岩土工程 EPC 專業總承包發展的探討及實例

07-24

詹金林 , 水偉厚, 梁永輝

(上海現代建築設計集團, 申元岩土工程有限公司, 上海 200040)

摘要:闡述了岩土工程 EPC 的定義和內涵, 從節省造價、節約工期、確保質量等多方面進行了論證, 討論了開展岩土工程 EPC 總承包的優點。總結了目前國內岩土工程 EPC 總承包發展的兩種模式, 並對其發展前景進行了分析討論, 提出制約岩土工程總承包發展的困難及障礙, 闡明了岩土工程總承包是岩土專業化分工、社會化和集成化發展的趨勢。最後結合某油罐基礎的勘察、設計、施工、監測 EPC 總承包項目實例, 通過優化設計, 節省建設資金60%以上, 節省建設工期 50%以上, 論述了開展岩土工程 EPC 總承包的優越性。

關鍵詞:岩土工程, EPC , 總承包, 實例介紹

收稿日期:2010-09-09

作者簡介:詹金林, 男, 1977 年生, 陝西商洛人, 碩士, 工程師, 從事基礎工程與軟基處理研究、設計、檢測工作

1 前言 EPC (Engineering 、 Procurement 、 Construction)是「設計、採購和建造」一體化模式[1], 它體現了現代工程項目管理的主流, 是建築工程管理模式(CM)和設計的完美結合, 是工程項目集成化發展的一大進步。岩土工程 EPC 專業總承包顧名思義就是由一個岩土工程專業承包商完成建設項目岩土工程相關的勘察、設計、施工、檢測、監測等幾項或全部業務,多指岩土工程設計施工一體化業務, 是岩土工程專業化、社會化發展的高度集成的產物, 能夠達到縮短工期、降低投資的目的。

國際上工程總承包的常用術語主要有「設計 —建造模式」 (D -B)、「設計 —采購—施工模式」(EPC)和「交鑰匙」(Turnkey)。在岩土工程業務中, 「D -B」和「EPC」兩種模式意義相同。

2 岩土工程的特點上世紀 80 年代以來 ,我國開始實施岩土工程勘察體制,針對各個場地的岩土工程條件, 提出建議 ,幫助設計選定地基基礎形式、地基處理方法、基坑圍護方法、邊坡支護選型等 ,由勘察逐漸向著勘察設計方向發展[ 2 ～ 6], 註冊岩土工程師制的推行更是促進了勘察設計一體化發展。但目前岩土工程設計資質仍以工程勘察資質等級為準, 尚無岩土工程的專業設計資質。建築工程在專業上分工極細, 上部土建、結構、供水、供電、供暖氣等專業都有專門技術人員單獨設計,唯獨岩土工程設計大多由結構工程師完成。由此存在不少弊端 ,與上部工程結構設計相比,

岩土工程設計具有如下特點[ 4] : (1)對象材料不同 ,上部結構採用的建築材料,如磚、鋼筋、混凝土、砂漿等都是人造的,其性能和各項參數可人為控制和選擇。岩土材料是自然形成的 ,不能由工程師來選定和控制 ,只能通過勘察查明但又不可能完全查明, 因此是一種非常複雜的材料,非人力所能控制。雖然岩土工程計算方法已取得了長足進步 ,但由於計算假定、計算模式、計算參數與實際之間存在很多差異,計算條件的模糊性和不完備性導致計算結果與工程實際之間總或多或少的存在差別 ,這需要有經驗的岩土工程師綜合判定。強調概念設計,「不求計算精確,只求判定正確」 ,已是岩土工程界的共識。 (2)岩土材料具有顯著的時空變異性質。不僅不同場地岩土性能不同 ,即使同一場地同一地層 ,其性質也隨位置的不同而異。因此, 岩土層性質的變異性既包括試驗過程的隨機變異, 也包括岩土層隨位置不同的固有變異 , 而結構工程則不具備這種特點。 (3)試樣尺寸與分析評價尺寸的差異性。對於結構工程而言,這種差異不大;而岩土工程設計處理的是一個半無限體的大範圍地基 ,試樣尺寸與岩土體分析尺寸相差懸殊。岩土參數具有不確定性、測試方法的多樣性、對自然條件的依賴性和條件的不確知性等特點。由上可知, 結構設計與岩土工程設計相比 ,研究的對象及特徵迥然不同, 在理論和方法上,存在專業技術上的千差萬別 ,單純依賴工程結構設計的方法和經驗 ,是不能做好錯綜複雜的岩土工程設計的[ 2] 。岩土工程是一門不精確、不完善、不夠成熟的科學技術,是處在「發展中」的一門科學技術,具有很強的經驗性、實踐性特點。岩土工程項目的各個環節如果不是由同一家單位實施, 還存在著勘察、設計、施工、檢測、監測各方不協調的脫節現象:設計人員不熟悉施工工藝、施工設備、施工參數及適用範圍;施工人員對設計的意圖一知半解 ;檢測、監測人員沒有很好地掌握場地工程地質特徵 ,只是機械地搬用規範規程,因此無法對複雜多變的施工進行有效的質量監控和檢測, 由此造成費用、進度、質量難以控制。

以上種種現象的發生, 歸因於沒有很好地貫徹執行岩土工程專業體制, 在技術上沒有一條通盤考慮、貫穿始終的主線 ,造成岩土工程各項工作的脫節和各行其事。由於勘察和設計隸屬於不同部門 , 勘察部門在勘察報告移交後 ,就萬事大吉 ;設計部門收到勘察報告後, 只看剖面圖、柱狀圖和岩土參數 , 對地基處理建議等不加重視;勘察單位在提供岩土物理力學參數時, 已考慮到岩土力學參數的安全係數 ,而設計單位為確保建築的安全性 ,設計時往往又再次放大安全係數 ,致使岩土工程安全係數層層加碼 ,造成不必要的浪費。通過岩土工程 EPC 專業總承包可妥善解決以上問題, 達到勘察、設計、施工的協調統一,既可以節省造價又可以縮短工期。

3 岩土工程 EPC 專業總承包的優點

實行岩土工程 EPC 專業總承包具有以下優點: (1)設計和施工深度交叉 ,降低了工程造價。設計階段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 %左右 , 岩土工程的造價約佔工程總造價的 10 %～ 35 %。因此在設計階段實行限額設計、優化設計 ,通過優化方案可降低工程造價 , 節省投資,縮短工期。設計和施工過程的深度交叉, 能夠在保證工程質量的前提下, 最大幅度地降低成本。同時 ,設計階段雖屬於設計的技術優勢 ,但是對項目投資的影響起著決定性因素。

由於岩土工程是一門實踐性非常強的應用學科 ,發展還不夠成熟,因此有經驗的岩土工程承包商可以從岩土工程中開展深度優化設計, 相對結構的優化設計空間更大。 (2)岩土工程總承包方式對建設周期和工程質量的影響。實現岩土工程勘察、設計、採購、施工、檢測、監測全過程的質量控制 , 能在很大程度上消除質量不穩定因素。同時通過各階段的深度合理交叉 ,在設計階段就能積極引用新技術、新工藝 ,並考慮到施工的可操作性 ,最大限度地在施工前發現圖紙存在的問題,有利於保證工程質量和縮短建設周期。 (3)由單個承包商對整個岩土工程負責,由內部協調來保證信息交流通暢 , 避免了勘察、設計、施工和檢測、監測的矛盾,減少工程變更。 (4)「單一責任制」使得岩土工程出現質量事故時責任明確 ,避免互相推諉 ,便於事故的調查分析及妥善處理。 (5)減少業主的管理負擔,特別是大大降低了勘察、設計、施工、檢測、監測等各專業之間的協調難度和工作量。 (6)岩土工程在確定前提條件下採用固定總價,有助於業主提前掌握相對確定的岩土工程總造價,使工程投資可得到有效控制。 (7)岩土工程具有風險大、不確定性大等特點,通過技術來優化設計成本的空間大, 易於達到風險與效益的統一。 (8)通過勘察、設計、施工、檢測、監測總承包深度交叉 ,設計人員通過施工來促進設計技術的提高,提高施工圖施工的可行性, 積累業務水平 ,從而提升設計的總體競爭力;同時充分發揮岩土工程的區域性、經驗性等特點 ,可以利用同地區類似工程地質項目的岩土工程監測、檢測實例統計結果,服務於岩土工程的勘察、設計和施工項目。

4 岩土工程 EPC 專業總承包的開展模式根據目前國內岩土工程市場發展的情況 ,如果要走岩土工程 EPC 專業總承包發展模式 ,需要政府相關行政管理部門在政策層面的支持, 推行岩土工程總承包相關政策 ,否則難以有效廣泛地開展。目前市場上岩土工程 EPC 專業總承包有兩種自發模式 ,分別是: (1)業主通過招投標直接將岩土工程相關業務發包給具有相關資質的岩土工程公司, 此模式目前在石油化工等工業項目已經有不少實例。 (2)由建設工程 EPC 總承包單位將岩土工程相關業務分包給專業岩土工程公司 ,由專業岩土工程公司完成岩土工程的勘察、設計、施工等相關任務 ,這種模式在國內也存在不少實例。很多總承包單位往往樂於採用該模式, 因為可以節省總承包單位內部的管理壓力, 並充分利用專業分包商的優勢開展項目服務。目前國內石油、化工等大型工業項目已經率先開展岩土工程 EPC 專業總承包業務。岩土工程總承包是專業化分工、社會化發展和岩土集成化發展的趨勢,充分利用岩土工程高度專業化特點和優勢開展岩土工程總承包業務, 是岩土工程市場發展的趨勢 ,擁有廣闊的發展前景和空間。

5 目前岩土工程 EPC 專業總承包開展的困難及障礙就目前國內發展情況來看 , 工業項目中已有不少成功案例,但房建工程中真正意義上的岩土工程專業總承包是非常少的, 出現這種現象的原因有以下幾點: (1)業主行為作為投資方與業主項目建設的控制主體,他們專業水平有限。採用總承包模式在一定程度上削弱了業主對項目的心理控制力度, 由於部門利益、個人利益的驅使,容易在業主班子內部形成多個利益主體。 (2)能力缺乏能力缺乏首先表現為具有岩土工程專業總承包能力和強大經濟技術實力的大企業很少。岩土工程的設計常常由上部結構人員進行設計, 岩土工程專業性勘察設計公司較多, 但多數是將勘察、設計、施工、檢測、監測等業務分開實施 ,能將勘察、設計、施工等綜合起來實施的總承包商非常有限, 而有經驗的優秀岩土工程專業總承包商更是少之又少。 (3)法律法規不健全目前尚無專門關於岩土工程勘察、設計、施工一體化的招投標模式 ,多為業主或工程總承包企業的自發性行為。

6 岩土工程 EPC 專業總承包風險分析總承包項目的風險可分為三類 :客觀風險、道德風險、技術能力不足風險和心理風險。其中客觀風險原因包括自然災害風險、社會政治風險和經濟風險 ,道德風險原因包括業主不付款或拖延付款、分包商故意違約、承包商參與工程的各級管理人員有不誠實或違法行為。岩土工程設計、施工與工程性質、工程地質條件、周邊環境、施工工藝、使用材料等都有密切關係,技術風險佔有相當大比例。通過專業岩土工程師精心設計、細心施工可以妥善解決和避免技術風險問題。國內岩土公司多為中小型企業 ,進行岩土工程EPC 專業總承包時 ,實際的資金管理風險遠大於技術風險 ,這是公認的客觀事實,資金風險管理問題己成為總承包業務能否健康發展的關鍵。為減小和避免資金管理風險, 需要總承包企業優化資金使用結構 ,科學地制定資金使用機制, 優化資金占用結構,合理確定長期資金與流動資金之間的比例 ,合理確定流動資金內部各項目的比例, 從而推動岩土工程專業總承包又好又快地發展。

7 岩土工程 EPC 專業總承包實例介紹

7 .1 工程簡介本項目位於廣東珠海高欄島 ,擬建兩台 5 .5 萬m3浮頂儲油罐, 油罐直徑 60 m 。該場地由填海造陸形成 ,地層複雜 ,岩土工程初步勘察報告、強夯地基處理檢測報告、岩土工程詳細勘察報告提供的地層資料有很大差異 ,三次調查的表層硬殼層厚度、淤泥質土厚度、粉質粘土厚度、粘土厚度、岩土物理力學參數相差較大。油罐地基使用荷載為 220 kPa ,採用高能級強夯處理後承載力雖滿足要求 ,但最大沉降仍達 95 cm ～ 110 cm ,因此需進行二次處理。建設方諮詢國內數家大型石油化工設計院 ,計算出來的結果雖各不相同 ,但大多建議採用樁筏基礎 ,每罐約需採用 Υ1200 灌注樁 120 根 ,樁長 25 m～ 40 m , 鋼筋混凝土筏板厚 80 cm ～ 100 cm 。由於本項目工期非常緊張, 採用樁筏基礎會延長總工期,而且會大量增加建設投資 ,這些都是建設方不願意看到的。

7 .2 岩土工程 EPC 專業總承包實施在研究已有資料的基礎上, 考慮我司眾多類似項目勘察、設計、施工、檢測、監測實踐經驗的基礎上 ,採用勘察、設計、施工 EPC 總承包模式取得該項目。

在已有的地質資料基礎上 , 補充 21 個地質鑽孔,並派有經驗的岩土工程師現場實際查看和指導 ,對地質分層進行認真仔細劃分 , 進行大量現場岩土原位測試 ,得出詳細的地層分布情況和優化的岩土力學參數。在勘察數據的基礎上 ,設計人員大膽假設 ,細心求證 ,在充分利用淺層 10 m ～ 12 m 硬殼層承載力的基礎上 ,提出剛性樁樁網複合地基。經優化計算 ,每罐需 Υ1200 灌注樁 25 根, 樁帽直徑 5 m , 經計算油罐沉降在 7 cm ～ 15 cm , 滿足規範相關標準要求。這是國內首次在大型油罐基礎下應用樁網複合地基。施工採用沖孔鑽成孔, 土工格柵採用新型三向土工格柵 ,碎石墊層分層碾壓 ,施工歷時 38 天。為準確了解處理效果, 在墊層基礎下埋設土壓力計、剖面沉降儀, 通過監測, 了解剛性樁樁網複合地基的樁、土荷載分擔比例 ,監測樁土變形規律 , 以指導今後類似地基基礎工程的設計。

7 .3 岩土工程 EPC 專業總承包總結該項目的岩土工程勘察、設計、施工 EPC 專業總承包,從開始勘察、設計到施工完畢總工期歷時54 天。通過剛性樁樁網複合地基的優化設計, 本項目相對樁筏基礎節省投資 60 %以上, 節省工期 50 %以上 ,獲各方一致好評。正是因為採用了勘察、設計、施工 EPC 專業總承包一體化模式 ,才能夠充分利用已有類似岩土工程的經驗,充分挖掘岩土力學參數的潛力 ,為地基基礎的優化設計提供依據。

8 結語岩土工程 EPC 專業總承包是岩土工程專業化分工、社會化發展的集成產物 , 通過岩土工程的勘察、設計、施工、檢測、監測一體化結合, 有利於開展岩土工程優化設計、限額設計,可節省建設投資和工期等,實現各方共贏,是岩土工程高度專業化發展的趨勢。

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