Early-stage Structural Design Organization & Implementation in Steelmaking and CCM EPC Project -High phase article
彭 坚
中冶赛迪工程技术股份有限公司 建筑工程设计部 炼钢综合室 重庆 401120
摘要：本文以近年经历的多项已竣工投产、在建或正在投标炼钢连铸总包工程为例，以结构设计组织实施为视点，按总包工程前后顺序介绍了从方案报价到实施过程的结构设计组织工作，对过程的内容、方法和相关问题进行叙述、比较及联想分析，同时提出问题及其讨论，可供同类工程设计组织、管理和施工组织管理参考。
关键词：结构工程 设计组织 工程总包 高阶段 实施阶段
前言
近年来冶金炼钢连铸及其辅助设施的咨询、设计和总包(EPC)工程项目上日渐突出，涉及到大型国企、改制国企、民营钢铁企业和海外工程；设备装备水平由简单到复杂，关键设备进口和国产设备兼备；炼钢规模有电炉和60t～235t转炉不等，连铸机从4机流到8机流大小方坯、方圆坯、异形坯和宽厚板坯CCM，单体LF、RH、VOD精炼和KR或喷吹脱硫工程，从1万~4万立方米/小时制氧工程，5~20万m3煤气柜工程，110KV变配电工程，配套原料场、贮运、机修、除尘设施、配套区域和全厂水处理中心设施，配套全厂总图的铁路公路道桥，挡墙、管网设施总包工程。可见EPC范围牵涉面极其广泛，相应其组织涉及到工程经济、工程技术、工程营销等层面，其中建筑工程所占比例从21%到32%不等，所耗人力最多、实施计划周期最长，其有效的组织对整个项目运作有着重要影响，其中建筑结构工程所占比例尤以明显。下面从项目方案报价高阶段，设计组织与施工实施阶段，投产后总结几个方面加以阐述，以求在有类似常规设计或EPC工程中能够提高效率、规避缺陷，尽量做到完善。
高阶段结构方案和投标组织篇
总包工程高阶段的结构设计工作不仅是做出指导本专业实施阶段的原则、方案和工程量统计，其根本目的是为工程中标做出最接近实际的本专业工程量。具体内容不仅包括工程中地基处理、厂房结构方案确定，材料耗费指标确定及常规文本描述，还应该与工程总体联系起来，根据不同工艺规模大总包或单体总包工程、新建或改造增扩建工程总包、涉外工程总包，大项目拆多子包总包工程等不同类别区别对其方案和工程量统计。
目前根据近十几年炼钢工程实施，归纳出60t~235t转炉车间钢结构厂房和塔楼钢耗指标，主体转炉、连铸机（CCM）设备基础钢筋混凝土工程量等指标册，以应对常规新建总包工程量报价。尽管每次报价都在逐步降低钢耗及主体设备混凝土质量比指标，但由于每次工艺装备水平、厂房布置、吊车标高及吨位，影响结构的不同地域风、雪荷载作用、不同抗震设防烈度，不同结构形式选用等诸多变量原因，对高阶段控制要求5%~10%误差范围内精准报价几乎很难做到。结合近期总包结算工程量，都存在误差，其中尤以主厂房、塔楼钢结构微盈余、整体混凝土量盈余，辅助设施工程量持平或漏项亏损为主，可见超标误差工程量对EPC工程竞标有较大不利影响。
常规新建炼钢连铸工程结构报价一般涉及9~10个专业的建、构筑物工程量，考虑越细，报出工程量越精准。目前存在立项或预可研阶段参考的粗犷战略式报价与项目实施前的总包报价差别较大问题，如方坯CCM按单流报价，根据装备水平差别可以报出450~850万/流，其差别近一倍；炼钢连铸按规模及厂房占地指标报价时，当有预留厂房面积及工艺设备布置稀疏时，偏差就较大。某工程280t的布袋除尘器设备基础工程量报价，按质量体积比1：1.5（高振动1：3）报出322m3，按占地面积8x16x1.2m厚要报出153 m3，按参考其他工程该设备有35个柱脚报出约100 m3。可见采用不同报价方式得出的结果差异明显。因此要预报出最接近实际参考工程量，须不断收集并更新工程结算统计数据，同时进行分类对比总结，改进有效报价方式，按已完成相同或接近内容施工图直接计算，其达到的准确度或许最有竞争力。
近年的炼钢连铸项目结构总包报量操作过程可以看出，最主要结构工程量指标是主厂房及塔楼钢结构的单位建筑面积钢耗指标和厂房内主体设备钢筋混凝土基础及地基处理工程量；最准确的工程量计算是通过三维建模量；最烦琐的是炼钢主体工艺各分部设施工程量；最容易遗漏的是公辅各专业单项工程量；最有效的处理措施是按各专业内容分段编制表格计算从而确保不漏项。可见熟悉并全面了解上游工艺配置、了解工程经济的复合型结构各级报价人员是应对上述关键问题所必备的专业人力保障，再经部门技术会议评审报出的工程量应当是目前阶段所能达到的较为准确的工程量数据。
结构工程量计算不是常规简单的累加运算，应该有其特殊的专业内容。如为防止振幅超过规范限制影响工艺设备正常使用，我们对振动或旋转设备配备必要质量体积比的混凝土量；为防止强交变磁场切割常规钢筋闭合回路产生电流烧红墙体导致裂缝或垮塌，采用高出4倍价格的隔离不锈钢钢筋混凝土墙和不锈钢埋件；为满足混凝土耐久性防止特殊环境或化工液体对混凝土的腐蚀，提高混凝土强度等级、添加防腐、阻锈剂或加厚钢结构涂层；为使用安全及人性化操作环境，对设备周边及平台设置防辐射、防喷溅等隔离保护的结构措施等。尽管这些特殊内容无疑会增加结构工程量，但这是对工程质量达标达优，防止事故发生所必须的保障，也是实施阶段不容忽视的内容。
近些年的总包报价，费控专业增补了对结构工程量中钢筋混凝土含筋率指标要求，对结构提出了混凝土工程量及其含筋量的双控问题。总包报价希望混凝土量少利于公司投标报价，但混凝土量减少势必导致配筋率加大，即材料量多少与含筋量大小成反比。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆含筋量狭义理解为混凝土中钢筋质量体积比；广义理解的含筋量，包括结构自身钢筋及各工艺要求的埋件、安装垫铁、上游工艺委托的预埋螺栓及其定位支架等，所占含筋量比例10%左右。某工程中埋入二次浇灌层的设备安装垫铁就超过百吨，漏报类似材料总量也将导致总包工程风险。常规的钢筋混凝土设备基础综合单价在900~1200元/m3，近期考虑较全面的结构混凝土含筋量总包综合单价到了1400~1800元/m3，可见其综合单价被含筋量指标抬高较多。目前能够找到的参考书籍是上世纪80年代出版的手册，面对的是常规梁板柱结构及普通基础的三材含量和小型冶金项目的三材指标，其数据已经不适用于现代更复杂的大型设备基础。目前的解决方法一是提高费控单价，二是在常规含筋率混凝土量前提下，增补零星钢结构与混凝土量的体积配比偏差项以弥补可能的漏项。
结构专业工程量细节也有推敲节约之处。在满足上游专业使用功能前提下，给上游工艺建议采取共壁共墙共基础布置设备基础或建、构筑物，可以充分利用结构体系；建议采用半地下室以减少埋深，同时就可以减薄结构竖壁和底板厚度；在CCM报价中，布置在浇铸平台内的前区液压站，电气室，水阀站等房间建筑专业单独按面积提费控按综合单价报价，而结构对平台梁板柱及基础也进行了报量，此时建筑专业实际工程量内容仅包括吊顶，围护及底层地坪工程量，存在的重复报价内容应扣除，其综合单价差可达近1000元/m2以上；在新建有预留跨转炉的塔楼平台时，可以仅考虑布置必要的皮带运输和平台交通及结构支撑体系，其钢耗指标可以有750 kg/m2 左右的量差；改扩建塔楼平台时，我们可以对拆卸出的原钢结构材料进行改造利用、重组利用、加固利用和降等级使用；在桩基础结构工程报价中，基桩和承台单独报价，而上部结构按房屋面积整体报价中包含有独立基础工程量，相应须扣除承台与基础有重复工程量部分。由此可见，熟悉本专业及工艺设施而提出优化布置方案，熟悉简单的费控综合单价包含内容以发现并扣除重复工程量计算，都对节约结构工程量起到不小的效果。
改造、增扩建总包工程的文字描述应该重点描述改造难重点，是否需连续生产、与既有结构及其基础的联系、拆除利用与原有结构保护加固、植筋拉结等特殊结构处理手段等，这些都影响总包投标工程量及费控综合单价。同时须考虑到施工难度较大，可能遇到高空焊接操作，加固改造，地下深基坑支护等问题。如某增建工程仅增加单边跨厂房，其钢耗指标几乎加倍，同时该类似改造工程费控综合指标应该提高，这在竞争激烈时，上述正常报价往往不具备优势，同时存在实施后风险。某炼钢工程上三期转炉增补一跨塔楼，结构工程须做改造厂房柱为塔楼边框架，改造原塔楼框架边柱为框架中柱、厂房边屋架改为中屋架，原结构要么拆到边跨利用，要么加固原结构，同时基础也须补桩并植筋加固原基桩承台，可见其报价应该与新建有较大差别。类似改扩建结构工程量估算没有统一标准，较难反映出总包单位实际耗量及特殊作业内容，仅按增加新结构减除局部利用进行工程量统计有明显欠缺。但改扩建项目中投标单位采取隐含不明确报价，中标后要求业主增补差量，有漏项再议标或废标风险也不可取。通过编制非总包范围说明或工程量偏离表或许能够做到实事求是坦诚相告业主并避免风险，最合理的具体处理方式有待更多实践探索和商榷。
大项目拆包或多子包EPC工程显示业主有选2家以上总包单位意向，此时不妨采用孙膑赛马策略，即做好准备放弃或弱项（如某炼钢工程LF和RH子包业主有指定倾向），作精强项，力争主包大标和效益较大标。一般情况，业主为了平衡分包，大标或多或少搭配骨头标，如某项目炼钢总包搭配连铸水处理设施，单独设立CCM设备成套总包，此时牺牲局部或相对较小利益的CCM设备成套以保证较大利益炼钢大标就有一定全局战略意义。针对该种情况，结构专业投标报价设计时应该在满足使用功能前提下，尽量将部分工程量归到可能脱标包内，例如如完成该工程厂房支撑体系，满足厂房吊车运行功能前提下，将连铸使用范围的参观走道、吊车制动板、上吊车梯钢结构，上连铸浇筑平台钢梯、连铸区域地坪等划归连铸标段，这样能够减少炼钢主标段工程量，利于炼钢总包目标标段。这种多子包总包工程的结构文字说明，应尽量描述子包与主体包标段交错联系，向业主明确表述可能遇到麻烦问题。上述炼钢工程设立LF和RH子包，其上料系统却归属炼钢主标，常规布置应各自单独脱开子包，但为了节约占地面积并充分利用新建设施，工艺布置相互串联。此时结构除了描述正常结构体系外，应该增补描述上述两单体设备基础与厂房基础及其基桩干涉，上部除尘管道及其支架与厂房结构牵扯，且须利用单体各自平台延伸作为上料通廊支撑结构等存在问题，使业主能够看出脱开主标会牵扯出一系列如多家单位交叉设计，施工顺序和进度差协调，资料交接并相互联系确认等麻烦，从而将顺理成章地将部分子标划归优势主标。
涉外工程总包，结构专业除了常规的正常报量外，应该考虑到国外与国内建设差别，如国外施工单位设备精良，对设计供货严密精准，零件和配构件丁卯必究，不像国内施工单位现场灵活变通，粗犷式报价可能招来的外事索赔风险较大。
EP工程中有些业主要求仅总包钢结构或仅总包混凝土设施，此时要明确一般不要总包地质状况较复杂的地基处理工程，在不负责基桩情况下承台较天然地基基础混凝土量少，上部钢筋混凝土结构较钢结构经济原则，在业主接受正常使用前提下尽量以经济的结构工程量报出。如某工程CCM报价仅浇铸平台上部结构采用混凝土与钢结构形式对比，其差价超过230万以上，该差价可以用在提高设备装备水平上。因此，针对不同企业类型要求，应采取对应结构形式报价。一般情况民营企业或改制企业要求的装备水平简洁，自动化程度较低，相应对投资要求低，以求快速进入盈利期；对国企和股份公司，它们甚至直接指出配设钢结构平台、要大理石CCM浇筑平台面层、配专用参观电梯、封闭式空调参观走廊及装修级不锈钢栏杆等高标准要求，其投资明显加大，类似项目宜单独列出与业主商议在项目投产后实施，以求增强报价阶段的竞争力。
工程总包的商务标得到技术标精准的支持，会有不同的效果。目前高阶段前期工作中工艺与建筑结构脱节较大。有的专业根据经验，不顾及不同抗震地区，不同环境类别，不同腐蚀程度区域的差别，按经验和粗狂战略方式报价，明显会出现报价差别。前期工艺结合阶段灌输给业主的都是曾经做过多少、多大的类似项目，装备水平多么先进，如果辅以介绍本工程采取了某特殊造型、特殊处理轻盈、抗震结构形式或新环保建材，节约多少基建投资或施工方便快捷，相应加快建设及投资回收周期，再以三维动画细节显示，也许会取得锦上添花之效。
施工单位招标是工程总包工程的一个环节，对施工单位的招标评比除了常规技术评分比较外，结构专业还应对特殊建安工程难点进行提出询问评比，如特殊地区人力组织；严寒冬季施工与进度保证措施；对已出过事故问题有无处理经验或如何避免类似或重复出现措施；区域工程较多或集中时的短时间材料组织、加工制作能力、运输计划；特殊建构筑物所需要的特种机具调配使用等内容都将影响到总包报价及实施进度计划和项目质量。
综上所述，EPC工程高阶段的结构设计组织工作内容的细致与准确性，为项目中标有不小影响，并对后续的施工图设计及施工确定了原则；合适的工作方式和处理方法要根据不同的EPC项目采用不同的工作方法；连续积累充实结算和统计数据，加以对比分析以不断更新选用指标，这样才能日臻完善并最大限度满足EPC项目报价需要。
论文作者:彭坚
论文发表刊物:《探索科学》2017年2期
论文发表时间:2017/8/25
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