EPC 总承包模式下设计优化的重要性

付金广

EPC 总承包项目是由总承包商对整个工程的设计、材料设备采购、工程施工，直至交付使用实行全面、全过程总承包的方式[1]。EPC 总承包商要实现设计、采购、施工各工序的合理交叉和紧密配合，并对工程质量、进度、安全、造价、及合同五大控制进行全面负责的项目管理。设计在施工总承包项目中是对工程造价影响最大的环节，工程造价的90%在设计阶段就已经确定，施工阶段影响项目投资仅占5%~10%左右[2]。在EPC 总承包中，设计是龙头，设计方案的优劣是工程建设质量的基础。目前设计现状是设计图纸即使经设计单位校审和施工图设计审查仍然存在不少问题[3]，缺少对施工可行性问题的考虑。因此在项目施工前对原设计方案进行优化会起到很重要的作用。设计优化应进行施工可行性研究，并将其贯穿于项目的整个建设周期之中[4]。

某项目为例说明设计优化在EPC 总承包项目中的作用。

1 工程概况

某动力电池基地位于青岛市黄岛区某生态园区内，本次承包项目包括一期建设工程的1#生产厂房、1#仓库、2#仓库、测试间、1#动力中心、门卫1~3，共计8 栋单体，承包模式为EPC。

2 动力电池基地厂区内外高低差永久支护优化

拟建工程1# 生产厂房西侧道路与厂房内高差达到4.95m，厂房北侧内部两侧高差达到5.4m，1#动力中心西、南、北三侧与室内存在高差，根据建筑使用功能要求，该边界需进行永久性边坡支护。整个场区东西宽360m，高差约12.0m，坡度3.3%，采取就势建造，需采用挡土墙解决场地高差问题。

2.1 优化前方案

原设计采用悬臂式挡墙，具体见图1，工程造价高，施工速度较慢，养护时间较长，挡墙的基础较大，要求一定的施工工作面，不适用本场地内的永久性支护。

2.2 优化后方案

结合工程特点，考虑场地大量填方工程，综合比对造价、工期、安全等因素并通过软件计算，本工程采用土工格栅加筋土边坡结构及现浇混凝土面板加筋土挡墙结构作为厂区高低差处的永久性支护方案。

加筋土边坡结构：加筋土边坡+排泄水系统+坡面防护系统，见图2。设计边坡坡度60°，竖向每隔50cm 水平铺设一层单向土工格栅，坡面反包土袋。加筋土边坡坡面采用生态袋植草进行防护。将生态袋装满耕植土并封口，沿线性水平横向码放并做整平处理。

图1 悬臂式挡墙大样图

图2 加筋土边坡结构

现浇混凝土面板加筋土挡墙结构（见图3）：加筋土挡墙+排泄水系统+现浇混凝土面板。设计挡墙坡度为90°，竖向每隔50cm 水平铺设一层单向土工格栅。墙面为现浇混凝土面板，加筋土挡墙施工时，每隔一米预埋钢筋，待加筋土挡墙部分全部施工完成后，再行现浇混凝土面板施工。

2.3 效益分析

1） 土工格栅加筋土挡墙属于柔性结构，比传统的刚性结构挡土墙能更好的适应地基变形，在不良地基处采用尤能显示其结构上的优势，且有更好的抗震效果；

图3 有面板加筋土挡墙结构

2） 有面板加筋土挡墙可根据不同的环境，考虑美观的要求，将面板制成不同的形状和结构，有效地融入周边环境；

3） 无面板加筋土挡墙，坡面采用绿化防护，对绿化、美化环境，恢复自然生态有着较好的社会效益；

4） 施工方便快捷，能缩短施工工期，保证施工质量；5） 能节省工程投资，挡土墙可以做到高且陡，能有效地节约用地和填料，具有经济上的优势。

经测算，整个场区加筋土回填量约1.7 万方，工程造价约240 万（不包括面板），综合单价约140 元/方。较原设计扶壁式挡墙工程造价节省约40 万。

3 混凝土排架优化设计

3.1 优化前方案

原设计化成车间、碾压车间、烘干车间为混凝土排架结构，柱子为混凝土结构，上部采用钢梁连接，如图4。

图4 排架结构

三个车间混凝土柱支模高度最小为8.799m，最大可达19m。根据《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》定义，架体高度达到8 米及以上的钢管架设及模板工程施工属于“高支模”且需要专家组织论证。高支模费用高，施工速度较慢且易出现安全事故，对工期和经济效益均有不利影响。

3.2 优化后方案

通过对项目结构和施工工期的要求，将三个车间原排架结构优化设计为轻型门式刚架，见图5。混凝土柱子均改为钢柱，减小了柱子本身的自重，对于计算基础和地震力均为有利作用。

3.3 效益分析

图5 碾压车间结构图

钢结构可实现工厂预制，现场拼装，实现现场干作业施工，和高支模施工方案相比安全性高，有效减少工期同时经济效益良好。经测算，优化后的设计可节约施工成本约20万，节约工期约30 天。

4 风机基础优化

4.1 优化前方案

1#厂房原设计图纸遗漏上部风机基础，待安装风机时才发现此问题，此时钢结构屋面已经完成。风机共计76 个,设计院给出了一个风机基础的补充做法见图6。此方案是在两个门刚之间新增两个檩条HM148X100，然后在檩条上增加立柱完成此钢结构风机基础。由于钢结构屋面已完成，所以此方案实施过程需要拆除此跨度区域内的压型钢板，屋面风机分布比较离散，屋面跨度大，导致屋面压型钢板的拆除安装工作量大，且吊装时需在厂房外部使用75t 汽车吊进行吊装，工人需在屋面进行高空焊接安装作业，故此方案安装成本高，施工风险大，安装工期长。

图6 原设计风机基础图

4.2 优化后方案

结合现场情况和施工工期的要求，我们对风机基础做了优化设计，优化设计后图纸见图7，此方案在原有门刚梁上做对称支撑，代替原设计的通常钢梁。施工时只需要两台顶升机，由于钢梁自重轻，只需要顶升机将材料运输到顶部，两个工人人工即可进行安装和焊接工作。安装后风机见图8。

4.3 效益分析

图7 优化后风机基础

图8 安装后风机

优化后方案租赁成本低，钢结构材料用量低，施工速度快，施工安全性高，有效减少工期同时经济效益良好。经测算，优化后的设计可节约施工成本约36 万，节约工期约15天。

5 砌体结构材料优化

5.1 优化前方案

厂房外墙最高处将近15m 高度，采用传统加气块砌筑需要增加圈梁构造柱，并且施工速度慢，砌筑成本高。

5.2 优化后方案

采用ALC 板材采用干法作业，见图11，外表面可免抹灰，安装方便，大大缩短工期，提高质量。

5.3 效益分析

ALC 板材不需要构造柱，可以降低墙体荷载，免抹灰，干法施工，具有良好的经济效益。原设计做法工程造价约230 万，优化后做法工程造价约为156 万，优化后节约成本74 万元。

6 干燥工艺空调系统优化

6.1 优化前方案

干燥工艺部分配套冷源初步设计总冷负荷约5000 冷吨。原设计的方案为蜗旋式风冷冷水机组：共采用了49 台冷量范围在65KW~650KW 的风冷冷水机组，出水温度要求为7度，能效比为不低于COP=2.95，为新国标3 级能效机组。

6.2 优化后方案

从机组的初投资、运行费用、维护费用、优惠政策、运行可靠性等几方面综合考虑，我们推荐采用如下方案：采用3×1200ton 水冷离心机+1×650ton 水冷离心机+2×380ton 水冷螺杆机，机组采用一级能效，能效比为不低于COP=6.3，冬季采用自由冷却系统。

6.3 效益分析

水冷系统与风冷系统相比，数量减少、运行费用低、维护费用低，寿命长，可靠性高，并且能效比能达到国家一级能效可以享受节能补贴，还可以采用自由冷却节能系统。原造价1260 万，现造价约1100 万元，节约造价160 万元。达到一级能效后期业主营运费用每年节约电费约500 万元。

7 供电电缆优化

7.1 优化前方案

原设计供电系统采用大容量设备供电电缆，多拼电缆并列运行承载负荷，安装占用空间大，转角需要更大的半径，施工时间长，施工费用高且施工难度大。

7.2 优化后方案

由原设计电缆+桥架方案，优化为密集型封闭母线，与传统的电缆相比，在大电流输送时充分体现出它的优越性，同时由于采用了新技术、新工艺，大大降低了母线槽两端部连接处及分线口插接处的接触电阻和温升，并在母线槽中使用了高质量的绝缘材料，从而提高了母线槽的安全可靠性，使整个系统更加完善。

7.3 效益分析

密集型封闭母线会大大降低施工难度，节约施工成本，有更高的经济效益。原造价930 万，现造价860 万，节约造价70 万元。

8 结语

限于篇幅所限，未能将所有优化都一一详述。通过比较可以发现，在不降低设计使用功能的前提下，结合现场施工对原设计方案进行优化，可以产生良好的经济效益。本项目通过优化约产生直接经济效益513 万元。这足以证明设计优化在EPC 项目中控制成本的重要性，但要做好优化设计，除了设计人员的素质和经验外，还需要研究施工技术和工艺，并结合项目的商务,这样才能做到降本增效，使总承包商获得最大的经济效益。