EPC 總承包模式下設計優化的重要性

付金廣

EPC 總承包項目是由總承包商對整個工程的設計、材料設備采購、工程施工，直至交付使用實行全面、全過程總承包的方式[1]。EPC 總承包商要實現設計、采購、施工各工序的合理交叉和緊密配合，并對工程質量、進度、安全、造價、及合同五大控制進行全面負責的項目管理。設計在施工總承包項目中是對工程造價影響最大的環節，工程造價的90%在設計階段就已經確定，施工階段影響項目投資僅占5%~10%左右[2]。在EPC 總承包中，設計是龍頭，設計方案的優劣是工程建設質量的基礎。目前設計現狀是設計圖紙即使經設計單位校審和施工圖設計審查仍然存在不少問題[3]，缺少對施工可行性問題的考慮。因此在項目施工前對原設計方案進行優化會起到很重要的作用。設計優化應進行施工可行性研究，并將其貫穿于項目的整個建設周期之中[4]。

某項目為例說明設計優化在EPC 總承包項目中的作用。

1 工程概況

某動力電池基地位于青島市黃島區某生態園區內，本次承包項目包括一期建設工程的1#生產廠房、1#倉庫、2#倉庫、測試間、1#動力中心、門衛1~3，共計8 棟單體，承包模式為EPC。

2 動力電池基地廠區內外高低差永久支護優化

擬建工程1# 生產廠房西側道路與廠房內高差達到4.95m，廠房北側內部兩側高差達到5.4m，1#動力中心西、南、北三側與室內存在高差，根據建筑使用功能要求，該邊界需進行永久性邊坡支護。整個場區東西寬360m，高差約12.0m，坡度3.3%，采取就勢建造，需采用擋土墻解決場地高差問題。

2.1 優化前方案

原設計采用懸臂式擋墻，具體見圖1，工程造價高，施工速度較慢，養護時間較長，擋墻的基礎較大，要求一定的施工工作面，不適用本場地內的永久性支護。

2.2 優化后方案

結合工程特點，考慮場地大量填方工程，綜合比對造價、工期、安全等因素并通過軟件計算，本工程采用土工格柵加筋土邊坡結構及現澆混凝土面板加筋土擋墻結構作為廠區高低差處的永久性支護方案。

加筋土邊坡結構：加筋土邊坡+排泄水系統+坡面防護系統，見圖2。設計邊坡坡度60°，豎向每隔50cm 水平鋪設一層單向土工格柵，坡面反包土袋。加筋土邊坡坡面采用生態袋植草進行防護。將生態袋裝滿耕植土并封口，沿線性水平橫向碼放并做整平處理。

圖1 懸臂式擋墻大樣圖

圖2 加筋土邊坡結構

現澆混凝土面板加筋土擋墻結構（見圖3）：加筋土擋墻+排泄水系統+現澆混凝土面板。設計擋墻坡度為90°，豎向每隔50cm 水平鋪設一層單向土工格柵。墻面為現澆混凝土面板，加筋土擋墻施工時，每隔一米預埋鋼筋，待加筋土擋墻部分全部施工完成后，再行現澆混凝土面板施工。

2.3 效益分析

1） 土工格柵加筋土擋墻屬于柔性結構，比傳統的剛性結構擋土墻能更好的適應地基變形，在不良地基處采用尤能顯示其結構上的優勢，且有更好的抗震效果；

圖3 有面板加筋土擋墻結構

2） 有面板加筋土擋墻可根據不同的環境，考慮美觀的要求，將面板制成不同的形狀和結構，有效地融入周邊環境；

3） 無面板加筋土擋墻，坡面采用綠化防護，對綠化、美化環境，恢復自然生態有著較好的社會效益；

4） 施工方便快捷，能縮短施工工期，保證施工質量；5） 能節省工程投資，擋土墻可以做到高且陡，能有效地節約用地和填料，具有經濟上的優勢。

經測算，整個場區加筋土回填量約1.7 萬方，工程造價約240 萬（不包括面板），綜合單價約140 元/方。較原設計扶壁式擋墻工程造價節省約40 萬。

3 混凝土排架優化設計

3.1 優化前方案

原設計化成車間、碾壓車間、烘干車間為混凝土排架結構，柱子為混凝土結構，上部采用鋼梁連接，如圖4。

圖4 排架結構

三個車間混凝土柱支模高度最小為8.799m，最大可達19m。根據《建設工程高大模板支撐系統施工安全監督管理導則》定義，架體高度達到8 米及以上的鋼管架設及模板工程施工屬于“高支模”且需要專家組織論證。高支模費用高，施工速度較慢且易出現安全事故，對工期和經濟效益均有不利影響。

3.2 優化后方案

通過對項目結構和施工工期的要求，將三個車間原排架結構優化設計為輕型門式剛架，見圖5。混凝土柱子均改為鋼柱，減小了柱子本身的自重，對于計算基礎和地震力均為有利作用。

3.3 效益分析

圖5 碾壓車間結構圖

鋼結構可實現工廠預制，現場拼裝，實現現場干作業施工，和高支模施工方案相比安全性高，有效減少工期同時經濟效益良好。經測算，優化后的設計可節約施工成本約20萬，節約工期約30 天。

4 風機基礎優化

4.1 優化前方案

1#廠房原設計圖紙遺漏上部風機基礎，待安裝風機時才發現此問題，此時鋼結構屋面已經完成。風機共計76 個,設計院給出了一個風機基礎的補充做法見圖6。此方案是在兩個門剛之間新增兩個檁條HM148X100，然后在檁條上增加立柱完成此鋼結構風機基礎。由于鋼結構屋面已完成，所以此方案實施過程需要拆除此跨度區域內的壓型鋼板，屋面風機分布比較離散，屋面跨度大，導致屋面壓型鋼板的拆除安裝工作量大，且吊裝時需在廠房外部使用75t 汽車吊進行吊裝，工人需在屋面進行高空焊接安裝作業，故此方案安裝成本高，施工風險大，安裝工期長。

圖6 原設計風機基礎圖

4.2 優化后方案

結合現場情況和施工工期的要求，我們對風機基礎做了優化設計，優化設計后圖紙見圖7，此方案在原有門剛梁上做對稱支撐，代替原設計的通常鋼梁。施工時只需要兩臺頂升機，由于鋼梁自重輕，只需要頂升機將材料運輸到頂部，兩個工人人工即可進行安裝和焊接工作。安裝后風機見圖8。

4.3 效益分析

圖7 優化后風機基礎

圖8 安裝后風機

優化后方案租賃成本低，鋼結構材料用量低，施工速度快，施工安全性高，有效減少工期同時經濟效益良好。經測算，優化后的設計可節約施工成本約36 萬，節約工期約15天。

5 砌體結構材料優化

5.1 優化前方案

廠房外墻最高處將近15m 高度，采用傳統加氣塊砌筑需要增加圈梁構造柱，并且施工速度慢，砌筑成本高。

5.2 優化后方案

采用ALC 板材采用干法作業，見圖11，外表面可免抹灰，安裝方便，大大縮短工期，提高質量。

5.3 效益分析

ALC 板材不需要構造柱，可以降低墻體荷載，免抹灰，干法施工，具有良好的經濟效益。原設計做法工程造價約230 萬，優化后做法工程造價約為156 萬，優化后節約成本74 萬元。

6 干燥工藝空調系統優化

6.1 優化前方案

干燥工藝部分配套冷源初步設計總冷負荷約5000 冷噸。原設計的方案為蝸旋式風冷冷水機組：共采用了49 臺冷量范圍在65KW~650KW 的風冷冷水機組，出水溫度要求為7度，能效比為不低于COP=2.95，為新國標3 級能效機組。

6.2 優化后方案

從機組的初投資、運行費用、維護費用、優惠政策、運行可靠性等幾方面綜合考慮，我們推薦采用如下方案：采用3×1200ton 水冷離心機+1×650ton 水冷離心機+2×380ton 水冷螺桿機，機組采用一級能效，能效比為不低于COP=6.3，冬季采用自由冷卻系統。

6.3 效益分析

水冷系統與風冷系統相比，數量減少、運行費用低、維護費用低，壽命長，可靠性高，并且能效比能達到國家一級能效可以享受節能補貼，還可以采用自由冷卻節能系統。原造價1260 萬，現造價約1100 萬元，節約造價160 萬元。達到一級能效后期業主營運費用每年節約電費約500 萬元。

7 供電電纜優化

7.1 優化前方案

原設計供電系統采用大容量設備供電電纜，多拼電纜并列運行承載負荷，安裝占用空間大，轉角需要更大的半徑，施工時間長，施工費用高且施工難度大。

7.2 優化后方案

由原設計電纜+橋架方案，優化為密集型封閉母線，與傳統的電纜相比，在大電流輸送時充分體現出它的優越性，同時由于采用了新技術、新工藝，大大降低了母線槽兩端部連接處及分線口插接處的接觸電阻和溫升，并在母線槽中使用了高質量的絕緣材料，從而提高了母線槽的安全可靠性，使整個系統更加完善。

7.3 效益分析

密集型封閉母線會大大降低施工難度，節約施工成本，有更高的經濟效益。原造價930 萬，現造價860 萬，節約造價70 萬元。

8 結語

限于篇幅所限，未能將所有優化都一一詳述。通過比較可以發現，在不降低設計使用功能的前提下，結合現場施工對原設計方案進行優化，可以產生良好的經濟效益。本項目通過優化約產生直接經濟效益513 萬元。這足以證明設計優化在EPC 項目中控制成本的重要性，但要做好優化設計，除了設計人員的素質和經驗外，還需要研究施工技術和工藝，并結合項目的商務,這樣才能做到降本增效，使總承包商獲得最大的經濟效益。