物料管理作為工程建設(shè)的重要組成部分，需要實時動態(tài)地掌控物資信息。通過對圖料匹配機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，并在深水半潛項目中進行了實踐，實現(xiàn)了物料信息的高度集中、實時共享、分類匯總和整理分析，提高了項目管理效益，為大型深海油氣開發(fā)項目的物料管理提供了強有力的支持。

1項目概況

某氣田是我國首個深水自營氣田，作業(yè)平均水深1500m，其天然氣儲量超千億立方米，每年約生產(chǎn)30億～35億m3天然氣。項目采取深水半潛平臺+水下生產(chǎn)系統(tǒng)+干氣接入崖城管網(wǎng)的開發(fā)模式。半潛平臺由3.3萬t的船體和近2萬t的上部平臺組成。項目建成投產(chǎn)后，氣田產(chǎn)出的凝析油將進入平臺儲存，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。

本項目是集團公司“十三五”重點項目，涉及半潛平臺、SCR立管、水下生產(chǎn)系統(tǒng)等多項深水領(lǐng)域工作。項目將挑戰(zhàn)2項世界第一（第一個具備凝析油儲存功能的半潛平臺，最大的桁架式組塊）、4項國內(nèi)首次（半潛式平臺設(shè)計建造、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)計施工），同時要求30年不進塢，這就需要從設(shè)計源頭開始保證本質(zhì)安全和質(zhì)量要求，并嚴格控制設(shè)計質(zhì)量、采辦物資質(zhì)量和建造質(zhì)量。風險與機遇并存，該項目的實施對于公司發(fā)展深水及浮式生產(chǎn)裝置工程技術(shù)能力、開拓國際深水油氣市場具有重要意義。

船體涉及的物資種類繁多，并有船舶入級要求，且82個分段分別在青島、海陽兩地建造，物料管理的精細程度對現(xiàn)場建造的進度具有至關(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度、費用、質(zhì)量及安全[1]。從進度角度分析，任何一次物料的晚到貨，都有可能會影響到項目的施工進度，甚至缺少一個螺栓都可能導(dǎo)致項目不能按時投產(chǎn)。從費用的角度來看，物料占項目總承包費用的70%左右。就質(zhì)量而言，物料是一個工程建設(shè)項目成功與否的關(guān)鍵，質(zhì)量過剩將導(dǎo)致費用的增加，質(zhì)量不足又將導(dǎo)致項目的失敗。就安全角度而言，由于物料問題而引發(fā)的安全事故，將對公司產(chǎn)生重大的影響。所以，物料管理在工程項目中占據(jù)重要的地位[2-3]。物料管理不僅是過程管理，而且要進行細節(jié)管理，只有這樣才能提高總承包項目的經(jīng)濟效益[4]。

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

2.1 圖料匹配機制分析

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

因此，主要機制分為4個階段：

（1）物料設(shè)計凈量和采辦量是否對應(yīng)，采辦量應(yīng)大于設(shè)計凈量，如出現(xiàn)設(shè)計凈量大于采辦量的情況，則自動發(fā)出預(yù)警；

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

（3）預(yù)期的到貨計劃與施工計劃能否對應(yīng)；

（4）現(xiàn)有庫存能否滿足當前施工的需要。

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，并通過項目應(yīng)用驗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（Right Time）、適質(zhì)（Right Quality）、適量（Right Quantity）、適價（Right Price）和適地（Right Place）。對于本項目來說，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/采辦/材料多方協(xié)同等功能，其功能與5R原則的對標情況如表1所示。

2.2.2 基于圖料匹配的物料管理設(shè)計方案

應(yīng)用于本項目的EPC MAT2.0系統(tǒng)對物料的管理體現(xiàn)在設(shè)計層、采辦層和施工層3個方面，并且分別有以下設(shè)計方案及功能。

（1）設(shè)計層。

設(shè)計層的主要作用是為整個工程項目確定物料需求，例如物料主數(shù)據(jù)、設(shè)計料單、采辦料單、利庫料單和施工料單。設(shè)計層對于物料的需求規(guī)劃涉及數(shù)量、時間以及地點3個方面，不同施工階段的物料用量則由其對應(yīng)工作包的施工計劃、物料需求數(shù)量和時間決定。工作包基于模型用三維坐標進行劃分，設(shè)計層的物料梳理方案如圖1所示。

（2）采辦層。

結(jié)合上述對設(shè)計層的分析，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)計成采辦料單并進行獨立編號，便于記錄相應(yīng)物料的使用情況，實現(xiàn)物料的全過程位置動態(tài)定位及全項目周期去向跟蹤。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)種類和批次進行統(tǒng)一編號。

應(yīng)制訂詳細的到貨、入庫及退還返修計劃，由檢查員按標準及產(chǎn)品檢驗文件檢驗物資是否符合規(guī)定要求。施工急需且來不及檢驗或驗證的物料應(yīng)緊急放行和按照要求進行控制，并作出標記和記錄，一旦發(fā)現(xiàn)不合格應(yīng)立即返回更換。同時，應(yīng)按照項目的計劃節(jié)點，對采辦料單和實際訂單量進行比對，并結(jié)合施工用量對物料倉庫進行反饋，保證所有項目成員能夠及時、準確、全面地掌握詳實的項目物料動態(tài)，隨時掌控物料的采購、到貨、使用情況，從而及時準確地預(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)計及采辦的延續(xù)，也是驗證兩者對物料預(yù)測正確性的實踐。設(shè)計在前期通過圖料匹配功能，依托設(shè)計量和物料需求進行匹配，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)計變更時，設(shè)計根據(jù)物料需求的變化，通過圖料匹配識別是否需要補采。

在施工現(xiàn)場，根據(jù)倉儲量與領(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、浪費的情況，識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)有庫存不能滿足施工需求（通常為丟失、損壞、浪費等原因造成），及時進行采買。

2.2.3圖料匹配的邏輯模型

通過上節(jié)對基于圖料匹配的物料管理方案的分析可知，所有物料其實是在設(shè)計—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。

對于設(shè)計層來說，最主要的作用是通過設(shè)計圖紙和模型得到所有的物料設(shè)計量，根據(jù)2.2.2的分析，可假設(shè)某個工作包中某種類型物料的數(shù)量為Skj，則整個模塊該物料的設(shè)計需求數(shù)量為：

對于采辦層，可假設(shè)單個采辦料單的物料數(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，在項目進行過程中還存在隨進度推移的當前計劃使用量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。 則整個圖料匹配的運行邏輯應(yīng)滿足以下約束條件：

采辦總量應(yīng)在最大設(shè)計總量上留有裕度，保證項目進行時物料充足；

采辦總量與當前計劃使用量的差值表示當前項目的采辦余量，如在項目進行時，該值小于零，則說明物料浪費嚴重，偏離預(yù)測值，即項目出現(xiàn)嚴重疏漏。

實際到貨量與當前計劃使用量的差值表示當前施工可用量，該值與項目能否順利進行息息相關(guān)，當趨于零時，可幫助項目管理人員了解下一步的物料缺口情況，及時進行補貨。

2.2.4 基于圖料匹配的物料管理方案在深水半潛項目中的實踐

在本項目中，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目材料人員及時準確地掌握設(shè)計、采購、施工過程中物料的動態(tài)信息，保證在正確的時間將正確的物料用在正確的地方，又能幫助項目管理人員了解下一步的物料缺口情況，進而調(diào)整采辦策略，優(yōu)化設(shè)計和施工方案。圖2和圖3是本項目中采辦料單和物料使用計劃的部分示例。

另外，圖料匹配功能的數(shù)據(jù)匯總最終會在平臺駕駛艙體現(xiàn)，指標體系由設(shè)計、采辦、建造、安裝和調(diào)試的進度組成，實時統(tǒng)計和顯示設(shè)計成果文件、采辦動態(tài)、總體進度以及施工工時等信息，讓管理人員能夠直觀把握項目的進度情況，緊急應(yīng)對突發(fā)問題，衡量項目損失，為進一步的工程部署提供參考。實例如圖4所示。

3圖料匹配功能的智能化展望

圖料匹配功能在實際應(yīng)用過程中，可能會出現(xiàn)預(yù)測用料缺口大于實際庫存的問題，例如在項目進行的t時刻，預(yù)期編號為i的物料會出現(xiàn)Xi的用料缺口，則軟件會自動選取多組解決策略，主要包括：

（1）設(shè)計層：根據(jù)設(shè)計合理性，安排用料的優(yōu)先層級。

（2）采辦層：招標或采買方式變更，使供貨時間縮短，物料到貨時間提前。

（3）施工層：調(diào)換工作包的工作計劃。

則軟件會進行以下判定：

其中，Xin表示第n種策略下的i物料缺口量；α為策略的實施優(yōu)先級，且α∈[0,1]。例如，某物料在當前策略下，設(shè)計層無法對物料缺口進行改善，則α=0，各策略在當前狀態(tài)下越容易實行，則α越趨向于1。

例如在某時刻，根據(jù)圖料匹配功能的反饋預(yù)測到配管專業(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X10201為5 000 m；（2）將工作包B2調(diào)于B1之前，不再缺料，此時X10202為10000 m；（3）考慮設(shè)計的優(yōu)先層級，先進行關(guān)鍵區(qū)域的施工，此時X10203為4 000 m；（4）將采辦包C由公開招標改為競爭性談判，將縮減采辦周期50天，此時X10204為10000 m。同時考慮各方案的實施優(yōu)先級，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)過計算，方案2為最小值，所以在此時刻，選擇方案2為最優(yōu)化的解決策略。

4 結(jié)語

（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，幫助項目管理人員及時準確地掌握物料在整個工程項目生命周期的動態(tài)信息，保證在正確的時間將正確的物料用到正確的地方，同時也幫助項目管理人員了解接下來項目中的物料缺口情況，進而調(diào)整采辦策略，優(yōu)化設(shè)計和施工方案，提高管理效益。

（2）平臺駕駛管理艙為海油平臺建立了工程監(jiān)測指標體系，由設(shè)計、采辦、建造、安裝和調(diào)試組成，貫穿整個生命周期。

（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)項目的實施過程。

（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