李曉龍 茹洪順

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

0 前言

工業(yè)項(xiàng)目建設(shè)成本已成為冶煉行業(yè)盈虧點(diǎn)的重要因素。建設(shè)成本涉及固定資產(chǎn)折舊，加之建設(shè)期貸款利息的疊加，所以通過設(shè)計(jì)優(yōu)化降低成本非常有必要。

設(shè)計(jì)優(yōu)化，是以工程設(shè)計(jì)理論和對項(xiàng)目工藝、現(xiàn)場條件的深入了解為基礎(chǔ)，以工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為前提，基于對設(shè)計(jì)規(guī)范的深刻理解和靈活運(yùn)用，以先進(jìn)、合理的工程設(shè)計(jì)方法為手段，對工程設(shè)計(jì)進(jìn)行深化、調(diào)整、改進(jìn)與提高的過程。設(shè)計(jì)優(yōu)化對工程量、工程成本進(jìn)行審核和監(jiān)控，也是一個對工程設(shè)計(jì)再加工的過程[1]。

設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的是在完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，保證項(xiàng)目的功能、可靠性指標(biāo)，減少能源消耗，保證項(xiàng)目連續(xù)可靠的運(yùn)行時間，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)更佳的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會效益。設(shè)計(jì)優(yōu)化還通過控制工程量，改善施工條件，實(shí)現(xiàn)控制投資、降低造價的目標(biāo)。

設(shè)計(jì)優(yōu)化貫穿項(xiàng)目管理始終。設(shè)計(jì)優(yōu)化越早越好，方案設(shè)計(jì)階段和初步設(shè)計(jì)階段都是設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要階段[2]。進(jìn)入施工階段后，也存在有很多優(yōu)化的可能，作為設(shè)計(jì)者要盡可能去挖掘。工業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)優(yōu)化的原則是符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不影響設(shè)計(jì)功能，不影響工藝操作。

1 方案設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)優(yōu)化

方案設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化主要在工藝方案的選擇。例如工業(yè)建筑中的銅冶煉廠，可選擇頂吹煉銅、側(cè)吹煉銅、底吹煉銅、濕法煉銅等多種工藝。工業(yè)項(xiàng)目要根據(jù)礦物成分、生產(chǎn)規(guī)模、項(xiàng)目所在地條件等因素選擇工藝方案，既要考慮項(xiàng)目建設(shè)直接投資成本，也要考慮項(xiàng)目建成后的生產(chǎn)運(yùn)營成本。這個過程不僅要經(jīng)過專家論證，還要組織人員到各冶煉廠調(diào)研。調(diào)研時要充分與車間主任交流溝通，從基層中獲取第一手資料。通過多方案的可行性研究對比，選出綜合性價比最高的方案。在這個階段，還可通過聘請業(yè)界專家組織評審會等方式進(jìn)行充分評審論證，從而真正選出最優(yōu)方案。

2 施工圖設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)優(yōu)化

項(xiàng)目實(shí)施過程中，可以從工藝方案具體實(shí)施、具體設(shè)計(jì)方案優(yōu)化方面來控制項(xiàng)目費(fèi)用。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施要求合理安排設(shè)計(jì)周期，并圍繞保證工程設(shè)計(jì)質(zhì)量、杜絕重大設(shè)計(jì)錯誤和設(shè)計(jì)返工、滿足工程施工要求、減少設(shè)計(jì)浪費(fèi)的中心，精心開展設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而有效地控制建設(shè)投資。

1)施工圖階段優(yōu)化主要是在滿足工藝基礎(chǔ)上，盡可能精心計(jì)算，精細(xì)布置，將結(jié)構(gòu)件可靠度、富余系數(shù)設(shè)計(jì)一致，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)件局部富余系數(shù)過大的情況。如鋼結(jié)構(gòu)熔煉主廠房，在進(jìn)行次梁及次次梁的計(jì)算和設(shè)計(jì)時，有些設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的安全系數(shù)超過框架梁的安全系數(shù)，這是沒有必要的。設(shè)計(jì)時不需要將次次梁安全系數(shù)放得過大，可將次梁兩側(cè)的次次梁翼緣與次梁翼緣焊接到一起，做連續(xù)次次梁，以增加整體性。

2)從設(shè)計(jì)條件入手進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。如某熔煉主廠房設(shè)計(jì)，工藝提出某樓層立砌耐火磚，又考慮到耐火磚可能受潮，水套漏水吸濕后耐火磚比重增大等因素，樓面荷載條件設(shè)計(jì)為30 kN/m2。這導(dǎo)致進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算時，水平力非常大，鋼框架柱子及框架梁截面較大。但實(shí)際上地震與水套漏水浸濕耐火磚這兩種情況同時出現(xiàn)的可能性極低，經(jīng)結(jié)構(gòu)專業(yè)與工藝專業(yè)溝通，在計(jì)算地震力時不考慮耐火磚受濕情況，在設(shè)計(jì)計(jì)算梁板柱等靜荷載承重時考慮耐火磚浸濕的最不利情況。這樣的設(shè)計(jì)優(yōu)化大大縮小了鋼框架柱子及框架梁截面。

3)設(shè)計(jì)者除了優(yōu)化工程量，還要考慮施工的便利性優(yōu)化。比如熔煉主廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，熱軋H 型鋼和焊接H 型鋼的選用就很有考究。設(shè)計(jì)時盡可能選用熱軋H 型鋼，盡管其噸單價相對貴一些，但這類鋼材一次軋制成型，其本身腹板與翼緣之間不需要焊接，不僅可降低焊接費(fèi)用，還能縮短鋼結(jié)構(gòu)加工工期。綜合考慮鋼結(jié)構(gòu)加工費(fèi)用、加工工期等因素，選用熱軋H 型鋼的綜合造價會比焊接H 型鋼低。

4)根據(jù)工廠實(shí)際操作來優(yōu)化設(shè)計(jì)。某冶煉廠房濃密機(jī)的防腐設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是內(nèi)襯玻璃鋼隔離層后立砌防腐磚。經(jīng)與現(xiàn)場操作工人溝通，設(shè)計(jì)改為玻璃鋼隔離層加平砌耐酸瓷板。該項(xiàng)目運(yùn)行兩年，防腐層良好，這樣的優(yōu)化在達(dá)到防腐效果的同時，降低了防腐工程造價。

3 現(xiàn)場設(shè)計(jì)優(yōu)化

1)現(xiàn)場施工專業(yè)工程師可以提出設(shè)計(jì)優(yōu)化點(diǎn)。如某大型設(shè)備基礎(chǔ)，施工時發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)下面的強(qiáng)風(fēng)化巖石比較堅(jiān)硬，用機(jī)械炮擊很難擊破。施工單位聯(lián)系爆破單位，準(zhǔn)備用炸藥爆破來達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。現(xiàn)場施工專業(yè)工程師通過與設(shè)計(jì)者交流，核算設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深，最后將設(shè)備基礎(chǔ)底標(biāo)高抬高0.5 m，采用梅花狀植筋方式，將設(shè)備基礎(chǔ)與下面的巖石地基相連，既節(jié)省了爆破費(fèi)用，也減少了地基上面設(shè)備基礎(chǔ)鋼筋混凝土用量。因該廠房大型設(shè)備基礎(chǔ)較多，僅該項(xiàng)優(yōu)化就節(jié)省了工程投資約200 萬元。

2)施工分包單位也可以提出設(shè)計(jì)優(yōu)化點(diǎn)。某項(xiàng)目濕法車間的屋頂設(shè)有玻璃鋼通風(fēng)管道，施工單位審圖時發(fā)現(xiàn)，管道直徑從2 m 分段擴(kuò)大，最大為5 m，由于與管道相連的引風(fēng)機(jī)入口直徑為4 m，后面通風(fēng)管道直徑又由5 m 變?yōu)? m?，F(xiàn)場管理人員與設(shè)計(jì)者溝通，詳細(xì)計(jì)算和對比管道縮小而流速增加引起的壓頭損失及管道變徑引起的壓頭損失。最終，將管道最大直徑由5 m 優(yōu)化為4 m。這樣優(yōu)化既節(jié)省了材料，又方便了施工，還能減少吊裝費(fèi)用，為該工程投資節(jié)省約了300 萬元。

3)現(xiàn)場地基處理更能體現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化水平。為了節(jié)省投資，有時設(shè)計(jì)不采用樁基礎(chǔ)，而是采用高杯口基礎(chǔ)，通過增加杯口高度，增加埋深，使基礎(chǔ)落在符合要求的地基上。但這樣設(shè)計(jì)帶來了另一個問題，有時個別柱子基礎(chǔ)埋深過深，杯口基礎(chǔ)過高。為避免基礎(chǔ)過深，一般處理辦法是將基坑挖至老土層后用毛石混凝土換填至設(shè)計(jì)基礎(chǔ)底標(biāo)高，但這種方法造價較高。經(jīng)過現(xiàn)場查看地質(zhì)條件，考慮當(dāng)?shù)亟ú氖袌鲂星椋怂慊A(chǔ)受力及沉降等指標(biāo)，設(shè)計(jì)改為由天然級配砂石，分層夯實(shí)的處理方式。這種處理既能滿足設(shè)計(jì)要求，也能降低地基處理工程費(fèi)用。

4 限額設(shè)計(jì)是非常重要的設(shè)計(jì)優(yōu)化表現(xiàn)形式

限額設(shè)計(jì)即在具體的設(shè)計(jì)過程中，按照設(shè)計(jì)程序分階段層層控制總投資，使其貫穿于初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、施工圖預(yù)算的各個階段，形成縱向控制；在各設(shè)計(jì)階段，按各專業(yè)進(jìn)行投資分解，分塊限額，具體分配到子項(xiàng)、專業(yè)和工藝包，形成橫向控制。通過橫向控制和縱向控制相結(jié)合，使責(zé)任落實(shí)到個人[3-5]。

某銅冶煉項(xiàng)目實(shí)行限額設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)單位以初步設(shè)計(jì)概算為基礎(chǔ)進(jìn)行固定總價總承包，合同簽訂后，項(xiàng)目與各專業(yè)負(fù)責(zé)人簽訂限額設(shè)計(jì)工程量清單。工程量清單由費(fèi)控人員根據(jù)初步設(shè)計(jì)編制，設(shè)計(jì)專業(yè)負(fù)責(zé)人審核后簽字。設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者要嚴(yán)格對照清單進(jìn)行設(shè)計(jì)，個別超出清單的工程量，要詳細(xì)分析原因，不能輕易突破，對清單工程量進(jìn)行嚴(yán)格控制。設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人與每各子項(xiàng)專業(yè)設(shè)計(jì)者簽訂責(zé)任狀，將控制工程量的壓力傳遞給每位設(shè)計(jì)者，讓每位設(shè)計(jì)者都能做到精心設(shè)計(jì)，當(dāng)個別工程量超出時也能及時找到原因，并采取一定措施進(jìn)行彌補(bǔ)優(yōu)化。最后該項(xiàng)目結(jié)算時，工程量較限額清單減少約3%，不僅達(dá)到了限額設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)，還超出了項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的當(dāng)初預(yù)期。

5 減少設(shè)計(jì)重復(fù)錯誤也是一種設(shè)計(jì)優(yōu)化

工業(yè)建筑巧妙的設(shè)計(jì)會給人帶來美感、震撼，但在設(shè)計(jì)中難免有考慮不周的地方甚至設(shè)計(jì)錯誤。工業(yè)建筑經(jīng)常建造多套相似的廠房，具有一定的復(fù)制性，且在設(shè)計(jì)分工時考慮設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，會由同一個人完成類似工作，這樣雖然提高了一定的設(shè)計(jì)效率，但也導(dǎo)致部分設(shè)計(jì)錯誤重復(fù)發(fā)生。

在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中避免這些重復(fù)性錯誤，既可提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，也是一種設(shè)計(jì)優(yōu)化。例如一些工業(yè)收塵管道設(shè)計(jì)為平管道，導(dǎo)致積灰嚴(yán)重，整改費(fèi)用較高。某冶煉廠設(shè)計(jì)將腐蝕性液體管道布置在氧氣、天然氣管道上層，存在安全風(fēng)險，需要墊橡膠墊來防止?jié)B漏風(fēng)險。項(xiàng)目的現(xiàn)場人員及時將情況反饋給了設(shè)計(jì)者，但已無法修改。上述兩個例子都是設(shè)計(jì)中易出現(xiàn)的重復(fù)錯誤，應(yīng)避免此類情況在其他項(xiàng)目設(shè)計(jì)中再次發(fā)生。

6 結(jié)束語

工業(yè)建筑優(yōu)化是多層次、多專業(yè)相互協(xié)同的設(shè)計(jì)優(yōu)化。在工業(yè)建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)的方式以及建筑的實(shí)際用途進(jìn)行針對性的優(yōu)化。為了滿足現(xiàn)代工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需求，踐行我國力爭在2030 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰承諾，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行現(xiàn)代工業(yè)廠房建筑設(shè)計(jì)時，還要充分利用節(jié)能設(shè)計(jì)理念。在現(xiàn)代工業(yè)廠房建筑中，節(jié)能設(shè)計(jì)理念體現(xiàn)在減少工業(yè)廠房建筑在生產(chǎn)運(yùn)行過程和建設(shè)過程兩方面的能源消耗?，F(xiàn)代工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)壓力巨大，工業(yè)建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化之路任重道遠(yuǎn)。就目前而言，工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)還具有很大的提升優(yōu)化空間，需要各專業(yè)人員的共同努力才能推動行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。