求一種基于EPC MAT圖料匹配功能的物料管理方案

物料管理作為工程建設(shè)的重要組成部分，需要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地掌控物資信息。通過對(duì)圖料匹配機(jī)制以及物料管理策略的分析，給出了基于圖料匹配功能的物料管理方案，并在深水半潛項(xiàng)目中進(jìn)行了實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了物料信息的高度集中、實(shí)時(shí)共享、分類匯總和整理分析，提高了項(xiàng)目管理效益，為大型深海油氣開發(fā)項(xiàng)目的物料管理提供了強(qiáng)有力的支持。

1項(xiàng)目概況

某氣田是我國(guó)首個(gè)深水自營(yíng)氣田，作業(yè)平均水深1500m，其天然氣儲(chǔ)量超千億立方米，每年約生產(chǎn)30億～35億m3天然氣。項(xiàng)目采取深水半潛平臺(tái)+水下生產(chǎn)系統(tǒng)+干氣接入崖城管網(wǎng)的開發(fā)模式。半潛平臺(tái)由3.3萬(wàn)t的船體和近2萬(wàn)t的上部平臺(tái)組成。項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，氣田產(chǎn)出的凝析油將進(jìn)入平臺(tái)儲(chǔ)存，通過油輪外輸；天然氣則通過外輸海管接入崖城海底管線，通過香港終端、高欄終端及南山終端分別向香港、廣東及海南用戶供氣。

本項(xiàng)目是集團(tuán)公司“十三五”重點(diǎn)項(xiàng)目，涉及半潛平臺(tái)、SCR立管、水下生產(chǎn)系統(tǒng)等多項(xiàng)深水領(lǐng)域工作。項(xiàng)目將挑戰(zhàn)2項(xiàng)世界第一（第一個(gè)具備凝析油儲(chǔ)存功能的半潛平臺(tái)，最大的桁架式組塊）、4項(xiàng)國(guó)內(nèi)首次（半潛式平臺(tái)設(shè)計(jì)建造、聚酯纜錨鏈、南海應(yīng)用SCR立管、一體化深水水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工），同時(shí)要求30年不進(jìn)塢，這就需要從設(shè)計(jì)源頭開始保證本質(zhì)安全和質(zhì)量要求，并嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)質(zhì)量、采辦物資質(zhì)量和建造質(zhì)量。風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)遇并存，該項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)于公司發(fā)展深水及浮式生產(chǎn)裝置工程技術(shù)能力、開拓國(guó)際深水油氣市場(chǎng)具有重要意義。

船體涉及的物資種類繁多，并有船舶入級(jí)要求，且82個(gè)分段分別在青島、海陽(yáng)兩地建造，物料管理的精細(xì)程度對(duì)現(xiàn)場(chǎng)建造的進(jìn)度具有至關(guān)重要的影響。

2 基于EPC MAT圖料匹配功能的物料管理方案

物料管理直接影響工程的進(jìn)度、費(fèi)用、質(zhì)量及安全[1]。從進(jìn)度角度分析，任何一次物料的晚到貨，都有可能會(huì)影響到項(xiàng)目的施工進(jìn)度，甚至缺少一個(gè)螺栓都可能導(dǎo)致項(xiàng)目不能按時(shí)投產(chǎn)。從費(fèi)用的角度來(lái)看，物料占項(xiàng)目總承包費(fèi)用的70%左右。就質(zhì)量而言，物料是一個(gè)工程建設(shè)項(xiàng)目成功與否的關(guān)鍵，質(zhì)量過剩將導(dǎo)致費(fèi)用的增加，質(zhì)量不足又將導(dǎo)致項(xiàng)目的失敗。就安全角度而言，由于物料問題而引發(fā)的安全事故，將對(duì)公司產(chǎn)生重大的影響。所以，物料管理在工程項(xiàng)目中占據(jù)重要的地位[2-3]。物料管理不僅是過程管理，而且要進(jìn)行細(xì)節(jié)管理，只有這樣才能提高總承包項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益[4]。

在項(xiàng)目中，采取了基于圖料匹配功能的物料管理方案，保證了項(xiàng)目參與者能夠準(zhǔn)確掌握物料的流轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)，隨時(shí)掌控物料的采購(gòu)、到貨及使用情況，幫助項(xiàng)目決策者判斷物料是否滿足建造施工的預(yù)期要求。

2.1 圖料匹配機(jī)制分析

圖料匹配的目的是通過梳理設(shè)計(jì)圖紙和模型得到物料設(shè)計(jì)凈量，分析采辦量是否滿足設(shè)計(jì)凈量；在采買過程中，需對(duì)比采辦料單轉(zhuǎn)化成采辦訂單的完成情況；在施工過程中，需對(duì)配料工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，即對(duì)比分析預(yù)期到貨計(jì)劃與施工計(jì)劃、現(xiàn)有庫(kù)存與目前施工需要，若出現(xiàn)物料不足的現(xiàn)象，則及時(shí)采取補(bǔ)采、調(diào)整施工計(jì)劃等措施。

因此，主要機(jī)制分為4個(gè)階段：

（1）物料設(shè)計(jì)凈量和采辦量是否對(duì)應(yīng)，采辦量應(yīng)大于設(shè)計(jì)凈量，如出現(xiàn)設(shè)計(jì)凈量大于采辦量的情況，則自動(dòng)發(fā)出預(yù)警；

（2）物料采辦量與采辦訂單是否對(duì)應(yīng)，若采買訂單小于采辦量，則發(fā)出預(yù)警；

（3）預(yù)期的到貨計(jì)劃與施工計(jì)劃能否對(duì)應(yīng)；

（4）現(xiàn)有庫(kù)存能否滿足當(dāng)前施工的需要。

2.2 基于圖料匹配的物料管理策略分析

本節(jié)從物料管理原則出發(fā)，分析基于圖料匹配的物料管理方案及底層邏輯，并通過項(xiàng)目應(yīng)用驗(yàn)證該方案的可行性和合理性。

2.2.1 物料管理的5R原則

5R原則指的是物料供應(yīng)的適時(shí)（Right Time）、適質(zhì)（Right Quality）、適量（Right Quantity）、適價(jià)（Right Price）和適地（Right Place）。對(duì)于本項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，基于圖料匹配功能的物料管理具備了物料信息高度共享集成、物料狀態(tài)總體匯總、物料管理全過程可控和設(shè)計(jì)/采辦/材料多方協(xié)同等功能，其功能與5R原則的對(duì)標(biāo)情況如表1所示。

2.2.2 基于圖料匹配的物料管理設(shè)計(jì)方案

應(yīng)用于本項(xiàng)目的EPC MAT2.0系統(tǒng)對(duì)物料的管理體現(xiàn)在設(shè)計(jì)層、采辦層和施工層3個(gè)方面，并且分別有以下設(shè)計(jì)方案及功能。

（1）設(shè)計(jì)層。

設(shè)計(jì)層的主要作用是為整個(gè)工程項(xiàng)目確定物料需求，例如物料主數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)料單、采辦料單、利庫(kù)料單和施工料單。設(shè)計(jì)層對(duì)于物料的需求規(guī)劃涉及數(shù)量、時(shí)間以及地點(diǎn)3個(gè)方面，不同施工階段的物料用量則由其對(duì)應(yīng)工作包的施工計(jì)劃、物料需求數(shù)量和時(shí)間決定。工作包基于模型用三維坐標(biāo)進(jìn)行劃分，設(shè)計(jì)層的物料梳理方案如圖1所示。

（2）采辦層。

結(jié)合上述對(duì)設(shè)計(jì)層的分析，以工作包的形式梳理出所有的需求物料后，將同類物料以不同批次的形式統(tǒng)計(jì)成采辦料單并進(jìn)行獨(dú)立編號(hào)，便于記錄相應(yīng)物料的使用情況，實(shí)現(xiàn)物料的全過程位置動(dòng)態(tài)定位及全項(xiàng)目周期去向跟蹤。所有采辦料單均采用數(shù)字及英文編碼結(jié)合的方式，根據(jù)物料的大類、應(yīng)用模塊、專業(yè)種類和批次進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)。

應(yīng)制訂詳細(xì)的到貨、入庫(kù)及退還返修計(jì)劃，由檢查員按標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品檢驗(yàn)文件檢驗(yàn)物資是否符合規(guī)定要求。施工急需且來(lái)不及檢驗(yàn)或驗(yàn)證的物料應(yīng)緊急放行和按照要求進(jìn)行控制，并作出標(biāo)記和記錄，一旦發(fā)現(xiàn)不合格應(yīng)立即返回更換。同時(shí)，應(yīng)按照項(xiàng)目的計(jì)劃節(jié)點(diǎn)，對(duì)采辦料單和實(shí)際訂單量進(jìn)行比對(duì)，并結(jié)合施工用量對(duì)物料倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行反饋，保證所有項(xiàng)目成員能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地掌握詳實(shí)的項(xiàng)目物料動(dòng)態(tài)，隨時(shí)掌控物料的采購(gòu)、到貨、使用情況，從而及時(shí)準(zhǔn)確地預(yù)估物料能否滿足建造施工預(yù)期要求。

（3）施工層。

施工層是設(shè)計(jì)及采辦的延續(xù)，也是驗(yàn)證兩者對(duì)物料預(yù)測(cè)正確性的實(shí)踐。設(shè)計(jì)在前期通過圖料匹配功能，依托設(shè)計(jì)量和物料需求進(jìn)行匹配，確保采辦料單量足夠滿足施工需求。在執(zhí)行過程中，發(fā)生設(shè)計(jì)變更時(shí)，設(shè)計(jì)根據(jù)物料需求的變化，通過圖料匹配識(shí)別是否需要補(bǔ)采。

在施工現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)量與領(lǐng)用量之和等于到貨量的原則，判斷是否發(fā)生物料丟失、損壞、浪費(fèi)的情況，識(shí)別出剩余物料是否能夠滿足剩余施工工作，如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有庫(kù)存不能滿足施工需求（通常為丟失、損壞、浪費(fèi)等原因造成），及時(shí)進(jìn)行采買。

2.2.3圖料匹配的邏輯模型

通過上節(jié)對(duì)基于圖料匹配的物料管理方案的分析可知，所有物料其實(shí)是在設(shè)計(jì)—采辦—建造這一流程中單向傳遞，且反向反饋物料的使用情況。

對(duì)于設(shè)計(jì)層來(lái)說(shuō)，最主要的作用是通過設(shè)計(jì)圖紙和模型得到所有的物料設(shè)計(jì)量，根據(jù)2.2.2的分析，可假設(shè)某個(gè)工作包中某種類型物料的數(shù)量為Skj，則整個(gè)模塊該物料的設(shè)計(jì)需求數(shù)量為：

對(duì)于采辦層，可假設(shè)單個(gè)采辦料單的物料數(shù)量為Cij，i表示同類別物料的不同批次，取值為1，2，3，…，j表示不同物料的編碼，由此，某某類的物料采辦料單總量為：

另外，在項(xiàng)目進(jìn)行過程中還存在隨進(jìn)度推移的當(dāng)前計(jì)劃使用量Di、到貨量Hi，i均為特定某一類型的物料，例如法蘭、閥門和管件等。 則整個(gè)圖料匹配的運(yùn)行邏輯應(yīng)滿足以下約束條件：

采辦總量應(yīng)在最大設(shè)計(jì)總量上留有裕度，保證項(xiàng)目進(jìn)行時(shí)物料充足；

采辦總量與當(dāng)前計(jì)劃使用量的差值表示當(dāng)前項(xiàng)目的采辦余量，如在項(xiàng)目進(jìn)行時(shí)，該值小于零，則說(shuō)明物料浪費(fèi)嚴(yán)重，偏離預(yù)測(cè)值，即項(xiàng)目出現(xiàn)嚴(yán)重疏漏。

實(shí)際到貨量與當(dāng)前計(jì)劃使用量的差值表示當(dāng)前施工可用量，該值與項(xiàng)目能否順利進(jìn)行息息相關(guān)，當(dāng)趨于零時(shí)，可幫助項(xiàng)目管理人員了解下一步的物料缺口情況，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)貨。

2.2.4 基于圖料匹配的物料管理方案在深水半潛項(xiàng)目中的實(shí)踐

在本項(xiàng)目中，基于圖料匹配功能的全流程物料管理方案被成功應(yīng)用。圖料匹配既能幫助項(xiàng)目材料人員及時(shí)準(zhǔn)確地掌握設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工過程中物料的動(dòng)態(tài)信息，保證在正確的時(shí)間將正確的物料用在正確的地方，又能幫助項(xiàng)目管理人員了解下一步的物料缺口情況，進(jìn)而調(diào)整采辦策略，優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工方案。圖2和圖3是本項(xiàng)目中采辦料單和物料使用計(jì)劃的部分示例。

另外，圖料匹配功能的數(shù)據(jù)匯總最終會(huì)在平臺(tái)駕駛艙體現(xiàn)，指標(biāo)體系由設(shè)計(jì)、采辦、建造、安裝和調(diào)試的進(jìn)度組成，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和顯示設(shè)計(jì)成果文件、采辦動(dòng)態(tài)、總體進(jìn)度以及施工工時(shí)等信息，讓管理人員能夠直觀把握項(xiàng)目的進(jìn)度情況，緊急應(yīng)對(duì)突發(fā)問題，衡量項(xiàng)目損失，為進(jìn)一步的工程部署提供參考。實(shí)例如圖4所示。

3圖料匹配功能的智能化展望

圖料匹配功能在實(shí)際應(yīng)用過程中，可能會(huì)出現(xiàn)預(yù)測(cè)用料缺口大于實(shí)際庫(kù)存的問題，例如在項(xiàng)目進(jìn)行的t時(shí)刻，預(yù)期編號(hào)為i的物料會(huì)出現(xiàn)Xi的用料缺口，則軟件會(huì)自動(dòng)選取多組解決策略，主要包括：

（1）設(shè)計(jì)層：根據(jù)設(shè)計(jì)合理性，安排用料的優(yōu)先層級(jí)。

（2）采辦層：招標(biāo)或采買方式變更，使供貨時(shí)間縮短，物料到貨時(shí)間提前。

（3）施工層：調(diào)換工作包的工作計(jì)劃。

則軟件會(huì)進(jìn)行以下判定：

其中，Xin表示第n種策略下的i物料缺口量；α為策略的實(shí)施優(yōu)先級(jí)，且α∈[0,1]。例如，某物料在當(dāng)前策略下，設(shè)計(jì)層無(wú)法對(duì)物料缺口進(jìn)行改善，則α=0，各策略在當(dāng)前狀態(tài)下越容易實(shí)行，則α越趨向于1。

例如在某時(shí)刻，根據(jù)圖料匹配功能的反饋預(yù)測(cè)到配管專業(yè)的銅鎳管線將缺少10000 m，根據(jù)軟件分析，有如下策略：（1）將工作包B3調(diào)整于B1之前開始施工，此時(shí)X10201為5 000 m；（2）將工作包B2調(diào)于B1之前，不再缺料，此時(shí)X10202為10000 m；（3）考慮設(shè)計(jì)的優(yōu)先層級(jí)，先進(jìn)行關(guān)鍵區(qū)域的施工，此時(shí)X10203為4 000 m；（4）將采辦包C由公開招標(biāo)改為競(jìng)爭(zhēng)性談判，將縮減采辦周期50天，此時(shí)X10204為10000 m。同時(shí)考慮各方案的實(shí)施優(yōu)先級(jí)，方案1、2的α值為1，方案3的α值為0.5，方案4的α值為0.5。

經(jīng)過計(jì)算，方案2為最小值，所以在此時(shí)刻，選擇方案2為最優(yōu)化的解決策略。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）基于圖料匹配的物料管理將EPC各環(huán)節(jié)串聯(lián)在一起，幫助項(xiàng)目管理人員及時(shí)準(zhǔn)確地掌握物料在整個(gè)工程項(xiàng)目生命周期的動(dòng)態(tài)信息，保證在正確的時(shí)間將正確的物料用到正確的地方，同時(shí)也幫助項(xiàng)目管理人員了解接下來(lái)項(xiàng)目中的物料缺口情況，進(jìn)而調(diào)整采辦策略，優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工方案，提高管理效益。

（2）平臺(tái)駕駛管理艙為海油平臺(tái)建立了工程監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系，由設(shè)計(jì)、采辦、建造、安裝和調(diào)試組成，貫穿整個(gè)生命周期。

（3）為圖料匹配功能的智能化開發(fā)做的基礎(chǔ)性算法研究，可用于后續(xù)項(xiàng)目的實(shí)施過程。

（4）本套系統(tǒng)中的圖料匹配功能為后續(xù)類似的海洋工程項(xiàng)目物料管理提供了參考，具有極大的工程意義。

審核編輯：劉清