黃 曦，劉冠玉，楊 悅，葉 剛

中國石油管道局工程有限公司國際事業(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)。油氣長輸管道工程常見的工程項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)，以及線性計劃法(LSM 法，linear schedule method)。在國內(nèi)的油氣長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，而在國際管道工程建設(shè)過程中，除了上述管理方法外，還重點關(guān)注線性計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輸管道工程的管理方法，并結(jié)合國際項目中應(yīng)用管理軟件的實例，分析上述管理方法的差異及優(yōu)缺點。

2.油氣長輸管道工程項目管理軟件概況

目前用于油氣長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)重于分解項目各項工作活動的邏輯聯(lián)系。這類軟件的最大優(yōu)勢是在于通過軟件輸出項目的關(guān)鍵路徑及甘特圖，能夠詳細展示項目總工期，各項工作持續(xù)時間、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。上述軟件對于類似油氣長輸管道工程的線性項目，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 是國際大型基礎(chǔ)設(shè)施項目，尤其是線性工程建設(shè)項目的首選軟件，并在世界排名前十的工程建設(shè)公司均有應(yīng)用的案例，在大型線性工程項目中應(yīng)用的案例包括：加利福尼亞高速鐵路項目，加拿大阿爾伯塔快船地區(qū)管道項目，捷克加吉爾卡天然氣管道項目等。

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

上述軟件的功能特性對比見表1。

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

3.油氣長輸管道工程管理方法

油氣長輸管道工程通常是系統(tǒng)性、復(fù)雜性的工程，一般具有四個特點。首先是工程沿線距離長，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，干線長度超過4000 公里。第二個特點是沿線地質(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，泰國管線項目存在雨季施工的問題。三是項目工期長，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、焊接施工隊伍等同時參與，管理和協(xié)調(diào)工作較為復(fù)雜。由于油氣長輸管道工程的上述復(fù)雜性，運用科學(xué)合理的項目管理方法和管理工具軟件，是項目能否按期保質(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工作的起始和持續(xù)時間，縱軸是各工作項的名稱。由于甘特圖能夠很好的提供項目計劃整體概況，易于理解，在項目管理的應(yīng)用非常廣泛。但是，甘特圖無法提供更多的項目管理細節(jié)信息，對于提高項目管理整體效率并不是非常有效。油氣長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)域首先提出用于項目計劃管理的關(guān)鍵路徑法。關(guān)鍵路徑法可以通過建立各項工作的邏輯關(guān)系，計算完成項目所需的最短工期，從而節(jié)省項目成本。油氣長輸管道工程中關(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，在項目管理過程中，通過分解工作流程以及各工作項的內(nèi)在邏輯關(guān)系，可以得出管理活動的關(guān)鍵路徑。各工作項在方框內(nèi)表示，方框左上角和左下角分別是工作項的最晚開始時間和最早開始時間，方框右上角和右下角分別是工作項的最晚結(jié)束時間和最早結(jié)束時間。工作流程順序以箭頭順序表示。

在油氣長輸管道工程的應(yīng)用中，關(guān)鍵路徑法比甘特圖的優(yōu)勢在于，可以通過計算浮動時間，優(yōu)化項目工期，節(jié)省項目成本。

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

3.3.線性計劃法

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

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

線性計劃法的輸出結(jié)果是時距圖(Time-Distance chart)，其橫軸表示物理距離長度，縱軸表示時間長度。行軍圖(March chart)是在時距圖基礎(chǔ)上，增加了包括地形地貌、沿線高程、作業(yè)隊伍配置等重要工程信息的一種圖表，這種圖表廣泛應(yīng)用于國際線性工程。早期的行軍圖是通過手繪，或是通過Microsoft Excel進行繪制。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 在某油氣長輸管道工程中的應(yīng)用

以非洲區(qū)域某油氣長輸管道工程為例，分析TILOS 軟件在油氣長輸管道工程應(yīng)用中的優(yōu)勢和劣勢。該工程包括655 公里管道干線，3 個泵站，24 個截斷閥室。工期15 個月，雨季時間為每年的6 月到9 月。

4.1.關(guān)鍵工程信息

通過TILOS 軟件對本管道工程進行建模，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，藍色表示水網(wǎng)區(qū)域。氣候信息為工程期間內(nèi)雨季的時間范圍。

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油氣長輸管道工程的作業(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)雨季時間甚至長達3 到6 個月，嚴重影響工程進度和質(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)主要有七個方面，分別是勘察測量及作業(yè)帶清理，布管、組對及焊接，無損檢測及焊口防腐，管溝開挖，下管，回填，布置管道標(biāo)識及地貌恢復(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)工程實際情況及時調(diào)整作業(yè)效率，是決定工程能否順利進行的重要因素之一。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)場作業(yè)效率取決于雨季影響，因此需重點保障管道焊接等關(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(藍色區(qū)域為雨季作業(yè))

4.2.工程作業(yè)方案比選

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

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，所有工作在第一個雨季后進行。根據(jù)資源部署，需要10 個機組同時在第一個雨季后進行作業(yè)，才能滿足項目工期要求，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 個機組作業(yè)的行軍圖

方案二：通過拆分工程作業(yè)段長度，將作業(yè)段分為兩段。第一段40%的作業(yè)長度在第一個雨季前完成，第二段60%的剩余作業(yè)段長度在第二個雨季后完成。經(jīng)調(diào)整優(yōu)化，需要5 個作業(yè)機組在不同時間段進行同時作業(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 個機組作業(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)備動遷難度大，作業(yè)時間集中在兩個雨季之間，各專業(yè)各部門協(xié)調(diào)難度大。如果某一項作業(yè)未能按時完工，雨季之后趕工非常困難，工期風(fēng)險無法控制。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，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，多種因素對效率的影響可以進行疊加。

2) 由于作業(yè)效率變化引起的工期調(diào)整可以自動計算，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間成本之間尋找平衡點。

當(dāng)然，TILOS 的劣勢也很明顯。相對與其他管理軟件，其主要劣勢體現(xiàn)在無法針對工程設(shè)計、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)系的工程計劃與管理。

5.結(jié)論

我國是油氣長輸管道建設(shè)大國，根據(jù)《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《中長期油氣管網(wǎng)規(guī)劃》，2025年我國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)勢必需要更高水平的工程管理技術(shù)和理念。隨著線性計劃法在油氣長輸管道工程領(lǐng)域接受程度不斷提高，其應(yīng)用價值也將會越來越廣泛，為管道工程建設(shè)帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。