证(QA ) 部门和质量控制(QC ) 部门(注:注意此处的质量控制Quality C ontrol ,QC , 是指控制各项作业质量的具体检查活动, 不可同第1节三大控制中广义的质量控制相混淆) , 制定质量保证分大纲和程序, 建立控制各项作业的程序(包括管理程序和工作程序) , 使用经过培训的合格人员, 验证规定的质量要求是否满足, 控制所有的技术偏差(不符合项) , 采取必要的纠正措施, 定期检查大纲实施的有效性。承包商质量保证部门的活动主要是观察, 监督, 监查, 验证工作中的不足、缺陷或不符合项是否得到及时的纠正, 验证质量保证大纲和各种程序的有效性与适用性。质量控制部门的活动主要是编制分项作业的质量控制计划(包括设置关键环节的见证点和停工待检点) , 实地检查, 测量, 试验, 无损检验, 不符合项管理, 计量管理等。承包商及其分包商(包括承包商对其分包商) 的质量保证和质量控制活动, 合起来构成一个完整的质量保证系统。
业主应通过其质量保证部门对所有承包商工作的质量进行监督、监查和验证检查等质量保证和质量控制活动。
205
2 质量保证制度
原子能工业的质量保证制度是在20世纪70年代随着核电厂的建设而发展起来的。1978年国际原子能机构颁布了《核安全标准》50-C -QA “核电厂安全实施规范—质量保证”, 推荐
各国政府采用。按照我国《核安全法规》H AF 0400(91) “核电厂质量保证安全规定”, 营运单位必须制定整个核电厂的质量保证总大纲, 报送国家核安全监管机构审核, 质量保证总大纲是监管机构审批“核电厂建造许可证”的必要前提之一。营运单位还必须对质量保证总大纲实施的有效性负责, 实施过程要接受监管机构的监督。之所以规定将核电厂的质量置于政府部门的监督之下, 就因为核电厂具有潜在的核事故风险, 可能危害公众的健康与安全及污染环境。而质量保证制度是确保核电厂的安全性以及可用率的根本措施。
质量保证大纲要对所有可能影响质量的活动提出具有约束性的要求和措施。按照公认的定义, 质量保证是“为使人们确信某一物项或装置在未来的使用中能满意工作而有必要进行的一切事先计划的、系统的活动”。与过去的质量
质量保证体系的运转必须依据有效的书面文件, 包括法规、导则、标准、大纲、程序、技术规格书、图纸、技术说明书、质量控制计划、工作指令等, 做到凡事有章可循。所有关于质量的客观证据, 包括对物项或服务作业完成情况的检查、测量、试验、监督、监查、审查的结果, 不符合项及其纠正措施, 以及人员资格证明、程序批准证明、仪表标定证书等, 必须按程序的规定做成真实完整的记录, 并完好地保存, 做到凡事有据可查。完善的文件管理系统和记录制度是质量保证体系不可缺少的要素。
质量保证制度对核电厂经济性的最大贡献在于提高负荷因子(或可用率) 。核电厂的系统、设备和仪表都具有符合要求的可靠性, 就会减少其失效率。其次, 得越早, 付出的代价就越小; 10100倍, 。
汇的支出。用成套进口外国设备的办法建设核电厂, 决非长久之计。其次, 核电的发展速度与它相对于常规电厂的经济性密切相关。据估计, 我国建设中的岭澳、秦山第三、秦山第二、田湾核电厂的建成价比投资分别为2043,1978, 1407,1539＄/kW (e ) , 相当于进口燃煤电厂的117～212倍; 上网电价高达6cents/(kW ・h ) 以上。这障碍着我国核电的近期发展。进口设备的价格高昂, 实现设备国产化不仅可以减轻外汇负担, 而且在批量生产的有利条件下, 可以做到设备价格大大低于国际市场价格, 而获得减少基建投资、。
, :1) 工程设计和,2) 设备和材料的国产化,3) 土建、安装和调试的自主化。从表4可看出, 设备材料供货占总投资50%以上。设备国产化乃是核电厂本国化的重点。
业主对核电厂安全运行的责任不能交付任何旁人, 赢利或亏损也是业主独家的责任。业主必须对建设项目实行完全的控制, 包括全面的质量保证, 即使在交钥匙合同方式下也不例外。在外商交钥匙承包方式下, 业主除了加强己方的项目管理(主要是监督) 外, 应尽早开始运行维修人员的培训, 使之能提前参加安装竣工试验和调试试验, 深入了解设备和安装的质量及其中存在问题, 作为日后运行、维修和改进的参照。一般, 由本国的公司和厂家提供不宜进口的大宗建筑材料, 承担需要使用大量劳动力的土建、安装施工(包括常规的土建设计) , 承包一些不在关键路径上的配套设备, 这些是最低程度的国内承担部分。311 工程设计和项目管理的自主化工程设计和项目管理影响着建造过程中一切活动———工程文件的产生, 设备的采购和制造, 现场施工直至调试完成、交付运行。工程设计和项目管理费用占总投资15%～20%, 在切块分包合同方式下花费业主及其工程服务公司的人力资源约2500000工时, 核岛和常规岛主承包商的人力资源约4500000工时, 高峰时投入的工程技术人员可达600人, 其中80%系工
3 核电厂建设的本国化
核电厂建设的本国化, 表现为建设投资中的国内承担份额超过进口份额, 通常简称为设计自主化和设备国产化。由于对核电厂的厂房、系统和设备有特殊的严格的安全要求, 以及历史原因, 相关的新技术是在一些工业发达国家美国、英国、苏联和加拿大首先开发出来的, 另外一些工业发达国家如法国、德国、日本等, 通过技术转让和本国的开发研制, 也随后掌握了这些新技术。对于要建设核电厂的大多数发展中国家来说, 目前只能从上述发达国家购入系统和设备而备受控制和限制, 因此就有一个本国化问题。这纯粹是发展中国家的问题。如第1节所述, 后进国家初次建设核电厂, 多采用交钥匙合同方式, 将工程设计和项目管理交与外国通常是发达国家的总承包商负责, 设备从外国成套进口, 国内承担部分占总投资的份额甚低。例如韩国第一座压水堆核电厂古里1号, 在工程设计方面国内仅参加部分的土建设计, 设备国产化率只有8%。
核电厂投资巨大, 发展中国家建设核电厂往往不仅苦于资金不足, 尤其难以承受巨额外206
程师。工程设计和项目管理的自主化是核电厂本国化的先行官。
没有工程设计的自主化, 业主的项目管理就不会完整。在这里, 工程设计(engineering ) 应理解为包含核电厂系统的基本设计和详细设计, 核电厂总体设计(总平面布置, 总体技术规格, 各专业的协调统一) , 采购(招标, 评标, 订合同, 催交, 检查, 验收) , 对施工的技术支持(提供施工图纸和说明书, 施工计划, 施工合同纲要, 向施工单位作技术交底) , 质量保证和质量控制, 现场技术工作(现场设计, 现场采购, 协助调试) , 以及技术转让和相应的本国化工作等多项工程服务的内容, 而不限于狭义的设计(design , 含制作图纸和技术规格书) 。
础, 又是设备国产化的前提力, 。他们可通过调整技术规格和合同结构来适应国内的生产、供货条件, 或指导制造厂采取必要措施使其产品适应核技术要求。这些适应工作不能指靠外国人, 也不是不熟悉我国情况的外国技术人员, 或不了解总体设计要求的制造厂人员所能做好的。
大亚湾核电厂的核岛和常规岛设备是由外国厂商成套供货, 可争取的国内供货只有电厂配套设施。而这部分的采购管理, 按照合同, 是委托法国电力公司作为工程服务来承担。由于法国电力公司不了解或不考虑中国厂家的条件和特点, 又无促进中国国产化的兴趣, 只是照搬法国的习惯做法, 结果大部分配套设施合同为法国厂商获得, 整个大亚湾核电厂的设备国产化率仅约为2%。这是管理不自主的结果。在当时发展核电的初始阶段, 尚缺乏一个自主化和国产化的通盘规划。而业主(包括港方股东) 首要保证得到一个完整配套的、经济效益良好的核电厂的目的是达到了。
发展核电的后进国家, 如西班牙、韩国等, 在连续建设几座核电厂的过程中, 为了实现工程设计的自主化, 重视本国工程服务公司(Engineering C om pany 或AE C om pany ) 的作用。
一般是通过同外国工程服务公司的合作, 引进技术, 吸取经验, 来提高国内的工程设计和项目管理能力。同外国有经验的工程服务公司组织合营公司, 看来是一种有效的方式。上述几个国家采取这种技术转让方式, 最终成功地建立起本国的工程服务公司。
过去我国曾一度偏向重技术、轻管理, 重硬件、轻软件, 认为设备制造需要引进技术, 工程设计和项目管理不需要借鉴外国经验, 满足于已有的燃煤电厂和反应堆的设计、建造经验。其实, 核电厂的软件技术更新得很快, 我国本来, 在项目管理, 验(, , 。设备国产化对节省外汇和降低投资能起主要作用。但是, 一上来就追求100%国产化在经济上是不合算的, 因而不可能实现。有些工业发达国家虽然具备生产核电厂所有设备的能力, 仍从外国进口某些特殊设备、材料和仪表, 就是因为这样做比较合算。
核电厂设备需满足严格的质量要求, 并保证按期交货, 不影响建造进度。核安全级设备和要求可靠性高的非核安全级设备的设计和制造, 一般非本国现有制造厂所能立即承担, 需要开展科研试验、开发新的产品或制造工艺、新建或扩建厂房、进行工厂技术改造、建立质量保证系统、培训人员等, 或引起外国技术。总之需要先行投入一定的人力、物力、财力资源, 才能逐渐承担起来。这种投入是否值得, 与核电发展规模的大小密切相关。就一个工厂而言, 需要根据本身的能力和水平, 进行代价—效益分析。其限制因素有:
(1) 产品价格与进口的相比较有无竞争力。尽管本国的劳动力比较便宜, 试制时花费的总费用如果都摊到第一、二座装置上, 还是会比进口的昂贵。究竟生产几套会便宜下来以及降价多少, 与产品品种及批量大小都有关系;
(2) 市场前景(可能的订货数量) 是否值得为它投资;
(3) 工厂技术改造资金(用于扩大厂房、增
207
添加工和检验设备、试验台架等) 是否落实;
(4) 有无足够的合格人员(例如通晓材料、制造工艺和无损检验的技术人员, 掌握焊接和精加工工艺的技工等) ;
(5) 能否建立充分有效的质量保证系统; (6) 在规定时间内掌握技术(包括技术转让) 的困难。
依靠本国的工程服务公司, 可提前和系统地开展下列促进国产化的工作:
(1) 调查研究和推荐适合提供所需产品的国内制造厂家;
(2) 向这些厂家介绍产品的特殊要求, 引起它们的兴趣;
(3) 调整产品的技术规格、供货范围和合同形式, 使之适应厂家的条件;
(4) , (5) 系统;
(6) 介绍可能的外国合作伙伴, 促成合作生产和技术转让;
(7) 给予技术支持, 如应力分析、详细设计、人员培训等;
(8) 进行厂家的资格审查和鉴定。制造厂技术改造资金、科研和引进外国技术的费用, 可由政府承担。政府并应采用低息贷款或税收优惠的方式对核电国产化进行补贴。国家从核电设备国产化中获得的效益, 除了发展核电本身带来的巨大经济效益和环境效益外, 还有:
(1) 发展本国的高、新技术, 提高本国制造工业的水平与在国际市场上的竞争力;
(2) 培养出大批高水平的技术人员和管理人员;
(3) 提高核电的自主、自给程度; (4) 增加国内就业率。
国产化比率并非越高越好。应当根据国家核电发展规划和国内生产条件来确定国产化比率的最佳值。定得过高或过低都会造成经济损失。也应当根据经济得失的分析来确定哪些设备应当首先实现国内供货, 哪些可以放到第二步。有些技术难度大而产值有限(即在核电厂208
总投资中的比重不大) 的产品, 甚至不妨长期从国外购买。而主设备以外的大量通用机电产品(如表1中50%的泵,99%的阀门, 约为100%的槽、罐、热交换器、吊车、辅助管道、支吊架、通风设备、三废处理设备、电气设备、电缆等) , 在常规工业中已有生产, 虽然不满足核特殊要求, 但技术难度较小, 花不大的力气加以提高后, 容易做到价格低于国际市场价, 同时在非核领域也有广阔市场, 应列为初期国产化的目标。据估计, 设备的初期国产化可使核电厂设备费用减少20%～25%, 即总投资减少10%～13%。
, 我国经过, 不重。其实, 前者花力气大而见效慢, 后者花力气小而见效快, 占总投资的比重又大。“重主轻辅”的结果是经济效益欠佳。今后应由政府组织各工业集团和制造厂家, 根据中长期核电发展规划(含标准化、批量化具体内容) , 把设备国产化的先后次序排排队, 同时由政府制订鼓励设备国产化的具体政策和措施, 公布于众, 起促进的作用。
4 提高施工效率的途径
411 模块化施工方式
模块化施工是将部分厂房结构和系统由现场施工改为在制造厂或靠近现场的专门车间内加工和组装。由于制造厂或专门车间内的加工条件和环境要比现场优越得多, 受其他作业的干扰也少, 大有利于提高质量和劳动生产率。同时, 大部分土建施工可提前完成; 机电安装工作改在现场以外同土建施工平行地进行, 又减轻了厂区尤其是安全壳厂房内的拥塞现象, 改善了人员和器材的流通状况, 使现场环境有助于提高工作效率, 因而有可能大大缩短工期。
所谓模块就是一些结构件连同相关的设备、管道、阀门、导管、支承架、电缆托架、仪表架、配电盘、钢筋网、平台、扶梯等部件, 便于合起来在制造厂或车间内组装完成的一个组合体。模块的大小、繁简不一, 安装在滑架上的小型模块只有几吨重, 复杂的大型模块可包含许
多上述部件, 以及钢筋混凝土墙板与楼板, 重量达到数百吨。为了免受起重或搬运条件的限制, 可在现场俟模块安装就位后再往墙板和楼板浇灌混凝土。
模块化施工方式借助于减少现场施工工作量来降低现场的劳动力和监督管理费用。显然, 它在经济上很有吸引力。但还要与制造厂或专门车间增加设备所需投资相权衡, 进行仔细的代价—效益分析。此外, 模块化施工方式会带来一些新的风险因素, 如:
(1) 由于采用不同的公差, 制成的模块可能与厂房建筑不相配合;
(2) 施工和调试过程中缺少调整工序和交叉作业的灵活性;
(3) (4) , , 业主应研究和分、进度和造价的各种影响。模块化施工方式要求在制作模块前完成核电厂的总体设计和采购备齐所有的材料和部件。因此, 一旦业主决定采用这种施工方式, 就需要及早作出一系列相应的决策和计划, 并贯彻执行于从基本设计、详细设计、采购、制造、安装到调试验收的项目实施全过程, 包括总计划、总进度和财务计划。业主需较多地参与厂区和厂房布置、界定模块等方面的设计决策, 对一些模块化引起的特殊问题制定对策, 如1) 模块运输、贮存和安装的困难;2) 可能影响施工进度的意外事件;3) 许可证审批、是否便于维修、延长电厂寿期等方面的问题。业主还需在现场施工前及早和审慎地选择与鉴定合格的模块供应承包商, 建立模块加工过程的监督、控制机制, 包括增加的质量保证要求和加工过程中的检查和试验, 对可能延误交货作充分考虑, 以确保模块能按预定进度交付到安装位置。
工程设计单位需在施工前及早(约提前18个月) 完成模块设计, 以便有充裕时间进行材料、部件的采购, 及模块的加工和组装。模块设计包括:1) 规定模块的包络参数;2) 保证所有专业的协调统一;3) 确定安装和对准公差;4) 争取做到模块规格的标准化。厂区和厂房布置也需
作必要的调整以适应模块化的要求。需要为模块的搬运、放置和安装留有充裕的通道和空间。设计人员应充分吸取施工、运行和维修人员的意见以保证核电厂的顺利施工, 易于运行和维修。
模块化施工方式在国外已有一些成功经验。412 设计与施工进一步密切结合
且不谈重大的技术改进如先进轻水堆设计(A LWR ) , 单就现行堆型的建设而言, 只要设计充分注意到施工的方便, 就可对提高施工效率、降低建造成本起很大作用。训, 1) 合理的厂区和厂房布置
1) 一般来说, 矩形厂房要比圆形厂房便于施工;
2) 切实安排好厂区道路, 包括临时性道路
的铺设, 及尽早地修筑永久性道路; 3) 将临时厂房如电缆托架车间、通风导管车间、管道加工车间等布置得靠近施工现场;
4) 消除不均匀沉降, 尽量使用大块底板, 统一各厂房内和厂房间的柱间距和楼层标高;
5) 将临时混凝土支柱设计成永久性结构,
以节省昂贵的拆除费用;
6) 将预埋件标准化, 取消多余的预埋件; 7) 选择便于施工、通行、运行和维修的安全壳结构型式; 采用可在现场以外的车间里加工成形的大块钢衬里和钢穹顶; 安全壳内设备舱口的设置应便于器材的流通和设备更换, 在舱口内外设置带小吊车支承架的工作平台, 可尽量少动用环形吊车;
8) 使主控制室位于反应堆厂房、核辅助厂房和汽轮机厂房中间, 高度尽量低, 以便提早进行电气安装和调试试验。(2) 留出宽敞的通路和空间1) 确保器材、设备、工具和人员容易通达厂房内外各施工地点;
209
2) 支承和临时性设施如脚手架、吊车、轨道
等的位置应不妨碍人员和器材的通行; 3) 永久性货运电梯应留有充分裕量, 或准备加装临时性货运电梯; 4) 应为管道安装、电缆敷设和物料、器材与工具的存放留有充分的作业面积和往来通道; 5) 应为检查、试验、维护、修理、更换等其他活动保留适当面积。
(3) 简化设计, 以减少用于制造或建造的材料、工时、费用和时间, 例如:
1) 采用大型土建结构和合理安排公用设施, 来减少厂房的数目和体积; 2) 简化设备、系统和土建结构的图纸和技术规格以消除问题;
3) 4) 。(4) ———尤其是土建公差, 一般均需放宽, 使现场作业不致于过分困难或过多地返工。其他有:将管道支吊架布置在低应力点以减小其尺寸和放宽其公差; 使管道支吊架的公差与厂房结构的公差互相适配等。
(5) 减少现场焊缝———核电厂管道系统有大量焊缝。现场焊接由于恶劣的作业条件和位
置, 总是容易产生缺陷和变形。应当多用弯管
代替弯头以减少现场的焊缝数目及在役检查量。国外有的核电项目已用冷弯工艺成功地取代了90%的不锈钢和碳钢管道弯头焊缝。弯管优于焊接弯头的好处还有:1) 更能保证按进度完成管道系统的施工;2) 显著节省材料、人工和间接费用;3) 改善劳动条件、工人的健康和安全;4) 改善管道系统的流率和可靠性。
(6) 将检验准则结合到设计中去设计应考虑到施工过程和在役检查中的检查和试验要求, 设计文件应列出全部质量要求或有关标准规范:
1) ;
、费用
;
3) 应考虑一些特殊条件, 如易于接近待检设备和部件, 为减少维修人员接受的剂量提供快速拆卸措施等。
参考文献
1 连培生, 樊喜林, 陈曝之, 傅济熙1核电站建设的项目管
理1北京:原子能出版社,1997
2 IAE A 1G ood Practices for Nuclear P ower Plant C onstruction ,Final W orking Draft 1995(未出版)
S pecial Aspects of Nuclear P ower Plant C onstruction
LI AN Peisheng
(Nuclear P ower Dep. of CNNC )
Abstract :The very strict safety and quality requirements as well as the necessity of strengthened schedule and investment control make g ood project management even m ore im portant to the construction of nuclear power plant than conventional projects. F or developing countries ,to increase the extent of local participation becomes an essential way to reduce the construction costs and im prove the nuclear com petitiveness. M odular construction approach and design for constructability are discussed in the paper as viable means to further reduce construction time and costs.
K ey w ords :nuclear power plant construction ; project management ; quality assurance ; localization ; m odular construction ; constructability
210
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第21卷 第3期 2001年 9月核科学与工程
Chinese Journal of Nuclear Science and Engineering
V o1. 21 N o. 3Sep. 2001
核电厂建设的特点
连培生
(中国核工业集团公司核电局)
摘 要:阐述了核电厂建设与常规火电厂的最大不同, 在于其严格的安全与质量要求以及更需要加强控制的建设进度与投资, 使得项目管理及质量保证制度特别重要。对发展中国家来说, 的自主化和设备的国产化来提高核电的经济性。结合以降低建造成本的可能。
关键词:核电厂建设; 项目管理; 质量保证; 1 厂的放射性。为了确保包容放射性物质的实体屏障的完整性, 采取了常规工业中罕见的安全措施, 这造成核电厂系统的复杂性(见表1关于典型核电厂的系统和设备的数量和表2关于核电厂的文件数量) 。同时, 对核电厂的安全相关
系统和设备提出了非常高而严格的工业标准、规范和质量要求。核电厂的设计、设备和施工的质量, 在任何情况下都不得留有缺陷, 这主要靠质量保证(Quality Assurance ,QA ) 制度来确保。质量问题不仅关乎安全性, 而且会影响到今后运行的可靠性, 如果核电厂的负荷因子低落, 经济效益便不佳。
表1 典型的1000MW 压水堆核电厂的系统和设备的数量
T able 1 Q u antities of Systems and Equipment of a Typical 1000MW PWR NPP
系统
反应堆 仪表与控制 电力供应 安全壳 乏燃料贮存 放射性废物处理 给水供应 主蒸汽与辅助蒸汽 汽轮发电机 凝汽器与循环冷却水 通风空调、吊车电梯、通讯、照明 消防 公用 合计
[***********]
[***********]108
[**************]5
收稿日期:2001205214
作者简介:连培生:1943年毕业于昆明西南联合大学机械工程系, 现为中国核工业集团公司研究员级高级工程师。
200
续表
机械设备
管道(其中1/6为不锈钢管道) 管道配件 支承件 焊缝 泵 槽、罐 热交换器
其他设备(过滤器, 离子交换器, 吊车) 手动阀门 电动阀门 仪表阀门电气设备 电动机 大变压器 低压电缆仪表与控制设备 记录仪表 指示仪表 报警窗 开关柜 组合插件 仪表电缆
[***********]500000m
9002120000m 410000m
60000m 175000(4000种)
400t [***********](150种) (25种) 600
表2 一座核电厂建造过程中需要处理的文件数量
T able 2 Q u antities of Documents to be h andled during the Construction Period of a NPP 信函, 备忘录等图纸技术规格书各种程序
初版初版初版
250000件40000件1250件3000件
分发份数1200000件平均修订5次共平均修订4次共平均修订4次共
200000件5000件12000件
文件总计 5000000件,8000000～10000000页,415t 纸张 以上不包括:(1) 政府当局文件
(2) 设备供货商和施工承包商内部的工作文件(3) 技术转让文件, 它在极端情况下可多达2t 纸张
201
表3 典型的电功率1000MW 压水堆核电厂建设所需的人力资源
T able 3 Manpow er R esources R equirements for the Construction of a Typical 1000MW PWR NPP 工程设计和项目管理(业主) 3
设备制造建造过程 工程设计和项目管理(主承包商) 土建 机械和电气安装 质量保证和质量控制 调试起动高峰需要 安全监管人员 工程设计和项目管理人员(主承包商) 施工人员 其中:管工600人, 电工400人 调试起动人员 质量保证和质量控制人员 3假设采用切块分包合同方式。2500000工时
15300人年4500000工时7600000工时5500000工时500000工时300000工时
50人500人2500人200人100人表4 典型的电功率1000MW T able 4 A Typical Constitution (I MW PWR NPP
其中: 土建
合计
33
426
34
1563
13 15 5
1152
6 16 4
838
0 2
2
310
19 33 11
22100
表5 核电厂建设项目里程碑及建设阶段示例(压水堆)
T able 5 Milestones and Construction Stages of a Nuclear Pow er Project (PWR,example)
202
核电厂的投资大, 建造周期长(见表3关于典型核电厂建设所需的人力资源和表4关于典型核电厂的投资组成) , 进度的任何拖延都会造成可观的费用超支(由于赶工或推迟发电) , 使发电成本升高。大亚湾核电厂的工期每拖延一天, 单利息损失就高达100万美元。进度控制是核电厂建设项目管理的核心。然而在长达十多年(包含项目实施前的4～6年和实际建造的6～9年, 见表5) 的建设期间, 有许多意外因素会影响原定进度的实现, 包括政治的、社会的、经济的、财务的、技术的和自然条件的变化等。在建造过程中, 进度与质量的矛盾是不断发生的, 需要项目管理者及时妥善地解决。
周期长使得利率变化、汇率变化、通货膨胀、物价波动所引起的财务风险大大增加项目本身而言, 合同漏项、技术难关、工、, 均对项目费用产生不利的影响多子系统、部分或单元, 委托给若干适当的分包单位承担, 这样在它们彼此之间就会产生时间、空间和技术参数上大量的相互衔接的问题———接口问题, 特别是核电厂内许多子系统在空间上并非截然分界(如一些公用系统) , 土建、安装和调试阶段的工作有许多在时间上又相互交错, 更使接口问题变得复杂。
核电厂建设具有一次性的特点, 它与生产运行的恒稳性截然两样。由于技术的快速发展, 厂址条件的差异, 及承包商的不同, 任何两个项目都不一样, 项目管理中出现的问题也不一样, 其处理无成规可循, 。一次。
、法律、商务、财会、公共关系等多方面的专门知识, 是一门综合性管理科学; 同时又要求项目管理者善于沟通和协调, 具有能在复杂、多变的形势下迅速作
核电厂建设项目的质量、进度与费用三方出正确判断与决策的能力, 这样, 它又是一门
面的目标需要均衡地实现, 这三大控制又是互“艺术”。项目管理者在类似工作中积累的经验相依存、互相制约的。项目管理的总任务就是起重要作用。核电厂建设项目的复杂性、投资要通过正确的计划和组织, 及时而最佳的决策、之大和周期之长, 决定了它不是一个人或少数监督、协调和控制, 按预定的工期和预算, 建成人所能完全掌握、指挥和控制的, 而需要有一个质量合格、满足安全要求、能长期满功率稳定运由多种专业(主要是工程专业) 人员组成的项目行的核电厂。
核电厂建设涉及众多的部门和单位, 有:・政府管理部门和地方当局・政府监管机构(核安全, 环境保护, 公共卫生, 公安, 消防)
・业主(营运单位及各投资单位) ・总承包商或几个主承包商・各分包商(设备供货, 土建, 安装, 燃料供应, 运输等)
・工程服务公司(工程监理公司) ・咨询公司(地质, 地震, 水文, 气象, 安全分析, 应力分析, 在役检查等)
・独立的检查机构(例如履行设备核标记资格审查的美国机械工程师学会AS ME 等) 。由于核电厂建设项目是一个非常复杂、庞大的工程系统, 为了工作、承包或管理上的方便, 通常要把项目按不同工艺或专业划分为许
管理部门。业主的项目管理部门大致需要少至50～70人, 多至500～700人, 视项目合同方式而定。
项目管理模式同项目合同方式有密切关系。一般来说, 在业主面前有三种合同方式可供选择:
(1) 交钥匙方式是委托一家总承包商承担项目的全部责任, 包括工程设计、设备供货、施工、调试起动和项目管理。
(2) 切块分包方式(或称少合同方式) 是由几家主承包商各分担一大块(例如核岛, 常规岛, 配套设施等) 供货和服务的责任, 包括切块范围内的项目管理, 而由其中一家负责各块之间的接口, 由业主或所委托的一家工程服务公司负责它们之间的协调。
(3) 多合同方式是由业主自行承担项目的全部责任, 将所有供货和服务分成多达上百个
203
合同包, 一一委托出去。业主可能委托一家工程服务公司承担总体的工程设计和项目管理。
显然, 在交钥匙合同方式下, 业主的接口关系最简单, 项目管理的工作量最小。它适用于缺乏核电厂建设经验的业主。后进国家初次建设核电厂时多采用这种方式, 以冀充分利用总承包商的经验, 减少风险。但总承包商往往因负担重又增加风险而索取高价。另外业主在项目实施过程中对设计、采购和施工活动能进行的干预很有限, 技术转让比较困难, 国内承担份额一般很低。在多合同方式下, 业主能发挥最大作用, 通过竞争性投标为每一个合同包找到质量最优、报价最低或技术转让条件最好的合适承包商, 并为本国公司早日参与核电厂建设提供最好的机会。济效益, 、受重大损失。委托给一家有经验的工程服务公司承担。切块分包方式的利弊介于上述两种方式之间。我国大亚湾核电厂的建设采用了这种方式, 将两座装置的核岛和常规岛分别委托法国法马通公司和英国通用电气公司承担, 并委托法国电力公司作为工程服务承包商, 履行工程设计、采购、施工和调试方面的技术服务和部分项目管理职能, 承担全面技术责任。这样把一部分控制职能划给外国公司, 曾引起一些困难, 需要业主协调处理好质量与投资的矛盾。
核电厂运行的安全性、可靠性和经济性, 首先决定于它的设计与建造质量、建造周期和建设投资。因此可以说项目管理是核电厂建设成败的关键。不论采用何种分工合作的方式建设核电厂, 业主(一般即营运单位) 总是对项目的成功负有最终责任; 在项目交付使用后业主(也只有业主) 还要对核电厂整个寿期(40～60年) 内的安全稳定运行负责。在拟建项目不多的情况下, 业主不易做到或不值得为核电厂建设组建起一支具有足够实力的项目管理队伍。这时就应当充分利用专业化工程服务公司提供的服务, 以减轻业主的负担。美国从事核电厂建设的工程服务公司(Architect Engineer ,AE ) 一般都204
把工程设计和项目管理结合起来, 既能担任项目总承包商, 也能按业主的需要提供阶段性服务或可行性研究、申请许可证、招标、设计、采购、施工管理、调试起动、人员培训等方面的任何软件服务, 有的公司还能承包施工或提供筹资服务。值得注意的是, 工程服务公司是通过向业主提供服务获取报酬, 并不承包工程造价, 故不能为业主承担项目风险, 但它会关心自己的信誉。即使在交钥匙合同方式下, 如总承包商的工作有重大失误, 业主的损失也远非总承包商的经济赔偿所能弥补, 因此, 除了审慎选择总承包商以外, , “法治”代替“人治”, 以求做到“:凡事有人负责, 凡事有章可循, 凡事有人监督, 凡事有据可查”。这样可以尽量地:(1) 消除个人行为的随意性和不确定性; (2) 减少差错, 避免决策失误; (3) 使众多单位和部门在复杂形势下协调一致, 提高工作效率; (4) 明确责任, 有利于发挥各方面的积极性; (5) 使高层领导人员免于陷入琐碎事务。
核电厂建设项目管理中的“法”有:
(1) 国家核安全监管机构颁布的核安全法规;
(2) 供需双方签订的商务合同, 作为“法”,
合同必须详尽、严谨, 划清责任;
(3) 业主报经国家核安全监管机构批准后颁发的质量保证总大纲;
(4) 根据法规、合同和质量保证总大纲制订的管理程序, 工作程序和质量保证程序。
业主所编制的涉及承包商的程序是合同的细化规定, 须符合相应的法规和合同条款, 并经过合同双方认可; 承包商所编制的程序须符合相应的法规、合同条款和业主颁发的程序, 并须在执行前报送业主审查认可; 质量保证程序均须经过国家核安全监管机构批准。程序发布后具有法规性质, 允许而且应当不断地按一定步骤进行修订完善或更新以适应变化了的条件, 但不允许不执行。应养成从按照规章办事的习惯和风气, 杜绝“例外”和“讲情”等一切有章不
循的现象。
程序乃是前人实践经验的总结, 严格按照符合事物客观规律的、优化了的程序办事, 可以大大提高管理效率和工作效率。我国过去缺乏依据书面文本的习惯。大亚湾核电厂光是业主对承包商与业主内部的管理程序就有约为400个, 各承包商的程序数目约十倍于此, 在大亚湾建设初期借取法国电力公司的程序作为起步, 对我国核电厂建设起了有益的作用。及时了解必要的信息是做好项目管理工作的一个重要因素。为了避免误传、误解、歧义或不必要的纠纷, 应强调书面形式的信息, 例如会议必须有文字记录, 电话应补送备忘录等。由于文件量很大(见表2) , 应当利用计算机, 来进行质量、进度和投资控制、图纸管理、采购催交、施工管理、采集、整理、, 、合用的信息, 。
管理实践相比较, 它是以预先防范和及时纠正代替事后检验, 以全员参加的质量管理代替仅生产过程的质量控制, 以联系到全系统的各相关单位代替局限于一个单位内部, 以充分满足用户要求(对于核电厂, 包括未来运行的安全性和可用率) 代替只考虑产品本身的质量。因此, 为了实施质量保证大纲, 需要建立一个管理与协调各单位、各部门和各项工作(管理性的和技术性的) 的体系———质量保证体系。
业主(营运单位) 应负责建立整个项目的质量保证体系和实施质量保证总大纲。但对某一。因此, , 均须建立, 以控制其责任范围内准, 主要承包商的质量保证分大纲并须报送国家核安全监管机构复核。
承包商应建立职责权限和联络渠道明确的组织机构, 包括独立于实际作业部门的质量保证(QA ) 部门和质量控制(QC ) 部门(注:注意此处的质量控制Quality C ontrol ,QC , 是指控制各项作业质量的具体检查活动, 不可同第1节三大控制中广义的质量控制相混淆) , 制定质量保证分大纲和程序, 建立控制各项作业的程序(包括管理程序和工作程序) , 使用经过培训的合格人员, 验证规定的质量要求是否满足, 控制所有的技术偏差(不符合项) , 采取必要的纠正措施, 定期检查大纲实施的有效性。承包商质量保证部门的活动主要是观察, 监督, 监查, 验证工作中的不足、缺陷或不符合项是否得到及时的纠正, 验证质量保证大纲和各种程序的有效性与适用性。质量控制部门的活动主要是编制分项作业的质量控制计划(包括设置关键环节的见证点和停工待检点) , 实地检查, 测量, 试验, 无损检验, 不符合项管理, 计量管理等。承包商及其分包商(包括承包商对其分包商) 的质量保证和质量控制活动, 合起来构成一个完整的质量保证系统。
业主应通过其质量保证部门对所有承包商工作的质量进行监督、监查和验证检查等质量保证和质量控制活动。
205
2 质量保证制度
原子能工业的质量保证制度是在20世纪70年代随着核电厂的建设而发展起来的。1978年国际原子能机构颁布了《核安全标准》50-C -QA “核电厂安全实施规范—质量保证”, 推荐
各国政府采用。按照我国《核安全法规》H AF 0400(91) “核电厂质量保证安全规定”, 营运单位必须制定整个核电厂的质量保证总大纲, 报送国家核安全监管机构审核, 质量保证总大纲是监管机构审批“核电厂建造许可证”的必要前提之一。营运单位还必须对质量保证总大纲实施的有效性负责, 实施过程要接受监管机构的监督。之所以规定将核电厂的质量置于政府部门的监督之下, 就因为核电厂具有潜在的核事故风险, 可能危害公众的健康与安全及污染环境。而质量保证制度是确保核电厂的安全性以及可用率的根本措施。
质量保证大纲要对所有可能影响质量的活动提出具有约束性的要求和措施。按照公认的定义, 质量保证是“为使人们确信某一物项或装置在未来的使用中能满意工作而有必要进行的一切事先计划的、系统的活动”。与过去的质量
质量保证体系的运转必须依据有效的书面文件, 包括法规、导则、标准、大纲、程序、技术规格书、图纸、技术说明书、质量控制计划、工作指令等, 做到凡事有章可循。所有关于质量的客观证据, 包括对物项或服务作业完成情况的检查、测量、试验、监督、监查、审查的结果, 不符合项及其纠正措施, 以及人员资格证明、程序批准证明、仪表标定证书等, 必须按程序的规定做成真实完整的记录, 并完好地保存, 做到凡事有据可查。完善的文件管理系统和记录制度是质量保证体系不可缺少的要素。
质量保证制度对核电厂经济性的最大贡献在于提高负荷因子(或可用率) 。核电厂的系统、设备和仪表都具有符合要求的可靠性, 就会减少其失效率。其次, 得越早, 付出的代价就越小; 10100倍, 。
汇的支出。用成套进口外国设备的办法建设核电厂, 决非长久之计。其次, 核电的发展速度与它相对于常规电厂的经济性密切相关。据估计, 我国建设中的岭澳、秦山第三、秦山第二、田湾核电厂的建成价比投资分别为2043,1978, 1407,1539＄/kW (e ) , 相当于进口燃煤电厂的117～212倍; 上网电价高达6cents/(kW ・h ) 以上。这障碍着我国核电的近期发展。进口设备的价格高昂, 实现设备国产化不仅可以减轻外汇负担, 而且在批量生产的有利条件下, 可以做到设备价格大大低于国际市场价格, 而获得减少基建投资、。
, :1) 工程设计和,2) 设备和材料的国产化,3) 土建、安装和调试的自主化。从表4可看出, 设备材料供货占总投资50%以上。设备国产化乃是核电厂本国化的重点。
业主对核电厂安全运行的责任不能交付任何旁人, 赢利或亏损也是业主独家的责任。业主必须对建设项目实行完全的控制, 包括全面的质量保证, 即使在交钥匙合同方式下也不例外。在外商交钥匙承包方式下, 业主除了加强己方的项目管理(主要是监督) 外, 应尽早开始运行维修人员的培训, 使之能提前参加安装竣工试验和调试试验, 深入了解设备和安装的质量及其中存在问题, 作为日后运行、维修和改进的参照。一般, 由本国的公司和厂家提供不宜进口的大宗建筑材料, 承担需要使用大量劳动力的土建、安装施工(包括常规的土建设计) , 承包一些不在关键路径上的配套设备, 这些是最低程度的国内承担部分。311 工程设计和项目管理的自主化工程设计和项目管理影响着建造过程中一切活动———工程文件的产生, 设备的采购和制造, 现场施工直至调试完成、交付运行。工程设计和项目管理费用占总投资15%～20%, 在切块分包合同方式下花费业主及其工程服务公司的人力资源约2500000工时, 核岛和常规岛主承包商的人力资源约4500000工时, 高峰时投入的工程技术人员可达600人, 其中80%系工
3 核电厂建设的本国化
核电厂建设的本国化, 表现为建设投资中的国内承担份额超过进口份额, 通常简称为设计自主化和设备国产化。由于对核电厂的厂房、系统和设备有特殊的严格的安全要求, 以及历史原因, 相关的新技术是在一些工业发达国家美国、英国、苏联和加拿大首先开发出来的, 另外一些工业发达国家如法国、德国、日本等, 通过技术转让和本国的开发研制, 也随后掌握了这些新技术。对于要建设核电厂的大多数发展中国家来说, 目前只能从上述发达国家购入系统和设备而备受控制和限制, 因此就有一个本国化问题。这纯粹是发展中国家的问题。如第1节所述, 后进国家初次建设核电厂, 多采用交钥匙合同方式, 将工程设计和项目管理交与外国通常是发达国家的总承包商负责, 设备从外国成套进口, 国内承担部分占总投资的份额甚低。例如韩国第一座压水堆核电厂古里1号, 在工程设计方面国内仅参加部分的土建设计, 设备国产化率只有8%。
核电厂投资巨大, 发展中国家建设核电厂往往不仅苦于资金不足, 尤其难以承受巨额外206
程师。工程设计和项目管理的自主化是核电厂本国化的先行官。
没有工程设计的自主化, 业主的项目管理就不会完整。在这里, 工程设计(engineering ) 应理解为包含核电厂系统的基本设计和详细设计, 核电厂总体设计(总平面布置, 总体技术规格, 各专业的协调统一) , 采购(招标, 评标, 订合同, 催交, 检查, 验收) , 对施工的技术支持(提供施工图纸和说明书, 施工计划, 施工合同纲要, 向施工单位作技术交底) , 质量保证和质量控制, 现场技术工作(现场设计, 现场采购, 协助调试) , 以及技术转让和相应的本国化工作等多项工程服务的内容, 而不限于狭义的设计(design , 含制作图纸和技术规格书) 。
础, 又是设备国产化的前提力, 。他们可通过调整技术规格和合同结构来适应国内的生产、供货条件, 或指导制造厂采取必要措施使其产品适应核技术要求。这些适应工作不能指靠外国人, 也不是不熟悉我国情况的外国技术人员, 或不了解总体设计要求的制造厂人员所能做好的。
大亚湾核电厂的核岛和常规岛设备是由外国厂商成套供货, 可争取的国内供货只有电厂配套设施。而这部分的采购管理, 按照合同, 是委托法国电力公司作为工程服务来承担。由于法国电力公司不了解或不考虑中国厂家的条件和特点, 又无促进中国国产化的兴趣, 只是照搬法国的习惯做法, 结果大部分配套设施合同为法国厂商获得, 整个大亚湾核电厂的设备国产化率仅约为2%。这是管理不自主的结果。在当时发展核电的初始阶段, 尚缺乏一个自主化和国产化的通盘规划。而业主(包括港方股东) 首要保证得到一个完整配套的、经济效益良好的核电厂的目的是达到了。
发展核电的后进国家, 如西班牙、韩国等, 在连续建设几座核电厂的过程中, 为了实现工程设计的自主化, 重视本国工程服务公司(Engineering C om pany 或AE C om pany ) 的作用。
一般是通过同外国工程服务公司的合作, 引进技术, 吸取经验, 来提高国内的工程设计和项目管理能力。同外国有经验的工程服务公司组织合营公司, 看来是一种有效的方式。上述几个国家采取这种技术转让方式, 最终成功地建立起本国的工程服务公司。
过去我国曾一度偏向重技术、轻管理, 重硬件、轻软件, 认为设备制造需要引进技术, 工程设计和项目管理不需要借鉴外国经验, 满足于已有的燃煤电厂和反应堆的设计、建造经验。其实, 核电厂的软件技术更新得很快, 我国本来, 在项目管理, 验(, , 。设备国产化对节省外汇和降低投资能起主要作用。但是, 一上来就追求100%国产化在经济上是不合算的, 因而不可能实现。有些工业发达国家虽然具备生产核电厂所有设备的能力, 仍从外国进口某些特殊设备、材料和仪表, 就是因为这样做比较合算。
核电厂设备需满足严格的质量要求, 并保证按期交货, 不影响建造进度。核安全级设备和要求可靠性高的非核安全级设备的设计和制造, 一般非本国现有制造厂所能立即承担, 需要开展科研试验、开发新的产品或制造工艺、新建或扩建厂房、进行工厂技术改造、建立质量保证系统、培训人员等, 或引起外国技术。总之需要先行投入一定的人力、物力、财力资源, 才能逐渐承担起来。这种投入是否值得, 与核电发展规模的大小密切相关。就一个工厂而言, 需要根据本身的能力和水平, 进行代价—效益分析。其限制因素有:
(1) 产品价格与进口的相比较有无竞争力。尽管本国的劳动力比较便宜, 试制时花费的总费用如果都摊到第一、二座装置上, 还是会比进口的昂贵。究竟生产几套会便宜下来以及降价多少, 与产品品种及批量大小都有关系;
(2) 市场前景(可能的订货数量) 是否值得为它投资;
(3) 工厂技术改造资金(用于扩大厂房、增
207
添加工和检验设备、试验台架等) 是否落实;
(4) 有无足够的合格人员(例如通晓材料、制造工艺和无损检验的技术人员, 掌握焊接和精加工工艺的技工等) ;
(5) 能否建立充分有效的质量保证系统; (6) 在规定时间内掌握技术(包括技术转让) 的困难。
依靠本国的工程服务公司, 可提前和系统地开展下列促进国产化的工作:
(1) 调查研究和推荐适合提供所需产品的国内制造厂家;
(2) 向这些厂家介绍产品的特殊要求, 引起它们的兴趣;
(3) 调整产品的技术规格、供货范围和合同形式, 使之适应厂家的条件;
(4) , (5) 系统;
(6) 介绍可能的外国合作伙伴, 促成合作生产和技术转让;
(7) 给予技术支持, 如应力分析、详细设计、人员培训等;
(8) 进行厂家的资格审查和鉴定。制造厂技术改造资金、科研和引进外国技术的费用, 可由政府承担。政府并应采用低息贷款或税收优惠的方式对核电国产化进行补贴。国家从核电设备国产化中获得的效益, 除了发展核电本身带来的巨大经济效益和环境效益外, 还有:
(1) 发展本国的高、新技术, 提高本国制造工业的水平与在国际市场上的竞争力;
(2) 培养出大批高水平的技术人员和管理人员;
(3) 提高核电的自主、自给程度; (4) 增加国内就业率。
国产化比率并非越高越好。应当根据国家核电发展规划和国内生产条件来确定国产化比率的最佳值。定得过高或过低都会造成经济损失。也应当根据经济得失的分析来确定哪些设备应当首先实现国内供货, 哪些可以放到第二步。有些技术难度大而产值有限(即在核电厂208
总投资中的比重不大) 的产品, 甚至不妨长期从国外购买。而主设备以外的大量通用机电产品(如表1中50%的泵,99%的阀门, 约为100%的槽、罐、热交换器、吊车、辅助管道、支吊架、通风设备、三废处理设备、电气设备、电缆等) , 在常规工业中已有生产, 虽然不满足核特殊要求, 但技术难度较小, 花不大的力气加以提高后, 容易做到价格低于国际市场价, 同时在非核领域也有广阔市场, 应列为初期国产化的目标。据估计, 设备的初期国产化可使核电厂设备费用减少20%～25%, 即总投资减少10%～13%。
, 我国经过, 不重。其实, 前者花力气大而见效慢, 后者花力气小而见效快, 占总投资的比重又大。“重主轻辅”的结果是经济效益欠佳。今后应由政府组织各工业集团和制造厂家, 根据中长期核电发展规划(含标准化、批量化具体内容) , 把设备国产化的先后次序排排队, 同时由政府制订鼓励设备国产化的具体政策和措施, 公布于众, 起促进的作用。
4 提高施工效率的途径
411 模块化施工方式
模块化施工是将部分厂房结构和系统由现场施工改为在制造厂或靠近现场的专门车间内加工和组装。由于制造厂或专门车间内的加工条件和环境要比现场优越得多, 受其他作业的干扰也少, 大有利于提高质量和劳动生产率。同时, 大部分土建施工可提前完成; 机电安装工作改在现场以外同土建施工平行地进行, 又减轻了厂区尤其是安全壳厂房内的拥塞现象, 改善了人员和器材的流通状况, 使现场环境有助于提高工作效率, 因而有可能大大缩短工期。
所谓模块就是一些结构件连同相关的设备、管道、阀门、导管、支承架、电缆托架、仪表架、配电盘、钢筋网、平台、扶梯等部件, 便于合起来在制造厂或车间内组装完成的一个组合体。模块的大小、繁简不一, 安装在滑架上的小型模块只有几吨重, 复杂的大型模块可包含许
多上述部件, 以及钢筋混凝土墙板与楼板, 重量达到数百吨。为了免受起重或搬运条件的限制, 可在现场俟模块安装就位后再往墙板和楼板浇灌混凝土。
模块化施工方式借助于减少现场施工工作量来降低现场的劳动力和监督管理费用。显然, 它在经济上很有吸引力。但还要与制造厂或专门车间增加设备所需投资相权衡, 进行仔细的代价—效益分析。此外, 模块化施工方式会带来一些新的风险因素, 如:
(1) 由于采用不同的公差, 制成的模块可能与厂房建筑不相配合;
(2) 施工和调试过程中缺少调整工序和交叉作业的灵活性;
(3) (4) , , 业主应研究和分、进度和造价的各种影响。模块化施工方式要求在制作模块前完成核电厂的总体设计和采购备齐所有的材料和部件。因此, 一旦业主决定采用这种施工方式, 就需要及早作出一系列相应的决策和计划, 并贯彻执行于从基本设计、详细设计、采购、制造、安装到调试验收的项目实施全过程, 包括总计划、总进度和财务计划。业主需较多地参与厂区和厂房布置、界定模块等方面的设计决策, 对一些模块化引起的特殊问题制定对策, 如1) 模块运输、贮存和安装的困难;2) 可能影响施工进度的意外事件;3) 许可证审批、是否便于维修、延长电厂寿期等方面的问题。业主还需在现场施工前及早和审慎地选择与鉴定合格的模块供应承包商, 建立模块加工过程的监督、控制机制, 包括增加的质量保证要求和加工过程中的检查和试验, 对可能延误交货作充分考虑, 以确保模块能按预定进度交付到安装位置。
工程设计单位需在施工前及早(约提前18个月) 完成模块设计, 以便有充裕时间进行材料、部件的采购, 及模块的加工和组装。模块设计包括:1) 规定模块的包络参数;2) 保证所有专业的协调统一;3) 确定安装和对准公差;4) 争取做到模块规格的标准化。厂区和厂房布置也需
作必要的调整以适应模块化的要求。需要为模块的搬运、放置和安装留有充裕的通道和空间。设计人员应充分吸取施工、运行和维修人员的意见以保证核电厂的顺利施工, 易于运行和维修。
模块化施工方式在国外已有一些成功经验。412 设计与施工进一步密切结合
且不谈重大的技术改进如先进轻水堆设计(A LWR ) , 单就现行堆型的建设而言, 只要设计充分注意到施工的方便, 就可对提高施工效率、降低建造成本起很大作用。训, 1) 合理的厂区和厂房布置
1) 一般来说, 矩形厂房要比圆形厂房便于施工;
2) 切实安排好厂区道路, 包括临时性道路
的铺设, 及尽早地修筑永久性道路; 3) 将临时厂房如电缆托架车间、通风导管车间、管道加工车间等布置得靠近施工现场;
4) 消除不均匀沉降, 尽量使用大块底板, 统一各厂房内和厂房间的柱间距和楼层标高;
5) 将临时混凝土支柱设计成永久性结构,
以节省昂贵的拆除费用;
6) 将预埋件标准化, 取消多余的预埋件; 7) 选择便于施工、通行、运行和维修的安全壳结构型式; 采用可在现场以外的车间里加工成形的大块钢衬里和钢穹顶; 安全壳内设备舱口的设置应便于器材的流通和设备更换, 在舱口内外设置带小吊车支承架的工作平台, 可尽量少动用环形吊车;
8) 使主控制室位于反应堆厂房、核辅助厂房和汽轮机厂房中间, 高度尽量低, 以便提早进行电气安装和调试试验。(2) 留出宽敞的通路和空间1) 确保器材、设备、工具和人员容易通达厂房内外各施工地点;
209
2) 支承和临时性设施如脚手架、吊车、轨道
等的位置应不妨碍人员和器材的通行; 3) 永久性货运电梯应留有充分裕量, 或准备加装临时性货运电梯; 4) 应为管道安装、电缆敷设和物料、器材与工具的存放留有充分的作业面积和往来通道; 5) 应为检查、试验、维护、修理、更换等其他活动保留适当面积。
(3) 简化设计, 以减少用于制造或建造的材料、工时、费用和时间, 例如:
1) 采用大型土建结构和合理安排公用设施, 来减少厂房的数目和体积; 2) 简化设备、系统和土建结构的图纸和技术规格以消除问题;
3) 4) 。(4) ———尤其是土建公差, 一般均需放宽, 使现场作业不致于过分困难或过多地返工。其他有:将管道支吊架布置在低应力点以减小其尺寸和放宽其公差; 使管道支吊架的公差与厂房结构的公差互相适配等。
(5) 减少现场焊缝———核电厂管道系统有大量焊缝。现场焊接由于恶劣的作业条件和位
置, 总是容易产生缺陷和变形。应当多用弯管
代替弯头以减少现场的焊缝数目及在役检查量。国外有的核电项目已用冷弯工艺成功地取代了90%的不锈钢和碳钢管道弯头焊缝。弯管优于焊接弯头的好处还有:1) 更能保证按进度完成管道系统的施工;2) 显著节省材料、人工和间接费用;3) 改善劳动条件、工人的健康和安全;4) 改善管道系统的流率和可靠性。
(6) 将检验准则结合到设计中去设计应考虑到施工过程和在役检查中的检查和试验要求, 设计文件应列出全部质量要求或有关标准规范:
1) ;
、费用
;
3) 应考虑一些特殊条件, 如易于接近待检设备和部件, 为减少维修人员接受的剂量提供快速拆卸措施等。
参考文献
1 连培生, 樊喜林, 陈曝之, 傅济熙1核电站建设的项目管
理1北京:原子能出版社,1997
2 IAE A 1G ood Practices for Nuclear P ower Plant C onstruction ,Final W orking Draft 1995(未出版)
S pecial Aspects of Nuclear P ower Plant C onstruction
LI AN Peisheng
(Nuclear P ower Dep. of CNNC )
Abstract :The very strict safety and quality requirements as well as the necessity of strengthened schedule and investment control make g ood project management even m ore im portant to the construction of nuclear power plant than conventional projects. F or developing countries ,to increase the extent of local participation becomes an essential way to reduce the construction costs and im prove the nuclear com petitiveness. M odular construction approach and design for constructability are discussed in the paper as viable means to further reduce construction time and costs.
K ey w ords :nuclear power plant construction ; project management ; quality assurance ; localization ; m odular construction ; constructability
210
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net