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桥梁工程工业化建设的哲学思维——港珠澳大桥主体工程建设管理策划

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发表于 2018-1-15 13:32:02 | 显示全部楼层 |阅读模式

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港珠澳大桥是新中国建国以来,交通行业近70年艰苦奋斗、不懈努力、自主创新的集大成之作,必将在世界桥梁史上占据里程碑地位。在如此严苛的自然环境中、在如此严格的资源约束下,能达到令国内外同行一致认可的实体质量和现场管理水准,有赖于全体建设者对于港珠澳大桥工程的系统策划以及对策划成果的卓越实施。本文根据作者在“工程哲学指导桥梁建设”研讨会上的演讲整理(有所删减),再现了港珠澳大桥从前期项目总体规划到建设期工程实施策划的全过程。意在试图探索中国工程的原创性管理理论。


项目总体规划

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康德晚年曾在给朋友的信中说,他的一生都在想三个问题:“我们能够知道什么?我们应该做什么?我们应该信仰什么?”同样,对于港珠澳大桥这样的超级工程,我们的认识、设计建造的方法以及未来营运维护的规则,将会决定项目最终的品质。


港珠澳大桥的前期策划,从2004—2009年底,花了5年多时间。经历了一个认识不断深化、思维不断提升的过程。在这个过程中,项目管理者的哲学思维对项目总体规划赋予了非常重要的影响。


我们希望港珠澳大桥成为国家品牌工程(如赵州桥和金门大桥),成为中国桥梁名片。因此,我们的项目总体规划建立在“目标驱动+需求引导”的思想基点上。首先要确定建设目标和愿景。港珠澳大桥前期工作由港方牵头,时任香港特首曾致信国务院,希望把港珠澳大桥建成为三地品质最优的跨海通道。


香港回归之前,青马大桥已建成,其在世界桥梁史的地位毋庸置疑。港珠澳大桥要成为三地品质最优的跨海通道,就意味着它必然是世界一流的桥梁。以此为基础,经过反复提炼,2008年,港珠澳大桥建设目标被确定为三句话:“建设世界级跨海通道、为用户提供优质服务、成为地标性建筑”。



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其内涵是:

建设世界级跨海通道。

指在设计和建造阶段,采用国际先进的理念、整合中外顶级设计及咨询团队进行项目管理及设计,确保港珠澳大桥设计使用寿命达到120年。建设管理过程及工程产品本身均应具有国际影响,从管理思想、设计技术、施工技术、产品品质、现场管理等方面均达到国际水准。


为用户提供优质服务。

指通过高品质设计和建设、高水平维护和保养,确保港珠澳大桥拥有完善、舒适的硬件系统;通过建立经ISO认证的标准化管理制度及工作流程,为用户提供及时、舒适的软服务;营运过程中通过持续改进,完善硬件及软件。通过设施保证、服务保证、通行环境保证和维护保证,使得港珠澳大桥实际使用寿命远超过120年。


成为地标性建筑。

指从功能概念、地理概念、行业概念和心理概念上均成为地标,使得港珠澳大桥具有独特的历史、文化和美学价值。


在确定建设目标的同时,建设愿景也一并提出:“为‘一国两制三地’的伶仃洋海域架设一座融合经济、文化和心理之桥梁,使得粤、港、澳成为世界级的区域中心”。如今,国家已经正式提出粤港澳大湾区的概念,港珠澳大桥的愿景能与10年后的国家区域规划保持高度一致,可见当年的愿景定位是很有远见的。


其次,建设目标和愿景确定后,为实现目标和愿景所运用的管理方法、技术装备、制度体系也得以一一确定。


在管理方法上,以合同管理为载体,港珠澳大桥有针对性地借鉴了其他行业的经验,比如,在交通行业首次引进国际通行的石化行业HSE体系;首次借鉴核电行业信息资源规划经验,开发并完善综合信息管理系统;借鉴汽车制造业的质量管理体系,推行标准化、工厂化、6S管理、精益制造等。港珠澳大桥推行大标段理念,整合全球优秀资源,有利于一流的设计人、承包人增加资源投入。实施中推行严格履约基础上的合作伙伴关系。


在技术装备方面,沉管管节、墩台预制实现大型化、工厂化、标准化和装配化预制及安装,钢梁实现车间化、机械化、自动化和智能化生产等。针对不同的工序,开发了诸多世界一流甚至领先的工装系统、机械设备、工厂流水线和大型专用船舶等。


在制度体系方面,港珠澳大桥的制度分为两大类:一类是管理制度,分为总纲要、管理纲要、管理办法和内部管理制度4个层级。在招标阶段,相关管理制度就随着招标文件发至投标单位。另一类是专用标准,分为专项设计标准、施工准则、质量验收准则、营运维护准则四项内容,专项设计标准和营运维护准则指导设计和营运维护,专项施工及质量验收准则指导施工和验收。



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2009年11月4日,国务院批复了港珠澳大桥工程可行性研究报告;2009年12月16日港珠澳大桥专责小组第二次会议和2010年9月29日港珠澳大桥技术专家组第一次会议,先后审议通过了大桥项目管理规划大纲。以这几个会议作为节点,标志着港珠澳大桥前期项目总体规划工作获得最高层的认可,这为建设期的工程实施策划提供了良好的基础。


2014年9月24日,交通运输部冯正霖副部长在全国公路建设管理体制改革座谈会上指出:“港珠澳大桥项目法人组建模式,借鉴了国际经验,符合中国国情,特别是适应港澳两地‘一国两制’的特殊要求,更加典型地代表了项目管理的发展方向。”


工程实施策划

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以工可批复和项目法人成立为标志,港珠澳大桥主体工程正式进入建设期。在各分项工程(如岛隧工程、桥梁工程、桥面铺装工程、交通工程和房建工程)实施前,项目法人都会根据各分项工程的特点和目标要求,做出有针对性的实施策划。


岛隧工程

岛隧工程确定采用设计施工总承包模式,整整花了两年时间,包括调研、招标及签署合同等。在认识论上,由于中国沉管隧道与中国桥梁建设水平在世界上的地位不一样,因而考虑也会有所不同。


如果说港珠澳大桥的桥梁建设水平是由好到更好,那么6公里多的外海沉管隧道建设却是成与不成的概念。可见,中国沉管隧道在设计、建造和装备等方面都面临着前所未有的挑战,对建设者而言,在建设环境如此复杂的外海建设沉管隧道几乎是一个未知的领域。


而国际上与港珠澳大桥岛隧工程相类似的几个项目,包括美国切萨皮克大桥、厄勒海峡通道、韩国釜山巨济通道,其规模和建设难度都不及岛隧工程。正是基于以上认识,如果不整合中国乃至全世界最好的设计和施工资源,岛隧工程难题是很难攻克的,因此,最终岛隧工程采用了设计施工总承包模式。


设计施工总承包模式可以充分发挥设计和施工的潜能,其核心要义是十二个字:“设计施工联动,施工驱动设计”。设计和施工的联动性增加后,能够有效减少管理的界面,发挥总包的积极主动性,减少业主的工作量。


岛隧工程的实施经验表明,设计施工总承包模式将是未来大型复杂工程组织管理的一个方向;历史亦将会证明,岛隧工程采用设计施工总承包模式是一个正确的决策。


桥梁工程

港珠澳大桥桥梁工程所有墩台全部采用工厂化预制生产及整体吊装工艺,但桥梁工程最大的特点,是上部结构钢梁用钢量达到42.5万吨,体量大约相当于60座艾菲尔铁塔、12座昂船洲大桥或10座鸟巢。这是全球范围内第一次这么大规模地使用钢箱梁。


早在钢梁方案最终决策落地前,冯正霖副部长曾向港珠澳大桥管理局朱永灵局长提出两个问题:一是钢结构的疲劳问题怎么解决?二是钢桥面的铺装质量怎么保证?如果这两个问题没有解决,钢结构在中国桥梁的推广可能会受到很大的影响和制约。带着冯正霖副部长的嘱托,项目法人对钢结构工程进行了细致的策划。


此前,国内生产的钢箱梁几乎都是在40年前的厂房里,利用20年前的装备生产出来的。这是不可想象的场景。很奇怪的是,中国在这种条件下生产出来的钢箱梁,还能出口其他发达国家或地区。比如,昂船洲大桥的钢箱梁就是由中铁山桥加工制作出口到香港的。


究其原因,只能说中国有一批勤奋而优秀的焊工。但昂船洲大桥用钢量仅3.5万吨,中铁山桥在一对一的监理模式下,做了3年才按香港业主的要求完成任务,可谓精雕细刻。而港珠澳大桥42.5万吨钢箱梁,合同工期也是3年,如果采用常规的组织模式,肯定难以达到昂船洲大桥的水平,更不要说超越了。港珠澳大桥钢结构的质量和工期所构成的巨大矛盾,突兀地摆在建设者面前。


解决这个矛盾的办法便是钢箱梁的工业化制造,包括板单元自动化生产和采用机器人全自动焊接等。但找到这种方法,经历了一个痛苦的思维历练,2011年5月12日是决策的关键时刻。当天上午,国内很多顶级钢箱梁制造厂家云集中山,举办钢结构技术研讨会。


正是在这次会上,项目法人向与会专家提出一个问题:钢箱梁的板单元能不能像汽车零件一样在流水线上生产?所有专家的答复都是不可能。追问为什么?得到的却是鸦雀无声的沉默。但当天下午,项目法人已经初步确立了钢箱梁板单元流水线生产的方向。


业内专家的研究仍在继续进行。两个月后,项目法人派遣一个小组前往日本调研考察钢结构制造。日本是钢结构制造的强国,但考察小组发现,日本的钢箱梁在板单元制造上主要采用“机器人+人工”生产方式,即部分工序采用机器人焊接,部分工序采用人工焊接,总体上并没有实现钢箱梁的流水线制造。这让考察小组意识到,中国钢箱梁的制造水准是有可能通过生产方式的变革,以后发优势超越日本的。


反复甄别港珠澳大桥42.5万吨钢结构,可以分为两大部分:一是钢箱梁,包括130个钢箱梁大节段(包括1424个小节段),148个组合梁大节段,总用钢量为40.6万吨,占整个钢结构的95.5%。二是钢塔,包括江海桥3个海豚塔、九洲桥2个风帆塔,以及青州桥上2个中国结钢结构形撑及钢锚箱,总用钢量约为1.9万吨,只占整个钢结构的4.5%。钢箱梁的形状规则,有利于标准化生产,钢塔的形状不规则,属于个性化订制的产品。


甄别之后,钢箱梁的工业化制造思路更加清晰了,形成了“板单元人最少,采用工厂全自动流水线制造”和“总拼厂人最好,变工地化施工为工厂化制造”的管理思路和组织架构。首先,在工厂化、自动化和智能化的流水线上完成所有钢箱梁板单元的制作,要求“人最少”。其次,板单元拼装成钢箱梁也必须在工厂内完成,不能再像以前那样露天完成,所使用的焊接设备要用最好的设备,上岗的焊工必须是最好的焊工,这就是“人最好”。


经过艰苦的自动化设备开发和产品调试,全球最早的两条板单元生产线先后落户在中铁山桥的总部秦皇岛、山海关和武船重工的总部武汉阳逻。港珠澳大桥钢结构制造过程中,创造了多项世界第一的工艺和技术。自港珠澳大桥开始,中国桥梁钢结构制造迈入了世界领先行列。



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钢桥面铺装工程

钢桥面铺装在国内不成功的案例时有发生,港珠澳大桥钢桥面铺装面积达50万平方米,国内目前已通车的同类项目中,规模最大的是浙江嘉绍大桥,其钢桥面铺装面积约10万平方米。如何保证钢桥面铺装质量,这是冯正霖副部长非常关心的第二个大问题,也是大桥建设者要回答和解决的问题。


经过大量的文献阅读和扎实的调查研究,项目法人认识到,如果钢桥面铺装只有一个关键因素,那这个关键因素就是防水;如果钢箱梁不做好防水,采用任何铺装层都无意义。


基于抓主要矛盾的哲学思维,确保钢桥面铺装质量的核心工作转为以下三个方面的问题:第一,怎么做好防水?第二,铺装方案怎么能够达到快速稳定施工且质量均衡?第三,怎么保证原材料(尤其是碎石)的质量?据此,确定了“露天工厂化”的钢桥面铺装工程管理理念:提出“以认证保材料,以考核保人员,以设备保工艺,以工艺保质量”的管控手段。而工业化和工厂化则成为工程管理理念的内核。


港珠澳大桥钢桥面防水分两道工序,第一是抛丸除锈,第二是防水粘结层(MMA)施工。港珠澳大桥的抛丸除锈,摒弃了现有的相当于手扶拖拉机级别的手持式抛丸设备,引进了车载式抛丸车。


一个标段配两到三台这种设备,就可以把主线上的抛丸除锈全部做完,不仅质量有保证,而且工地的清爽程度也很好。防水粘结层的施工,以前的项目都是人工露天作业,但港珠澳大桥采用了全断面的活动式厂房,研发了防水粘结层的自动喷涂设备,使“露天工厂化”成为现实。


所有这些努力,都是为了尽可能减少人工对抛丸除锈和防水粘结层的施工影响,尤其值得一提的是,防水粘结层自动喷涂设备已被前来参观过的欧洲同行效仿了。


港珠澳大桥钢桥面铺装面积巨大且面临工期压力,使得工效和质量的平衡成为铺装方案的决定性因素。我们采用了在青马大桥、昂船洲大桥、深港西部通道上获得成功的“MA+SMA”的方案,同时将MA的“二次拌和”工艺优化为“一次拌和”工艺,使得MA和SMA两层均适合于大型机械化快速施工。在材料的保证方面,港珠澳大桥使用的湖沥青全部进口,改性沥青由国外的名牌厂家生产,属于工业产品,添加剂也属于工业产品。


特别要指出的是,碎石不是工业产品,但碎石的规格和质量在很大程度上影响着沥青混合料配合比的稳定性,因此碎石质量管控是很关键的问题,还得回到工业化和工厂化来解决。港珠澳大桥以食品加工生产线的标准建造了集料加工厂。在现代化工厂里,不需要穿套鞋,也不用戴口罩,所有的粉尘全部回收,整洁环保。



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交通工程

我们行业的交通工程以往习惯是按照不同专业分开招标,但其安装质量水准,比如走线,跟高铁和香港桥梁比,还有差距。因此特别希望在港珠澳大桥上能有所改变。


通过高铁调研和香港调研后,决定采取交通工程系统集成总承包模式,即把所有专业(含收费、通信等13个子系统)以施工总承包方式发包。行业主管部门对这种招标模式提供了关键的支持。我们希望港珠澳大桥的交通工程施工质量能有一个较大的提升。


除了系统集成总承包以外,港珠澳大桥交通工程还进行了BIM的应用研究,建立了BIM的空间数据库,包括4个方面的内容:一是联合设计,二是安装进度管理,三是运营管理,四是系统维护。我们以运营维护需求为导向,做了些开创性工作。研发方表示,这个系统的开发深度已经远超国内高铁和地铁同类产品的深度,我们希望这个BIM系统在运营维护阶段体现出“为业主所用”的强实用性。


房建工程

作为一个政府投资项目,港珠澳大桥管养中心规模较小,尽管如此,我们还是做出了应有的品位,我们提出的建筑方案理念是八个字:“筑隐于山、桥渡灵溪”。灵感来自于贝聿铭先生的日本“美秀博物馆”,这个博物馆就隐藏在群山之中,施工过程中推行“粗材精做,样板先行”的管理理念,要求所有的材料,包括门、窗,都要经过四方签认才能大批量引进,确保材料的质量,利用有限的资金把质量做到尽可能好。我们在建筑景观、质量和资金上做到了较好的平衡。


崛起的秘诀

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管理的困惑

港珠澳大桥的工程管理创新,走过了一个极其艰辛的过程,摸索了很多,思索了很久,中间也难以避免的经历了管理上的困惑。这是因为,作为一个开放复杂的巨系统,其特点就是无法进行精确量测,即整个体系的行为很难像数学模型那样精准量测。


正如唐代诗人杜牧在《樊川文集》中所说:“丸之走盘,横斜圆直,计于临时,不可尽知。其必可知者,是知丸不能出于盘也”,对于开放复杂的巨系统,解决困惑之道在于对关键点的把握,对路径方向的把握。换句话说,管理者可以通过洞悉关键线路、分岔点及临界点,采取合适的管理行为,使得系统基本可控。


中国的工程管理实践,不是知易行难,也不是知难行易,而是知难行亦难。有时理论上搞清楚了,但不一定找得到合适的方法,有时方法很清楚,但实践中发现难以落地。所以管理理论和管理实践不能画上等号,比如都江堰工程,是中国水利工程的代表之作,但是两千年来,都江堰的管理理念并没有形成下来,这说明优秀的管理思想很难形成,更难以传播。这是无法回避的事实。


认识论、方法论和实践论的螺旋式上升

在港珠澳大桥实践中总结出“认识论、方法论和实践论的螺旋式上升”的中国工程管理崛起理论模型。港珠澳大桥的建设,正是遵循了这样的路径。认识论就是“想做一个什么样的项目”,方法论就是“选择什么样方法做好项目”,实践论就是“执行所选择的方法以达至目标”。


如果仅基于已有边界条件去思考,所形成的认识和方法将是一种囿于已有边界条件的认识和方法,必然难以完成认识论和方法论的超越。一个想完成根本性超越的项目管理者,其认识论和方法论的思维特质必然是基于已有边界条件但又超越已有边界条件,用总体、宏观、全面的顶层设计来实现方向性的引领,同时选择最科学、恰当、合适的方法,方有可能完成质的超越。


只有认识论的率先超越,进而才有可能完成方法论和实践论的超越。方法论是连接认识论和实践论的桥梁,而实践是检验认识论和方法论的唯一标准。这个螺旋式的闭环,将成为下一轮超越者在构建管理系统的坚实基础。社会和国家的进步,其原理亦莫不如此。


超越六步法

港珠澳大桥迄今为止形成的系统性超越,是通过“超越六步法”来实现的,即通过“定位、识别、策划、推介、实施、激励”六个步骤来实现,形成了完整的超越路径图。其中,“定位、识别”属于认识论,“策划、推介”属于方法论,“实施、激励”属于实践论。认识论推动方法论,方法论指导实践论,实践论反哺认识论,由此形成一个持续改进的螺旋式系统。


第一是定位。定位是一个认识的问题,包括总体目标定位和工程管理思想,前者是“建设世界级跨海通道、为用户提供优质服务、成为地标性建筑”,后者包括港珠澳大桥总体管理思想和各分部工程的工程管理思想,如沉管管节预制和混凝土墩台预制是“大型化、工厂化、标准化、装配化”等。港珠澳大桥的建设目标和工程管理思想就是超级工程的突破方向,是管理创新的北斗星。此外,包括政府、业主和参建团队的定位也是非常重要的。


第二是识别。识别第一步是要辨别哪些管理“点”是对管理绩效具有重大影响的,可称之为管理“关键点”。在无数与管理绩效有关的管理“点”中,有两条路径可供追溯分析,一是遵循《孙子兵法》的“道天地将法”,二是遵循全面质量管理的“人机料法环”。识别第二步就是要找出与管理绩效相关的管理“关键点”的短板。即现有条件将对管理目标实现造成的严重制约,以作为管理改进的抓手。识别这个步骤毫无捷径可走,资料一定要齐全,分析一定要充分,逻辑一定要闭合,内心一定要安静,判断一定要理性。识别的过程,每个环节都必须流畅,一定不能卡壳,如果在某个环节卡壳了,那必须通过思维不断冲关直至圆融。


第三是策划。策划分为三个层级,第一层级是比较借鉴,看看国内同类项目怎么做,国际项目怎么做,如果国内项目或者国际项目已经有成熟解决方案,奉行拿来主义即可。第二层级是行业借鉴,土木行业可以向制造业、石化行业、核电行业等不同行业学习,借鉴他们的管理思想和方法。第三层级是变革创新。对于本行业解决不了,其他行业也没办法的问题,就只能下定决心变革创新了。


第四是推介。从方法论的意义讲,推介的目的不仅仅在于介绍项目,而在于吸引市场、行业和投标人理解项目,从而引导行业导向、培育可以与项目目标和规模相匹配的市场力量。


第五是实施。合同签订承包人进场以后,就进入正式实施的阶段。实施过程有赖于承包人依托自己的技术力量在项目法人构建的管理框架内完成,业主的主要任务是帮助承包人把工程策划阶段提出的理念落地,必须按照制订的制度体系抓好全过程流程控制,最关键的管理措施是首件制的管理。


第六是激励。相比市场行为的激励而言,政府的激励性政策措施在当下中国情境中更具力量,如专利保护、技术改进补贴、行业名声以及鼓励先进都与政府制订的政策息息相关。而对于一个成功模式的推广,也毫无疑问有赖于政府战略思考之后的坚定行动。在激励和推广的过程中,政府和市场对既有成功经验应分别做出响应:政府不断完善制度作为政策引导、企业不断改良技术提升产品质量,通过持续改进,从而对未来的项目乃至行业定位产生强大影响,最终形成一个不断超越别人,也不断超越自身的完整循环。


迄今为止,中国的工程管理理论是被西方垄断的,尤其是比较前沿的理论,但在中国情境下,西方管理理论在中国多少有点水土不服,中国工程呼唤基于中国情境的原创性管理理论。


在合适的管理理论指导和资源禀赋支持下,中国管理者可以做成世界上最好的工程,也应该有自己原创性的管理理论,为人类文明做出与这个国家悠久历史和灿烂文化相匹配的贡献,留下令世人称道的工程和管理成果。



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作者  张劲文  系港珠澳大桥管理局工程总监

编辑:陈晨
美编:落曦
审校:廖玲

文章来源:桥梁杂志公众号
               
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