设计优化助力国际项目顺利执行

罗雅文， 马宗凯， 谢光武， 陈绪刚

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 610072)

0 前 言

国际EPC项目属于所有工程项目中的“三高”项目，即要求高、难度高、风险高。通常国际项目从前期营销投标到后期落地，都面临较长的周期，这为EPC项目执行增加了诸多不确定的因素，如汇率波动、通胀加剧、原材料涨价、政局动荡等。国际工程承包市场目前已经进入了充分竞争的阶段，无论是国际巨头还是中国的央企巨头在竞争中都不得不采取价格战的方式，因此国际工程往往都是低价中标。面对落地周期长和低中标价的双重不利因素，EPC项目执行团队的成本控制压力可想而知。在设计、采购、施工三大环节中，设计处于项目的前端，对采购和施工也起着决定性支配作用。设计成功与否往往制约着项目的成败，衡量设计成功的重要标准包括优质、高效、节省，要实现优质、节省，往往离不开以合同为基础的设计优化[1]。

孟加拉Dasherkandi污水厂(以下简称“项目”)是由水电顾问集团签订的EPC项目，项目执行期间面临落地周期长和低中标价双重困难，设计团队通过认真分析合同，进行针对性的设计优化并取得优异成果，为项目实施奠定了良好开局。

1 项目及技术方案简介

1.1 项目概况

孟加拉国基础设施极端落后的现状催生出了巨大的市政业务市场容量。达卡市污水规划显示[2]，孟加拉国目前仅一座市政污水处理厂，污水管网收集率较低，若污水按用水量的50%计，当前污水处理规模将达到125万t/d，远期处理规模将超过200万t/d，预计达卡市在污水处理上投入的资金将达到12亿美元。电建集团凭借“懂水熟电”的业务强项和市政污水处理方面的丰富经验，成功中标了该国第一座现代化污水厂——Dasherkandi污水厂，因此集团将孟加拉市政水务确定为重点国别的重点业务。

孟加拉Dasherkandi污水厂项目由顾问集团与达卡市水务局(Dhaka Water and Sewerage Authority)通过议标方式，经过约1年谈判，于2015年8月正式签订合同，总合同额为2.8亿美元，永久设备不含税。该项目工程内容主要包括三部分：污水提升泵站、污水输送管道和污水处理厂(设计规模50万m3/d)。项目资金来源于中国进出口银行，为优惠贷款项目，贷款协议生效于2017年7月，为习近平主席见证签署项目，属于“一带一路”重点项目。

1.2 技术方案简介

孟加拉达舍尔甘地污水处理厂项目主要包括一座污水提升泵站(设计流量6 m3/s)、污水输送管线(长度为2根×4.8 km，管道DN2 200～2 500 mm)、一座50万t污水处理厂。合同技术方案流程见图1。其中主要构筑物尺寸如表1所示。主要工艺设备选型见表2。

桩基采用长螺旋灌注桩，桩径为600 mm，桩长28 m，总数量约20 000根。污泥采用板框压滤机+流化床干化焚烧工艺，灰渣由业主外运处理。

图1 合同技术方案流程示意

构(建)筑物名称数量/座土建尺寸初沉池298.8 m×74.2 m×5.0 mAAO池4140 m×78 m×6.8 m二沉池8池径55 m,H=5.0 m污泥浓缩池4池径24 m,H=5.5 m出水泵站135.5 m×24.4 m×8.5 m

表2 主要工艺设备型号

2 设计优化必要性、依据及原则

由于孟加拉市场巨大，该项目是战略级重点项目，必须确保完整履约。项目团队接手后，对原方案工程量进行了核实，并参照了孟加拉目前主要建材的价格，发现如果按照合同方案进行实施，将面临较大的亏损风险，且原方案也存在一定的技术风险。但若考虑设计优化，业主和咨询接受度可能较低，不但达不到预期效果，反而会造成更大损失。执行团队经过慎重考虑，决定从合同和技术上说服业主及咨询，从而实现双赢。

国际项目执行的最重要依据为签订的合同与纪要，签订的技术方案在未经业主批复情况下不得擅自进行修改。设计团队经过反复研究商务和技术合同、谈判会议纪要等文件，发现谈判纪要中有两处边界条件，可作为设计优化的依据。

第一，承包商设计的所有建构筑物，必须完全布置在业主给定的征地红线范围内，不得要求业主新征用地。

第二，承包商设计的污水厂总用电负荷不得超过10 MW。

设计团队发现合同中提供的污水厂用地面积为25.88万m2，而在现场业主实际移交的面积仅23.9万m2。原合同技术方案中的总用电负荷超过10 MW。这也就意味着原合同技术方案不能满足这两大限制条件，承包商的设计可以进行优化来满足这两大要求。

同时合同技术方案中明确：由于合同前期阶段包括污水厂的地勘测量资料、进水水质等资料缺失，承包商有权在后期根据实测的资料对设计方案进行优化和调整。为了提高业主接受度，设计团队确定了如下优化原则：占地更省、技术更优、运维更简单和成本更省，最终获得了业主和咨询的认可。

3 设计优化的主要内容

设计团队明确了设计优化的原则后，分别从工艺系统方案、结构桩基、污泥焚烧方案、设备配置和电气系统方案等方面进行优化，具体优化内容如下。

3.1 工艺系统方案的优化

通过实测污水厂旱季和雨季进水水质，对合同中未规定的雨季进水水质进行了定义，根据合同条款提出雨季平均水量对应雨季设计水质，旱季平均水量对应旱季设计水质。原合同中未明确总氮的进出水指标，主动将总氮列为需考虑去除的指标。经过与咨询较长时间的沟通，最终确定将50万t水量、雨季设计进水水质作为设计工况，旱季32.5万t水量和旱季设计进水水质作为校核工况。明确将污水处理工艺由A/O升级为A/A/O工艺，强化对总磷的去除。通过对边界条件的确立，达成了如下优化。

(1)由于采用AAO工艺，将初沉池停留时间由原来的3.0 h(60万t)降低为1.5 h(50万t)，池容节约4.37万m3，同时通过业主实地参观处理效果，将矩形池优化为4座运行更稳定的圆形辐流式沉淀池。

(2)通过采用中国规范计算、韩国MASS FLOW软件模拟、IWA国际水协模型BIOWIN模拟验证，在维持处理效果达标的情况下，将生化池停留时间由原来的12.4 h缩减为8.75 h，总池容节约7.6万m3，且4座生化池，分为两组，每两格共壁，减少占地和土建量。

(3)采用AAO工艺，防止磷的二次释放，取消4座重力浓缩池，采用机械浓缩，节约池容约1万m3。

同时为保障污水厂防洪安全，将原方案“低场平+尾水及雨水提升排放”优化为“高场平+尾水及雨水重力排放”。虽增加场平吹填量，但取消了尾水泵站，既保障了防洪安全，又节约业主运行维护成本，实现双赢。通过工艺系统方案的优化，全厂所有构建筑物均能布置在红线范围内，满足了合同的要求。

3.2 结构桩基的优化

通过分析原合同发现桩基在土建成本中占比较高，且当地骨料需要进口，供应极不稳定，价格奇高。为消除这一不利因素，结构工程师对桩基形式进行了优化。原合同文件基础方案采用长螺旋钻孔灌注桩，为非挤土桩。结构工程师通过大量调研、方案比选，最终选择了沉管灌注桩基础。沉管灌注桩是一种挤土桩，与长螺旋钻孔灌注桩对比具有以下优势。

(1)沉管灌注桩是挤土桩，在相同条件下(地质参数、桩径、桩长等)，沉管灌注桩能获得更高的承载力，可提高项目经济性。

(2)沉管灌注桩在混凝土浇注过程中，钢套管的存在能有效避免出现塌孔、缩颈和断桩，与长螺旋钻孔灌注桩、冲击成孔灌注桩相比，成桩质量更有保障。

(3)沉管灌注桩不需要采用泥浆护壁，施工场地更加干净、整洁，同时避免了泥浆污染周围环境的风险。

在确定技术方案后，结构工程师向咨询提交了试桩方案报告，并进行现场试桩验证施工工艺和设计成果，最终获得咨询工程师认可。通过采用沉管灌注桩，技术上更加可靠的同时，桩径由原合同600 mm优化为450 mm/500 mm，桩长也有一定程度减少，桩基总工程量节省超过30%，极大地缓解了骨料供应压力和成本压力，优化效果极其显著。目前，污水厂最大的AAO生化池桩基计算及图纸已经通过咨询审批，现场桩基施工正在开展。

3.3 污泥焚烧方案的优化

原合同污泥焚烧方案采用“板框压滤脱水+流化床干化焚烧”方案，设计团队经过充分调研国内石洞口污泥焚烧厂、韩国同类型污泥焚烧厂，发现原合同2 000万美元的建设预算与调研的成本差距极其悬殊，且流化床焚烧的核心技术目前均由国外公司掌握，成本控制几乎不能实现。设计团队多次调研考察，最终发现由清华大学自主研发的“喷雾干化+回转窑焚烧技术”是成熟可靠的技术，遂与国环清华形成技术联盟，共同向业主和咨询推荐该技术。采用实地工程参观、高水平专家交流、编制详细技术对比、运维成本对比等多种方式，最终该技术以其精简的系统、较低的运维成本赢得了业主与咨询的认可。

污泥采用“喷雾干化+回转窑焚烧技术”方案后，所有设备均可以实现国产化，在预算范围内控制住了建设成本。

3.4 设备配置的优化

经过污水处理工艺和污泥处理系统的优化，各工艺单元的设备配置也相应进行了优化，具体优化详见表3。

表3 设备配置优化对比

大量原先必须采用原装进口的泵，通过优化可以采用国际品牌中国生产，设备成本节约明显。通过工艺设备的优化，全厂运行负荷控制在了10 MW以内，满足了要求。

3.5 电气系统的优化

原合同电源方案采用了2回11 kV市政电源，备用7 200 kW柴油发电机容量。经过与当地供电部门DESCO公司对接，单回11 kV市政电源，最高仅能带5 MW负荷，意味着2回11 kV市政电源，同时运行才能带10 MW负荷，可保障污水厂100%运行。而另外的备用7 200 kW柴油发电机容量仅能保障50%的负荷运行。11 kV为低等级电源，失电率较高，污水厂电源系统相当脆弱。设计团队与DESCO进一步磋商，DESCO公司承诺可以提供2回独立的高等级33 kV市政用电，保障率极高，失电率为15年2次，且历时12 h。设计团队因此对电源系统进行了优化，方案见表4。

最终设计团队提出的优化方案赢得了业主和咨询的认可，提高了系统的保障率，同时减少了柴油机容量，整个电源方案投资也相应降低。

表4 电源方案对比

4 设计优化的效益估算

根据上述优化内容，优化后节约效益估算如表5所示。

表5 优化节约效益估算

由表5可知，因设计优化产生的效益保守估算达到2.79亿元，扣除多余的吹填支出3 000万元，最终优化效益约2.5亿元，占总投资比例接近14%，优化效益明显。目前优化成果均已获得业主及咨询工程师批准，为项目实施奠定了良好开局。

5 启 示

孟加拉Dasherkandi污水厂由于低价中标且合同签订到项目实施间隔时间长，成本控制面临巨大风险，执行团队通过分析合同找准了设计优化的依据，最终通过设计优化获得了良好的效益，为项目实施奠定了良好的开局。多数国际EPC项目都面临类似于Dasherkandi污水厂落地周期长和低价中标的制约，执行团队想在有限范围内控制好成本，设计优化无疑是最重要的砝码之一。

设计优化要想获得较高的业主接受度，须做到以下几点：

(1)必须以合同为依据，国际EPC项目合同是一切的基础，设计优化须找到合同支撑条件。

(2)确立双赢的优化原则，既节约承包商建设投资，又能节省业主的相关支出，如节约占地、节省运维成本、提高运维可靠性等。孟加拉Dasherkandi污水厂正是因为找准了合同支撑条件，确立了双赢原则，最终让设计优化全面落地。

此外，设计优化也需要考虑时间成本，因为国际EPC项目工期拖延也会造成项目成本失控，项目经理必须要掌握好度，在合理的设计周期内实现设计优化才能让项目产生良好的效益。

6 结 论

孟加拉达舍尔甘地污水厂项目作为中国电建集团在孟加拉市场上的战略项目，电建集团要求项目执行团队必须完整履约，树立HYDROCHINA优质品牌。项目前期资料受限，签订合同价格较低，签订时间较长，技术方案存在不确定性，导致执行风险较高，成本控制难度大。为降低执行风险，设计团队综合权衡后决定对原方案进行设计优化。项目设计团队从合同条款和谈判纪要入手，找准并明晰了设计优化的依据和原则，分别对项目的污水工艺方案、桩基方案、污泥处理方案、设备配置方案、电气系统方案等进行了合理的优化，节约投资金额约2.5亿元，约占项目总投资的14%。同时也降低了后期运维风险和成本，赢得了业主和咨询的认可。设计优化的顺利落地，为电建集团巩固孟加拉市场奠定了良好的开局，也为后续同类项目执行提供了可借鉴的经验，即：通过开展以合同为基础的设计优化，确立业主和承包商双赢优化原则，最终让设计优化为项目提质增效。