利用QC方法减少长距离输水工程水工专业设计工日

２０１７年第７期　２０１７　Ｎｕｍｂｅｒ　７　水电与新能源　总第１５７期　Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１５７　ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ　ＡＮＤ　ＮＥＷ　ＥＮＥＲＧＹ　ＤＯＩ：１０．１３６２２／ｊ．ｅｎｋｉ．ｅｎ４２—１８００／ｔｖ．１６７１—３３５４．２０１７．０７．０１２　利用Ｑｃ方法减少长距离输水工程水工专业设计工日　徐芬，罗　希，郭雷宁，唐伟明　４３００００）　（中工武大设计研究有限公司，湖北武汉摘要：基于Ｑｃ方法，通过调查分析确定长距离输水工程水工专业设计效率无法满足生产要求问题的要因，主要是管线　布置和附属建筑物设计耗时长。根据５Ｗ１Ｈ原则，针对要因制定对策表，采取建立技术经济数学模型和附属建筑物标准　模板库的措施，经实施效果表明，有效减少了水工专业的设计工日，提高了长距离输水工程设计能力。　关键词：ＱＣ方法；长距离输水工程；设计工日；数学模型；标准模板库　中图分类号：ＴＵ９９２　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１—３３５４（２０１７）０７—００５１－０５　Ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｗ０ｒｋ　Ｄａｙ　ｆｏｒ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｗ０ｒｋ　ｉｎ　Ｌｏｎｇ　Ｄｉｓｔａｎｃｅ　Ｗａｔｅｒ　Ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｅｔｈｏｄ　ＸＵ　Ｆｅｎ，ＬＵＯ　Ｘｉ，ＧＵＯ　Ｌｅｉｎｉｎｇ，ＴＡＮＧ　Ｗｅｉｍｉｎｇ　（ＣＡＭＣＥ—ＷＨＵ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ　４３００００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｉｎ　ｌｏｎｇ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｗａｔｅｒ　ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ｉｓ　ｕｓｕａｌｌｙ　ｕｎａｂｌｅ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ（ＱＣ）ｍｅｔｈｏｄ，ｍａｊｏｒ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｐｒｏｂｌｅｍ／ｌｙｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｔｏｏ　ｍｕｃｈ　ｔｉｍｅ　ｉｓ　ｓｐｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｎｃｉｌｌａｒｙ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　５　Ｗ１　Ｈ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｓ　ａｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ａｎｄ　ａ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｔｅｍｐｌａｔｅ　ｌｉｂｒａｒｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｎｃｉｌｌａｒｙ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｉｓ　ｂｕｉｌｔ．Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｗｏｒｋ　ｄａｙ　ｆｏｒ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｔｕｃｔｒｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｎ　ｃａｐａｃｉｇｔｙ　ｏｆ　ｌｏｎｇ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｗａｔｅｒ　ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｑｃ　ｍｅｔｈｏｄ；ｌｏｎｇ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｗａｔｅｒ　ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔ；ｄｅｓｉｎ　ｗｏｒｇｋ　ｄａｙ；ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ　ｍｏｄｅｌ；ｓｔｎｄａａｒｄ　ｔｅｍｐｌａｔｅ　ｌｉｂｒａｒｙ　近年来，由于区域水资源分布不均和水质性缺水　日益严重，国家加大对引调水工程的投资力度。公司　抓住发展机遇，先后承担了多条长度大于１０　ｋｍ的长　距离输水工程设计任务。２０１６年公司承接了４条分　布在不同地区共计４６　ｋｍ的长距离输水工程设计任　１　实施过程　１．１　现状调查　１．１．１　长距离输水工程水工专业的工作流程及内容　小组整理了长距离输水工程水工专业设计流程，　并进行归类，其设计流程为管线布置、附属建筑物设　务，根据合同工期要求安排进度计划后，水工专业须在　５０　ｄ内提交设计成果，而该时间段公司水工专业设计　任务极为饱满，必须提高设计效率才能保证按时完成。　为此，公司确定ＱＣ课题为减少长距离输水工程　水工专业设计工Ｅｔ，Ｑｃ小组围绕该课题，运用质量管　理的理论和方法开展活动　。　计、交叉建筑物设计、工程总布置、报告编写、校审修改　等六个主要环节。　１．１．２公司长距离输水工程水工专业设计耗时情况　１）小组调查了公司２０１３～２０１５年间长距离输水　工程水工专业设计耗时情况并汇总，得到完成１０　ｋｍ　长输水管线初步设计水工专业耗时为５６工日。　收稿日期：２０１７—０５—２３　作者简介：徐芬，女，工程师，注册土木工程师（水工结构），主要从事水利工程设计及研究方面的工作。　５ｌ　水电与新能源　２０１７年第７期　２）小组将调查得到的设计时间进行细分，绘制设　计耗时分析表及排列图，如表１及图１所示。　表１耗时分析表　从图１可以看出，管线布置和附属建筑物耗时分　别占总耗时的４８．２１％、２５．００％，合计占总耗时的７３．　２１％，是问题的症结所在。　１．１．３公司的生产要求　铝　∞　弛　０　Ｏ　水工专业须在５０　ｄ内完成４条共计４６　ｋｍ长的　长距离输水工程本专业初步设计任务，该专业可参与　项目生产的有４人，则平均每１０　ｋｍ输水工程需要　５０×４　ｘ　１０／４６　４Ｊ４工日。而目前我院完成１０　ｋｍ长　输水管线初步设计水工专业耗时为５６工日，与生产要　求有较大差距。　６Ｏ％　Ｏ％　管理布置　附属建筑物　报告编写　交叉建筑物　校审修改　工程总　置　图１耗时排列图　１．２　目标设定　乏附属建筑物标准模板图纸库。　１．４制定对策　针对目前设计能力不足的问题，，小组研究决定将　目标定为：将１０　ｋｍ长输水管线初步设计水工专业设　计工日从５６个减少至４４个。　１。３原因分析及要因确认　要因确定后，小组成员遵从“５Ｗ１Ｈ”原则，提出ｌ『　对策方案，见表３。　针对２个要因的６项对策，小组成员分别从可行　性、经济性和实施效果进行比较分析并打分，选定了最　合适的对策：针对要因一“管线布置方案比选方法较　原始”，利用系统工程理论建立技术经济数学模型，确　定相对最佳设计方案；针对要因二“缺乏附属构筑物　针对管线布置和附属建筑物设计耗时长这个症　结，ＱＣ小组采用头脑风暴法，对影响管线布置和附属　建筑物设计耗时长进行了分析，确定了９项末端原因，　并制定了要因确认计划，见表２。　依据要因确认表，ＱＣ小组通过调查分析，逐项排　查，确认了造成管线布置和附属建筑物耗时长的主要　标准模板图纸库”，建立建筑物模板库，编制软件，通　过软件自动调整各项需要修改的内容，并制定了相应　的对策实施表，见表４。　原因，分别为：①管线布置方案比选方法较原始；②缺　５２　徐芬，等：利用ＱＣ方法减少长距离输水工程水工专业设计工日　２０ｌ７年７月　表３对策提出表　５３　水电与新能源　２０１７年第７期　２　一………一…一　簿　（４）计算每个附属建筑物的工程量并汇总在ＥＸＣＥＬ表格中　１．５实施对策　求管道系统中各点的最大、最小水锤压力在允许范尉　内，日　（ｑ）和日　（ｑ）分别为ｇ点处计算最大、最小水　锤压力，日，ｍ　（ｇ）为ｑ点处管道允许最大水锤压力：　１ＴＩ　（ｇ）一ｎｍ　（ｑ）＜０　（ｑ）Ｉ＞０　１）针对“管线布置方案比选方法原始”这一要因，　采取以下措施。　步骤一：分析技术经济模型基本理论　小组成员通过开会讨论，进行分析总结，确定建立　技术经济对象，其中技术对象为水锤防护理论和管线　运行理论，经济对象为管线工程造价。　步骤二：确定技术经济模型设计变量　＾⑤管道流速约束以及强度约束　０．６　ｍ／ｓ≤　≤３．０　ｍ／ｓ　通过查阅规范及计算理论，针对技术经济对象，确　定建立技术经济模型的设计变量主要为管材、管径、壁　厚、管长。　Ｖ／÷（　ｌ一　２）　＋（　２一　１）　＋（ｏｒ３一　１）　≤［ｏｒ－］　厶　步骤四：建立目标函数　针对长距离输水项目技术经济目标，设不同管段　单位管道长度的金属结构工程投资分别为Ｍ　土建　步骤三：确定约束条件　建立技术经济模型的约束条件主要为：　①管道长度约束　设管道总长为　，管道由／７，不同材料、ｍ种不同直　工程投资分别为ⅣＩ　；临时道路投资分别为Ｐ珊；泵站　功率　，单功率投资为Ｋ。以工程造价Ｆ为指标建立　目标函数：　Ｈ　ｍ　ｐ　径和Ｐ种不同壁厚的管段组成，各段长度分别为　（ｉ＝１，２，…，ｎ；　＝１，２，…，ｍ；　＝１，２，…，ｐ），贝０　ｍｉｎＦ＝　。（Ｍｉｊｋ＋Ⅳ　＋Ｐ　）＋ＫＷ　步骤五：利用已完成的项目分析模型的正确性　小组对已完成的项目采用该分析模型进行验　，　详见表５。　措施效果小结：从表５中可以看出，计算结果与实　际方案很接近，对前期方案推荐具有指导作用，从而大　ｌ　Ｉ蚤占　，　Ｉ　ｌ　。　ｉ　②管道水头损失约束　设不同管道单位长度损失（局部水头损失按比例　计人沿程水头损失中）分别为　。则总水头损失△日　为：　ＡＨ＝ｉ　＝ｌ，：ｌ　＝ｌ　。　。　大降低了工作工日。说明根据管线技术及经济要求，　确定约束条件，指定管线设计技术经济模型，能够直接　’　③管长非负约束　Ｌ　≥０　提出对应的最优方案解集，大大提高管线设计效率。　２）针对“缺乏附属建筑物标准模板图纸库”这一　要因，采取以下措施。　④水锤压力约束　要求设计人员统一采用我公司编制的已取得软件　著作权的软件计算水锤压力。管线压力上下限约束要　５４　步骤一：对已完成供水管线项目中附属建筑物　纸进行整理，并建立附属建筑物常用尺寸和形式的模　板，主要有泵房模板库、稳压水池模板库、镇墩模板库、　徐芬，等：利用Ｑｃ方法减少长距离输水工程水工专业设计工日　表５已完成项目方案验证表　２０１７年７月　项目名称方案　方案内容　阀井模板库。　步骤二：对模板图纸中的高程文字及高程块进行　标准化处理　对高程文字进行标准化处理主要是使文字属性具　有唯一性，便于程序提取。对高程块的处理则是通过　程序将高程块分解为高程文字和高程符号，然后只对　高程文字进行处理。小组经讨论采取新设ＣＡＤ图层　的方式对文字进行处理。　步骤三：利用我院自主开发的高程点批量编辑软　件，实现高程文字及高程块的批量提取和编辑。　措施效果小结：小组成员建立供水管线工程各类　建筑物常用尺寸的模板库，对模板图纸中的高程文字　和高程块进行标准化处理，利用我院自主开发的高程　批量编辑软件，实现高程文字和高程块的批量编辑。　将该活动成果用于本次４条输水工程项目，经小组成　员统计，水工专业完成１０ｋｍ输水管线工程中附属建　筑物设计任务的平均工日从原来的１４个减少到６个，　效果显著。　２效果检查与巩固措施　２．１　目标检查　小组运用活动成果对长距离输水管线工程设计的　耗时情况进行统计，并制作出统计表，从表６可以看　出，工日从５６个减少至４２个，更好的完成了预定　目标。　小组成员通过ＱＣ活动，解决了长距离供水管线　工程“管线布置耗时长”和“附属建筑物设计耗时长”　这两个主要问题，达到了减少设计工日的目标，并比预　定目标时间提前８个工日完成４条４６　ｋｍ输水管线工　程设计任务。　所耗工日　备注　表６实施对策前后工日统计表　２．２巩固措施　１）进行内部评审，编制长距离输水工程技术经济　模型使用说明书以及附属建筑物标准模板图纸库使用　说明书，在公司内推广本ＱＣ成果。　２）成果推广后的２个月内，小组成员进行巩固期　效果检查。在此期间，我院又进行了云南桑郎箐水库　工程项目中供水管线和竹山谭家河水厂供水工程设计　工作，经过统计，完成ｌＯ　ｋｍ输水管线工程初步设计工　日为４０个，在巩固期，ＱＣ小组的成果效果得到了　加强。　３总结及展望　本次ＱＣ活动有效解决了我公司长距离输水工程　水工专业设计能力无法满足生产要求的问题，在本次　ＱＣ成果的基础上，小组将继续深入研究保障输水管线　经济、安全供水的技术措施，开展新一轮的ＱＣ活动，　提高我们的专业技术能力。　参考文献：　［１］中国质量协会．质量管理小组理论与方法［Ｍ］．北京：中　国质检出版社、中国标准出版社，２０１３　［２］赵国庆，杨健．经济数学模型的理论与方法［Ｍ］．北京：　中国金融出版社，２００３　［３］李逸之，罗希，徐芬．运用ＱＣ方法提高渡槽结构设计效率　［Ｊ］．水电与新能源，２０１７（１）：２９—３３　５５