杜 尚 春， 王 岡

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

目前的國際工程承包市場已從FIDIC單價合同等模式的沒落到如今EPC合同成為主流并逐步往“F+EPC”方向調(diào)轉(zhuǎn)。中國基建承包企業(yè)在2000年開始的國家“走出去”戰(zhàn)略引導(dǎo)下，目前已成為國際基建市場中最具規(guī)模和影響的力量之一，承擔(dān)了許多世界級重大基建工程項(xiàng)目。

自“一帶一路”倡議被提出并逐漸落地展開后，中國承包企業(yè)更是在國際EPC基建產(chǎn)業(yè)中實(shí)現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的高速發(fā)展。但如何在國際基建市場保持規(guī)模增加的同時有效獲得利益卻是中國基建企業(yè)不得不面對的重大挑戰(zhàn)。

目前國際大型EPC(Engineering Procure ment Construction，即設(shè)計-采購-施工)合同多選擇總承包施工模式，即受業(yè)主委托，由總承包商按照合同約定對工程建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計、采購、施工、試運(yùn)行等實(shí)行全過程承包，總承包商在總價合同條件下對其所承包工程的質(zhì)量、安全、進(jìn)度和費(fèi)用負(fù)責(zé)，業(yè)主通過聘請咨詢工程師的方式監(jiān)督承包商在合同執(zhí)行中的各個環(huán)節(jié)并簽發(fā)相應(yīng)的支付證書，以介入對項(xiàng)目實(shí)施全過程的管理與控制[1]。

從EPC合同組成工作內(nèi)容的先后順序可以看出：“E”即“設(shè)計”在整個合同中的重要地位。毫不夸張地說：“設(shè)計先行”是一個EPC合同成敗與否的先決條件；同時，如何在項(xiàng)目實(shí)施過程中做到“以設(shè)計為龍頭，優(yōu)化為手段，節(jié)約為目標(biāo)”更是國際承包企業(yè)的一項(xiàng)重大議題。筆者以一重大國際水電工程“CCS項(xiàng)目”為例，介紹了幾項(xiàng)重大設(shè)計優(yōu)化在該項(xiàng)目中的運(yùn)用和實(shí)踐，用以充分說明設(shè)計優(yōu)化對成本節(jié)約的重要體現(xiàn)[2]。

科卡科多-辛克雷(Coca Codo Sinclair)水電站(以下簡稱“CCS項(xiàng)目”)位于厄瓜多爾Napo省和Sucumbios省Coca河流域，廠房距首都基多約210 km。主要建筑物包括：首部樞紐攔河閘壩(含沉沙池)、長24.8 km的輸水隧洞、長30 km至調(diào)節(jié)水庫的永久道路、調(diào)節(jié)水庫、兩條垂直深度為500 m的壓力管道(含豎井)和地下廠房發(fā)電系統(tǒng)，共設(shè)8臺單機(jī)容量為187.5 MW的沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1 500 MW。

該項(xiàng)目是非標(biāo)準(zhǔn)合同條件下(即業(yè)主與承包商協(xié)商談判成果)的重大國際EPC合同，不含稅合同金額達(dá)19.8億美元，為美洲地區(qū)實(shí)時在建的最大水電工程，合同工期為72個月，目前已發(fā)電運(yùn)行。合同工作內(nèi)容包括：項(xiàng)目的勘察設(shè)計、土建、金屬結(jié)構(gòu)制作安裝、永久機(jī)電設(shè)備的采購安裝及調(diào)試等。

2 合同中的索道重大方案優(yōu)化案例

2.1 合同要求

由于該項(xiàng)目的調(diào)節(jié)水庫位于現(xiàn)有通行道路外30 km的原始叢林內(nèi)，項(xiàng)目完工后調(diào)節(jié)水庫與廠房運(yùn)行營地間的公路間距達(dá)50余km。為節(jié)約兩地間的通行時間，根據(jù)合同要求，擬從調(diào)節(jié)水庫至廠房間設(shè)置一條載人索道用于電站運(yùn)行上下交通所需。該索道的機(jī)電設(shè)備按照歐洲或美國標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，站點(diǎn)土建及金屬結(jié)構(gòu)則按厄瓜多爾國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。要求索道的運(yùn)輸能力不小于110人/h，具體包括上下站土建、站內(nèi)設(shè)備、艙體、中間支撐結(jié)構(gòu)塔架、鋼繩、滑輪、配件、工具及其他特殊設(shè)備的設(shè)計(含準(zhǔn)則、計算書及圖紙等)、設(shè)備制造、測試檢驗(yàn)、防腐處理、包裝、出廠驗(yàn)收、運(yùn)輸、現(xiàn)場倉儲、安裝、試運(yùn)行、培訓(xùn)、售后服務(wù)及質(zhì)保等所有工作。

2.2 基本設(shè)計情況

根據(jù)合同要求，索道設(shè)計平距長約960 m，上下站間的垂距約600 m。業(yè)主的基本設(shè)計方案為：三線五塔雙軌可逆索道，具體形式見圖1、2。

2.3 對基本設(shè)計方案的詢價及現(xiàn)場情況調(diào)查

承包商根據(jù)索道的基本設(shè)計方案，經(jīng)初步咨詢后得知廠家設(shè)備及安裝費(fèi)用約為1 500萬美元，加上估算的土建費(fèi)用600萬美元，整個索道工程的直接成本達(dá)2 100萬美元之巨，極為昂貴且已超出承包商原EPC合同報價。

圖1 三線五塔雙軌索道示意圖

圖2 三線雙軌索道實(shí)物

因此，承包商對索道的基本設(shè)計情況進(jìn)行了仔細(xì)研究，并在清理開辟從調(diào)節(jié)水庫至上站施工道路后對已可到達(dá)的上下站位置地形重新進(jìn)行了測量，對出露的地質(zhì)情況進(jìn)行了觀察與分析，通過所處位置及測量發(fā)現(xiàn)該區(qū)域?qū)儆诟呱缴罟鹊貐^(qū)，路線基本沿山體陡坡布置，上下站可通視，但在山坡中段有一較大洼地，其位置低點(diǎn)所建鋼結(jié)構(gòu)塔基距頂部纜繩的最大高度近100 m，施工極為困難。上站位于山體頂部，上有33°傾角的斜坡，出露風(fēng)化砂巖和板巖，易出現(xiàn)不同程度的塌方、滑坡現(xiàn)象，需采取噴錨封閉并采用排水孔和馬道、水溝等聯(lián)合支護(hù)措施，土建工程量極大。下站位于河道右岸I級沖積平臺，地形平坦，易于布置，區(qū)域地質(zhì)主要為第四紀(jì)沖積沉積物。

2.4 合作方的選擇[3]

基于索道設(shè)計與制造施工均具有高度的專業(yè)性，索道作為保證廠房至調(diào)節(jié)水庫上下交通的快速通道對電站運(yùn)行具有重要意義，同時，承包商根據(jù)EPC主合同關(guān)于當(dāng)?shù)胤职蓊~的要求，最終選擇當(dāng)?shù)厮鞯澜ㄔO(shè)運(yùn)營公司與國際知名索道廠家作為索道工程勘測、設(shè)計、制造及施工的合作方；同時，對一般土建工程則由承包商自行考慮施工。

2.5 初步優(yōu)化方案

根據(jù)所了解到的該區(qū)域地形地質(zhì)特點(diǎn)，承包商與合作方初步討論并形成了意見，擬優(yōu)化選用“單線循環(huán)雙向可逆索道[4]”，其對比原基本設(shè)計“三線五塔雙軌可逆”方案優(yōu)勢明顯，具體型式及特點(diǎn)見圖3。

圖3 單線循環(huán)雙向可逆索道示意圖

2.6 與業(yè)主溝通過程及詳細(xì)方案

2.6.1 提出優(yōu)化建議

基于初步優(yōu)化方案，承包商向業(yè)主提出了具體的優(yōu)化建議，陳述理由為：

(1) 在保證原設(shè)計運(yùn)輸能力要求和安全條件下，采用現(xiàn)國際主流客運(yùn)索道設(shè)計理念，原三線雙軌可逆索道方案現(xiàn)已較少采用；

(2)原設(shè)計方案中的上下站位置分別具有距陡崖太近、場地狹窄、布置困難以及距河道太近有沖刷等風(fēng)險，施工及運(yùn)行安全問題突出，而優(yōu)化調(diào)整方案中的上下站及沿線支座占地面積更小，能夠減少樹木砍伐并有效避免安全風(fēng)險；

(3)優(yōu)化后的索道線形美觀，與地形及周邊環(huán)境更為協(xié)調(diào)；

(4)優(yōu)化后的索道施工方便，包括中間支座的選擇及施工；

(5)優(yōu)化后的索道運(yùn)行維護(hù)及備件成本等更為方便、節(jié)約。

2.6.2 優(yōu)化方案的詳細(xì)說明

(1)上下站設(shè)置。基于上站附近有廠用13.8 kV線路經(jīng)過，可方便接入索道驅(qū)動所需電力，以最好的技術(shù)選擇將上站設(shè)為驅(qū)動-拉緊站，配置索道驅(qū)動電機(jī)及拉緊裝置；下站配備導(dǎo)向滑輪，為交換站。系統(tǒng)為全自動式，僅需站點(diǎn)操作人員。另外，采用放置額外控制崗位、安裝顯示屏方案從下站運(yùn)行系統(tǒng)解決驅(qū)動設(shè)備的定位問題。

(2)牽引裝置。原三線索道的安裝不僅需要龐大的設(shè)備采購及安裝支出，更需考慮后續(xù)永久保養(yǎng)檢查工作，比如3根纜繩長度更長(包括不同的牽引-拉緊類型)、更多的分支滑輪及定位裝置、更多的艙室要求、更多的線路支撐，相應(yīng)地將使全線增加更多的配件和保養(yǎng)工作。

單線索道使用封閉鋼繩作為上下站間的牽引及運(yùn)輸纜繩進(jìn)行操作，牽引纜繩通過啟動站拉緊裝置進(jìn)行拉緊，纜繩支撐安裝在支柱上的滑輪或平衡桿上，采用數(shù)字直流調(diào)速并設(shè)信號保護(hù)等安全裝置，操作極為簡單。

(3)吊艙。吊艙為擺動式固定非可脫離艙室，可保證無吊落安全，運(yùn)行時兩個艙室上下相向而行。優(yōu)化后的增大艙室容量至10人全座，最大負(fù)載能力由原方案的900 kg增至1 t，能夠有效滿足合同規(guī)定110人/h的運(yùn)輸要求且為全員有座，對比原三線方案吊艙在1 h內(nèi)運(yùn)載110人時需40%人員站立無座更為舒適安逸。

(4)中間支柱。優(yōu)化設(shè)計最重要的原因是中間支撐方案的比較選擇：三線五塔的確是更加穩(wěn)固的設(shè)計，但其沿線共設(shè)5個大型鐵塔基座，每個基座根據(jù)塔高的不同其基礎(chǔ)底板尺寸亦不同，均需單獨(dú)核算設(shè)計，且每個基礎(chǔ)均需在陡坡上進(jìn)行深層開挖并在四角采用灌注樁錨固后才能滿足平衡桿及牽引拉纜分支的要求，施工極為不易且對邊坡植被破壞嚴(yán)重，同時每個基座需專門生產(chǎn)，費(fèi)用昂貴，后續(xù)運(yùn)行維護(hù)及配件供應(yīng)亦較復(fù)雜。

而單線方案僅在上站區(qū)域設(shè)2個管狀塔且其均為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，生產(chǎn)安裝及配件供應(yīng)均較方便，同時，管狀塔僅需一較小的混凝土基礎(chǔ)，土建及安裝施工簡單，對環(huán)境影響較小，比較優(yōu)勢極為突出。

(5)優(yōu)化方案總述?？傮w來說，優(yōu)化方案不僅是成本原因，更是技術(shù)及實(shí)用要求。對于優(yōu)化方案的建議是承包商經(jīng)過對具體線路的評估提出來的，考慮其適應(yīng)氣候情況、外觀(生態(tài)環(huán)境)、速度、負(fù)載能力、特殊情況、額外負(fù)載艙室、最大座位空間、運(yùn)行費(fèi)用以及配件的獲得渠道等，尤其是未來設(shè)備保養(yǎng)費(fèi)用的大大降低(非常明確的是：五條纜繩的設(shè)備保養(yǎng)需求比一條纜繩的設(shè)備保養(yǎng)需求大的多)。

2.7 最終優(yōu)化方案的確定

通過分析比較兩種方案，合理且具體地解釋了優(yōu)化方案在施工階段的經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)難度、運(yùn)行及保養(yǎng)階段的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性，以及優(yōu)化方案相對于原方案具有的明顯優(yōu)勢，包括地理位置、測量、線路長度、站臺區(qū)域地質(zhì)情況、配件來源、環(huán)境破壞量、美觀以及其他方面等綜合情況，經(jīng)過約3個月時間的溝通，業(yè)主最終采納了優(yōu)化方案。

2.8 優(yōu)化成本

根據(jù)優(yōu)化方案，承包商經(jīng)過約2.5 a時間完成了索道的詳細(xì)勘測設(shè)計、設(shè)備制造、現(xiàn)場安裝及相應(yīng)的土建施工，最終的實(shí)際成本為：設(shè)備采購安裝及配套站房土建合作方費(fèi)用約1 300萬美元+承包商自行施工站臺及邊坡土建費(fèi)用約200萬美元=約1 500萬美元。

最終優(yōu)化成本為：2 100-1 500=600(萬美元)，工程成本節(jié)約效果極為顯著。

3 其他設(shè)計優(yōu)化案例

同理，在CCS項(xiàng)目中，承包商還盡一切可能實(shí)施了其他設(shè)計優(yōu)化措施，以減小支出控制成本。

3.1 TBM管片襯砌后的回填及灌漿優(yōu)化處理[5]

(1)回填豆礫石粒徑配合比的優(yōu)化。通過試驗(yàn)，對TBM預(yù)制管片襯砌外周與開挖斷面間的空隙回填豆礫石粒徑配合比進(jìn)行了優(yōu)化，最重要的是提高了回填進(jìn)度，保證了及時跟進(jìn)TBM掘進(jìn)速度，使回填料更順利地充填和密實(shí)，有效增加了砂石系統(tǒng)生產(chǎn)成品料的利用率，減小了棄料率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，簡單估算成本節(jié)約為100萬美元以上。

(2)將豆礫石回填后的水泥灌漿優(yōu)化為直接灌注水泥砂漿。通過試驗(yàn)，將TBM洞內(nèi)預(yù)制管片安裝后的頂部豆礫石回填后再進(jìn)行水泥灌漿方式優(yōu)化為直接灌注水泥砂漿方案，保證了頂部充填密實(shí)、取芯合格，同時將底管片下部砂漿回填棄料利用，大大降低了砂漿損耗，估算節(jié)約直接成本250萬美元以上。

3.2 以其他方式進(jìn)行的永久道路設(shè)計優(yōu)化

結(jié)合現(xiàn)場條件，在滿足功能性要求的前提下，以節(jié)約工程成本為出發(fā)點(diǎn)，但在向業(yè)主提出優(yōu)化理由時不可直接表達(dá)為節(jié)約成本，而需強(qiáng)調(diào)其他方面的主要原因并將其作為優(yōu)化之理由，比如：

(1) 至調(diào)節(jié)水庫庫尾道路的優(yōu)化。主要理由：實(shí)用。取消庫尾跨左右岸原設(shè)計方案中長約80 m的交通橋，而直接將環(huán)庫路延伸至庫尾末端攔渣壩，以便于運(yùn)行期間的清渣設(shè)備直接入庫清淤。根據(jù)當(dāng)?shù)匾呀愃茦蛄壕C合估價，該橋成本至少在300萬美元以上，而直接延伸環(huán)庫路僅約600 m，估價約60萬美元，直接節(jié)約成本即達(dá)300-60=240(萬美元)。

(2) 至導(dǎo)流洞出口道路的優(yōu)化。主要理由：環(huán)保，減小林木砍伐。將道路調(diào)整至大壩背坡面“之字”形繞行至導(dǎo)流洞出口，實(shí)際減小了500 m長度在出口上部陡崖的大開挖支護(hù)永久道路，估算節(jié)約成本超50萬美元。

(3) km16-km27部分路段開挖調(diào)坡的優(yōu)化。主要理由：安全，減小開挖擾動并防止邊坡更大方量的垮塌，減小上部植被的砍伐。優(yōu)化方案將原設(shè)計的8%道路縱坡調(diào)整至11%，仍滿足道路設(shè)計規(guī)范要求，同時取消了原混凝土擋墻，采用鉛絲石籠壓腳護(hù)坡。優(yōu)化成本估算：減小開挖量約20萬m3，變更混凝土擋墻為石籠，節(jié)約直接費(fèi)用超100萬美元，更為重要的是保障了施工安全，減少了對施工期通行的干擾，加快了施工進(jìn)程，優(yōu)化效果明顯。

4 結(jié) 語

僅上述幾項(xiàng)設(shè)計優(yōu)化，CCS項(xiàng)目成本節(jié)約遠(yuǎn)超千萬美元之巨，充分體現(xiàn)了設(shè)計優(yōu)化對EPC合同成本節(jié)約的重要性。同時，優(yōu)化是一個技術(shù)與現(xiàn)場、合同等各方面結(jié)合，依靠統(tǒng)籌設(shè)計、施工、商務(wù)等人員全方位與業(yè)主進(jìn)行溝通處理的綜合過程，優(yōu)化途徑中的談判也是雙方妥協(xié)的過程，優(yōu)化過程中承包商也不可能做到全面有利，一定要有雙贏的思想才能將優(yōu)化落實(shí)，有必要的照顧業(yè)主

的利益將會極大地推動優(yōu)化方案的實(shí)施。比如，在前述的索道優(yōu)化中，業(yè)主要求增加調(diào)節(jié)水庫內(nèi)清淤系統(tǒng)等作為同意優(yōu)化的交換條件承包商予以充分理解，雙方以友好協(xié)商的方式解決了盡可能不讓分歧提上合同約定爭議調(diào)解程序，充分顯示了合作精神，在取得優(yōu)化和交換后，在各取所需、互利互惠條件下達(dá)到了承發(fā)包方雙贏的良好局面。