EPC模式下铁路项目的施工图阶段设计优化.pdf

2023年第2期工程设计工程设计EPC模式下铁路项目的施工图阶段设计优化彭东辉（中国铁路设计集团有限公司 工程总承包事业部，天津 300308）摘要：铁路工程总承包项目的设计管理与传统建设管理模式不同，具有综合性、系统性和集成性等特点。设计优化在工程总承包项目中是决定建设项目投资控制效果的关键因素，对建设项目的进度和风险控制起着重要作用。针对铁路工程总承包项目施工图设计阶段，明确设计优化的主要任务和遵循的主要原则，提出设计优化思路，根据实际案例从设计输入、重点工程专项研究、降低施工难度、落实边界条件、加强设计与施工深度融合等方面进行风险识别与评估，提出优化设计措施。研究成果可为后续铁路EPC项目设计优化提供参考。关键词：铁路项目；EPC；施工图阶段；设计优化中图分类号：U215.1 文献标识码：A 文章编号：1672-061X（2023）02-0030-05DOI：10.19550/j.issn.1672-061x.2022.12.12.0010 引言工程总承包是国际工程建设项目管理的主流模式，相关运作已非常成熟，从20世纪80年代至今，在逐步学习国际工程项目总承包管理机制的基础上，我国相关法规也在逐步完善，工程总承包业务发展初具规模1。随着我国工程总承包模式的逐步推广，铁路建设领域工程总承包发展迅速，但我国高铁项目在近几年才开始尝试以设计单位牵头的EPC总承包模式2。中国铁路设计集团有限公司（简称中国铁设集团公司）承担了盐通、杭绍台、汕汕、广湛、昌景黄等高铁项目的EPC总承包，走在国内铁路设计单位的前列，但总体来说还处于探索尝试阶段。铁路工程总承包项目与传统建设管理模式不同，其设计管理具有综合性、系统性和集成性等特点3。传统铁路建设项目的设计管理采用串行模式，上一个专业完成后交给下一个专业进行工程设计，工程设计全部完毕后，交给建设方采购，然后由施工单位施工4。因此设计单位进行工程设计时偏重于考虑工程设计问题，主要是对质量负责，对项目全生命周期的成本、总体进度和项目整体风险考虑较少5。在工程总承包项目中，工程设计、采购、施工全部是1个项目组的工作范畴，所以其设计管理不止考虑项目质量，还要考虑整个项目的进度和成本6。虽然工程总承包项目仍然是先开展设计工作，然后才能进行相关采购、施工等工作，但是由于工程总承包项目中设计、采购、施工可以深度交叉，从总体上来看，工程总承包的设计管理已经类似于并行模式。作者简介：彭东辉（1986），男，高级工程师。E-mail：302023年第2期工程设计工程设计在整个工程建设过程中，设计阶段是决定建设项目投资控制效果的关键阶段，设计优化对建设项目全生命周期成本影响巨大，同时也对建设项目的进度、风险控制起着重要作用7。传统模式下设计优化的作用往往仅局限于投资、建设质量、运营条件中某一方面，不能兼顾，甚至顾此失彼。而设计优化作为工程总承包项目的关键，必须综合考虑质量、进度和成本等项目管理要素，并兼顾环境、业主、采购、施工以及各专业间的差异。设计优化在投标阶段可为商务决策和谈判提供技术支撑；在施工图阶段可为总承包项目规避设计和施工风险，有效指导施工分包，为保障项目盈利提供技术支撑；在施工阶段可为总承包项目保证施工质量、规避施工风险提供技术支撑。重点研究施工图阶段的设计优化，可为其他铁路工程总承包项目设计优化提供思路。1 设计优化主要任务在保证建设项目安全、质量、进度的前提下，对质量安全及投资风险因素和优化点进行识别，充分考虑设计与施工、采购的融合，提出消除风险、优化系统的应对策略8。设计优化的主要目的是降低项目建设成本，降低EPC项目风险。在中标报价范围内，本着限额设计的原则，以便于采购、施工为导向，开展设计优化工作，保证项目的功能性、可靠性、安全性和可维护性，为顺利实现项目的工期、质量、安全等目标奠定基础。2 设计优化建议遵循的主要原则对重大方案进行研究与优化应在正式施工图开展前完成，细部优化可与正式施工图设计一并开展。施工图阶段设计优化，建议主要遵循以下原则：（1）依据国家、地方法律法规以及行业相关标准等有关规章制度。（2）不降低项目标准和使用功能，不突破工程主管部门批复的工程范围和原则。（3）设计优化应对照初步设计批复、业主招标要求及总承包合同，严格控制工程投资。（4）根据项目定位、功能及业主需求，通用设计和差异化设计相结合，合理确定系统集成方案、材料设备选型，实现系统和设备的最优性价比，以技术方案的系统最优开展设计优化。（5）设计优化应综合考虑设计、采购、施工、运营维护全生命周期。（6）积极推广采用新技术、新工艺、新材料、新设备及信息化、智能化手段，以提升质量效益。3 设计优化思路3.1风险识别与评估结合项目特点，辨识初步设计（批复）遗留的技术风险和投资风险，对项目技术、投资及社会等风险进行评估，研究提出规避风险的应对策略，对采取应对措施后的残余风险进行评价，为开展施工图优化设计提供指导意见，并实施动态管理，满足施工图设计进度要求。风险识别分为系统性风险识别和专业风险识别，重点核实工程范围、系统设计、工程接口、主要工程内容、批复的主要设计原则等内容是否有调整。（1）系统性风险识别包括工程范围核查、基础资料核查、主要技术标准（运营条件）核实、重大线路（站场）方案合理性研判、系统设计核查、施工可行性核查、环保与水保问题核查及解读、工程数量及投资核查等内容。（2）专业风险识别包括核对运输组织方案、无砟和有砟段落及过渡段设计是否合理、车站平面布置是否合理、场地工程地质条件评价、外电源方案、设计内容与环境影响报告书及批复意见的一致性等。根据影响安全、质量、工期、投资等方面的风险大小、重要程度，提出风险等级划分建议（重大、重要、主要、一般），并将所有风险列入设计优化实施内容。针对不同的风险等级，确定设计需要达到的合适深度。设计优化成果需进行残余风险评估，经评审后确定优化设计实施方案。3.2细化完善设计方案在风险识别、评估的基础上，对设计优化措施等进行核对、细化和补充。在保证方案合理、工程措施得当的基础上，对专业间接口、施工方案的安全性、施工组织的合理性以及设备选型、概算指标的合理选312023年第2期工程设计工程设计取等进行细化设计。设计向施工、采购、运维延伸，围绕加快进度、降低工程风险及投资、减少施工难度，优选出技术先进、经济合理、施工优越的设计方案。4 设计优化案例解析根据设计优化思路，设计优化的内容主要分为2类，一类是影响安全、质量、进度等方面的风险因素处置，另一类是通过精细化设计、科学设计实现降低施工风险、工程难度的优化。施工图设计深度主要为满足施工分包和投资控制要求，针对不同优化点的重要程度，要确保相应设计达到合适深度。以下从设计输入的验证评估、重点工程的专项研究、降低施工难度、落实边界条件等方面对设计优化的具体实施进行举例说明。4.1强化设计输入验证评估，保证设计的可靠性加强设计资料的评估验证，超前开展现场核查及施组调查，对重要工点、边界控制条件、重要设计参数等开展现场调查和补充勘察验证，确定合理的设计参数，为施工图设计提供保障。以某铁路EPC项目为例，通过施工补勘钻探揭示桥梁墩基底存在因岩体中裂隙受水流溶蚀、机械侵蚀以及塌陷而形成的垂直通道（落水洞），地质条件复杂，软硬不均严重。为减少工程风险，调整桥跨布置，采用（32+48+32）m连续梁，以避开落水洞影响范围。优化前后的施工图设计方案见图1。4.2加强重点工程专项研究，保证设计的系统性和安全性结合项目特点，逐段落、逐工点开展专题研究，加强系统设计，完善路桥隧接口设计，细化站前站后接口设计及特殊结构设计。针对工程方案和具体措施进行研究，在保证工程质量和用户需求的前提下，开展设计深化工作，降低项目风险。以某铁路EPC项目为例，某桥墩左侧天然边坡高度为83 m，初步设计时未针对此处高边坡开展设计。施工图设计期间，经多次现场勘察，补充边坡稳定性评价，结合地形地质情况，采用危岩分流桩板墙方案，桩顶高出天然地面8 m，桩背设置落石槽起到危岩落石阻挡引流效果。该方案在保证铁路运营安全的同时，有效避免了大开挖对自然环境的破坏，并减小后期边坡维护体量，充分体现了绿色环保及以人为本的设计理念，得到运营单位及建设单位的好评。优化设计方案施工的现场实景见图2。4.3降低施工难度，保证设计的可施工性和可维护性以风险识别为导向，全面消化吸收前阶段勘察设计资料，掌握决策过程和遗留问题，充分利用中国铁设集团公司在东北、华北、华东、华中、华南等不同区域的设计经验，加强现场补充勘测及验证，系统完善设计思路。对存在工程风险或实施难度较大的段落进行调整，以尽可能降低工程风险和施工难度，为现场实施和后期运维创造更好的条件。（a）原设计方案（b）优化设计方案图1优化前后的施工图设计方案图2优化设计方案施工的现场实景322023年第2期工程设计工程设计以某铁路 EPC 项目为例，初步设计桥高达 65 m，采用2-80 mT构，且主墩位于河中，经过优化平纵断面，将桥高降为17 m，采用简支梁结构，且将桥墩移出河道，减少了阻水比，改善了行洪条件，大大降低施工难度和风险，以便后期运维。桥梁优化设计前后方案比对见图3。4.4落实边界条件，开展精细化设计外部边界条件是设计的基础，施工图设计是基于绝大部分边界条件已得到稳定落实，但实际总存在个别边界条件无法稳定，存在变化的情况。在设计过程中，由于业主需求、外部政策、规划、协议要求等调整，都会引起边界条件的变化，及时搜集相关变化信息，通过设计优化不仅可以消除这些风险，还可避免设计反复。以某铁路EPC项目的立交协议及改移道路问题为例，开展精细化设计。一是对立交协议及改移道路情况进行梳理和确认，详细核对相关协议或纪要，核对设计与协议要求的一致性，根据现场调查情况，细化改移道路方案，合理设置立交道，提高改移道路方案的合理性。二是同步关注所涉规划道路的建设情况，如规划道路已经建设，并与设计资料不一致，应及时进行孔跨调整。三是对于初设阶段签订不合理的立交协议，需与地方协商重新调整协议。四是补充研究具有分隔带的道路在分隔带内设置桥墩的可行性。通过一系列精细化设计实现线路纵断面优化。4.5设计、施工深度融合，运维理念前移设计、施工相结合，进一步将运维理念前移，打破传统被动处理施工现场问题的模式，提前主动对专业接口、墩型模板、施工工艺工法等内容进行深入研究，既减少了设计施工接口，又便于现场安全可靠施工，避免后期反复，造成时间、资源浪费。以某铁路隧道出口为例，其地势陡峭，永久边仰坡刷方量较大，现场施工困难，且对原地形破坏严重，不利于结构安全，同时洞门上方危岩落石发育。针对该问题，优化设计采用洞口接长明洞，取消洞口刷坡，减少对原始地形的破坏，偏压地段增设锚固桩，以保障施工和运营安全。隧道横断面优化设计前后对比见图4。5 结束语优化设计是整个总承包项目工程的核心，贯穿设图3桥梁优化设计前后方案比对（a）优化前横断面（b）优化后横断面图4隧道横断面优化设计前后对比332023年第2期工程设计工程设计计、采购、施工、联调联试全过程，是保障工程安全、质量、工期、效益的有效手段9。铁路工程总承包模式下的施工图阶段设计优化，要围绕项目安全、质量、工期和投资需要开展，需兼顾多角度，进行多学科、多专业的综合研判10。优化设计的主要任务是找出项目中影响安全、质量、进度和投资等方面的风险点和优化点，提出应对措施，并对采取应对措施后的残余风险进行评价，为施工和后期运维顺利开展提供技术支撑。中国铁设集团公司承担的盐通、杭绍台、昌景黄、汕汕、龙龙、宣绩、广湛等工程总承包项目通过开展设计优化工作，有效节省了项目建设用地，促进了环境保护，降低了质量安全风险，保证了盐通、杭绍台等项目高质量建成，取得了较好的社会效益。总结提出的优化设计思路，对其他高铁工程总承包项目开展设计优化具有一定参考。参考文献1 张 云 龙，罗 宁，曾 龙.EPC 总 承 包 项 目 设 计管理 J.住宅与房地产，2019（3）：122-124.2 高俊宏，梁锋.海外EPC铁路总承包项目线路优化设计研究 J.建筑机械