國外水泥廠EPC項目結構設計管理與優化

李春華

結構設計關系到項目建設安全和項目成本，對項目建設工作的順利完成有較大影響。我公司承建的某3 000t/d水泥生產線，位于非洲中部熱帶雨林地區，項目涵蓋了從石灰石破碎到水泥包裝全過程。本文將結合我公司在中東、馬來西亞等海外項目的經驗，介紹本項目的結構設計管理及優化。

1 結構設計管理

本項目占地面積小，工藝布置緊湊，全廠場地較為平整，但地基承載能力一般，關鍵重載車間（如窯尾、窯中、生料庫、熟料庫等）的基礎承載能力介于天然地基與樁基之間。根據業主要求，為節約成本，避免打樁，需合理取值和折減計算荷載，確定安全經濟的結構設計方案。

1.1 研讀合同要求

項目開工會之前，認真全面研讀項目合同，查閱結構設計相關內容，對關鍵條款和注意事項進行確定和記錄，并寫入開工報告，為合同交底做好準備。其中，必須明確的重要設計信息如下：

（1）設計標準：項目合同已明確采用中國規范和標準。當中國規范與標準不適用合同中約定的具體技術要求時，參照歐洲規范，并需經過咨詢公司批準。

（2）地震信息：明確設防烈度、各車間抗震等級、地震加速度。

（3）基本風壓：重點關注合同中風速與中國標準基本風壓的轉化。

（4）地下水：注意地下水深度，地下水是否有腐蝕性，是否有凍脹性。

（5）荷載及荷載系數：關注合同中對各類荷載是否有明確約定，如樓面活荷載、灰載等，一般合同中會有具體數值約定，如沒有，可按中國標準荷載規范常規取值。

1.2 確定設計原則

中東某水泥項目曾因施工圖設計優化不到位，導致項目成本較高。為控制成本，本項目明確采用限額設計方式，并確定了如下設計總原則：

（1）基礎部分：開工會階段因詳細地質勘察工作尚未開展，僅有初步地質勘察報告可以參考；另外，業主明確表明樁基費用高，工程費用無法追加，若能采用其他可節約成本的方案，后期可予以適當補償。基于現時條件，經過對初步地質勘察報告的研究，初步確定不采用樁基，地基基礎優先采用天然地基基礎方案，當天然地基不能滿足工程建設要求時，再進行地基處理。詳細地質勘察報告完成后，根據報告調整了窯尾、生料庫等七個子項的基礎建設設計方案，通過加大埋深、換填碎石等地基處理，可達到所需承載力，避免了打樁。

（2）地上部分：業主是水泥供應商，可以成本價采購水泥，因此，對于采用混凝土結構和鋼結構均可行的車間，確定采用混凝土結構，如水泥庫、水泥磨、窯尾底部框架、破碎車間等。這樣不僅可節省造價成本，而且混凝土結構的耐久性較鋼結構更有優勢。但對于需加快施工、縮短工期的輸送天橋及堆棚屋蓋等車間，可采用鋼結構。

1.3 加強設計分包管理

該項目設計工作分包給了兩家設計單位共同完成，兩家單位的設計經驗和習慣不同，使用的圖集和圖面布置也存在差異。在保證安全、合理、經濟的同時，為使兩家單位的設計風格和圖面表達統一，在設計開始前，組織兩家設計單位進行了深入的討論與交流。

首先，進行合同交底，介紹項目特點、當地的自然條件、地質勘察的基本情況等。其次，明確限額設計的原則與要求，逐個車間分析討論了設計限值，并明確了材料材質，確定了混凝土梁、板、柱截面及配筋等的設計要求，強調了鋼筋規格的統一與歸并，確定了鋼結構的使用規格及應力控制等要求。隨著設計的深入，進行逐步調整與完善。

1.4 做好圖紙審批規劃

圖紙審批是海外工程項目管理中的重點和難點，很多項目皆因圖紙審批時間過長而致工期延誤。作為總包方，必須掌握圖紙審批節奏，按計劃完成圖紙審批工作。為此，我們研究分析了以往項目圖紙審批中的難點，分類制定了應對方案，做好本項目圖紙審批的準備工作。

（1）根據設計和施工周期，編制全廠出圖計劃，與設計單位溝通確定每個子項的具體出圖時間。

（2）為了保證圖紙審批效率，提前兩周將需審批的圖紙發給業主，并請業主配合在圖紙審批會議前反饋審批意見，對于可以郵件澄清的，先提前通過郵件澄清，其余問題在圖紙審批會議時處理完成。每次給業主的圖紙審批計劃均按車間列明，并將待批問題一一列出并限定時間，請設計單位及咨詢公司有針對性地提前準備，確保審批效率。

（3）本項目每次圖紙審批均按計劃完成。從最初的溝通不暢，到取得審圖工程師的認可，這得益于以往的項目經驗和本項目對圖紙審批工作的充分準備。

2 結構設計優化

本項目合同額不高且工期要求短，若要控制成本并取得收益，所有車間必須根據此項目條件進行全新設計和優化，嚴格控制構件截面和鋼材用量，降低土建成本的同時兼顧施工。

2.1 優化思路

根據投標工程量，對每個車間進行分析，按車間工程量分類優化，將車間分為兩類：

（1）工程量大、優化后成本降低顯著的子項車間。此類車間包括窯尾、窯中、生料庫、水泥庫、熟料庫、輔料及煤預均化堆場、石灰石預均化堆場及輸送等7個子項。對此類車間需進行方案對比，嚴格控制成本。

（2）工程量不大、優化后成本略有降低的子項車間。海外項目的工期往往是項目執行中的最大壓力來源，針對這類車間，其優化應與施工工期緊密結合，工期為第一考慮要素。除上述第一類子項外，其他子項均歸為此類。

2.2 優化原則

該項目采用限額設計原則，以投標工程量為參照基準，對投標工程量偏差較大的，進行優化調整。設計時應與工期緊密結合，工期能滿足要求的子項盡量優化，工期緊張的子項要保證圖紙供應，避免為節省少量工程量而延誤工期。

2.3 優化規定

按照上述優化思路與原則，制定了具體優化規定，部分內容如下：

（1）所有受力構件均應進行計算，不得估定。結構構件截面及配筋應逐級試算確定。

（2）對重要部位截面大、含鋼率低（μ＜0.6%）的梁，應驗算裂縫寬度，裂縫寬度按框架部分要求，含鋼率1%≤μ≤1.6%為佳。

（3）鋼筋：采用我國標準，盡量歸并和統一鋼筋的規格及等級，便于采購和施工管理。

（4）鋼結構：梁高≥600mm時，采用Q345鋼；梁高＜600mm時，采用Q235鋼。

（5）鋼結構設計應力比值：主要受力構件為0.90～0.95，其他構件為1.0，同時應注意驗算撓度和穩定性。

2.4 優化成果

根據設計優化原則和優化規定，要求設計單位在設計之前先確定最優的設計方案，然后根據計算情況進行逐級優化。

比如，窯中車間，三個窯墩最初設計方案為通用的大塊式，混凝土工程量為1 750m3；經過優化，減少窯墩底板厚度，混凝土工程量降為1 300m3；之后再次優化，采用框架式，工程量減少至1 125m3。經過兩次優化，窯中車間混凝土量減少了625m3。再如，窯尾車間鋼結構部分，完成建模和初步計算后，第一次對框架主構件（柱、主梁、柱間支撐）進行優化，第二次對次梁進行優化，并且優化到二級次梁，最終框架鋼結構用鋼量僅為675t，相比優化前900t用鋼量節省鋼材225t。

根據預定的限額方案，7個一類車間混凝土總計優化2 880m3，鋼材總計優化400t。

3 經驗與建議

通過采取有效的設計管理和有針對性的設計優化措施，不僅減少了工程造價，而且為采購、施工節約了時間。該項目結構設計管理主要亮點如下：

（1）圖紙審批效率高。要做好圖紙審批事前準備，包括提前將圖紙發送給咨詢公司預審，設計單位與咨詢公司提前充分溝通，總包方與業主建立緊密聯系，幫助業主理解圖紙審批對項目執行的重要性，從而得到業主的支持，互相配合，共同推進圖紙審批工作高效完成。

（2）采用“限額設計”，控制項目成本。“限額設計”在關注成本的同時，還應將質量放在首位，設計管理應把握“可以優化的不浪費，沒有把握的技術風險應規避”的原則，保證結構安全。

（3）駐廠人員最好從設計參與者中選派。很多項目現場的技術服務，基本上是設計人員和駐廠人員分離。設計人員和駐廠人員不是同一批人，項目現場需變更、整改時，由于駐廠人員不了解設計過程，導致問題不能及時處理，影響了工期。因此，在設計分包時，最好明確駐廠人員需從設計參與者中選派，以利于項目管理及現場問題的處理。■