煤炭高质量发展背景下新型总承包模式REPC探索与实践

郑忠友，高 涵

(1.中煤能源研究院有限责任公司，陕西 西安 710054；2.中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

面对煤炭行业新的工程市场和要求，常规的设计和总承包模式很难满足特殊工程的需要，这就要求在传统的EPC工程总承包模式中将工作向设计前端推移。本文基于“两院融合、三位一体”发展模式，针对煤炭行业工程市场的特殊需求，提出以“研究”为主导的全新总承包模式，并以具体矸石充填总承包项目为例，探索该模式对行业转型发展的积极作用。

1 REPC模式诞生条件

1.1 新时代煤炭高质量发展对煤矿生产提出了新要求

我国煤炭工业经过四十年的市场化发展，煤炭产量由20世纪80年代初的年产6亿t增至2019年的38亿t，煤矿数量却由8万多座减到5千多座，在实现产量大幅提升同时，也完成了优劣产能的置换和新旧矿井的更替，2000年之后煤炭行业经历过一段超常发展期，期间新建投产的一批矿井成为目前煤炭市场的产量担当，且它们尚都“秉承”着20年前甚至更久远的设计、建设理念，所以因煤炭开采带来的矸石污染[1，2]、地面沉降、水资源破坏[3]，不断深化的产能置换带来的矿坑闲置[4]，行业壁垒和设计理念陈旧带来智能化落后，以及生产作业环境恶劣、矿井灾害不能根除等问题统统浮现出来，显得与新时代高质量发展目标格格不入。

党的十九大报告指出，我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，而煤炭产业的高质量发展[5]不仅包含着人们对煤炭及相关产品的消费需要，也包含着人们对良好空气、美好环境、安全舒适的生活及作业空间的需要。这就要求煤炭行业发展以构建清洁、安全、高效的煤炭供应体系为基本原则，生产方式要进一步节约资源、保护环境，工艺技术要进一步安全可靠、高产高效。煤炭生产必须由原来粗放型开采模式转向绿色、智能、安全、精准的科学开采模式[6]，实现从建井到矿山闭坑的全过程绿色无害和高效智能[7]。

1.2 煤炭设计企业EPC业务模式发展成熟

EPC(Engineering Procurement Construction)模式，指一个总承包商或者由多个承包商组成的承包联合体对整个工程项目的勘察设计、设备和材料的采购、工程施工、工程调试投运直至工程竣工验收、交付使用的全过程、全方位的总承包[8，9]。

20世纪末，正值煤炭行业最不景气的时期，大批煤炭行业设计单位积极探索、大胆尝试，陆续介入施工管理、施工监理领域[10]。21世纪初，伴随着国家经济的整体好转和快速发展，以煤、电、油为首的能源需求日益旺盛，我国的煤炭企业迎来了新一轮的高速发展时期。经过十多年的发展，以设计为主导的工程总承包模式已经行业内得到大规模的应用。

中煤西安设计工程有限责任公司(以下简称“西安设计院”)，作为较早进入煤炭EPC市场的设计单位，承揽了三个整装矿井的EPC项目及诸多选煤厂、机修厂、热电厂、矿井水处理站等辅助工程的EPC项目，并在2012完成了全国首例以EPC总承包模式建设的矿井项目——陕西子长禾草沟矿井及选煤厂[11]，西安设计院在探索以设计为主导的工程总承包模式方面走在了行业的前列。

1.3 “两院融合、三位一体”发展模式的出现

中煤能源研究院和西安设计院同隶属于是中煤集团，西安设计院是原煤炭部8所设计院之一，拥有60多年的历史，煤炭勘察设计及工程总承包是其主要的业务板块；中煤能源研究院是中煤集团全资组建的的集科技研发和全周期技术服务于一体的新型研究院，2016年在西安成立，是中煤集团科技创新体系的重要组成部分。中煤能源研究院与西安设计院目前实施的是 “两院融合、三位一体”发展模式，即设计院与研究院两院相互促进、相互融合的“两院融合”发展，设计、研发、工程总承包三个业务板块互为支撑的“三位一体”模式[12]。

在其他行业和领域(诸如路桥、建筑以及化工等)的设计或研究单位基本都是集设计和研究于一体，长期以研究支撑设计，煤炭行业早期的设计院也拥有研究功能，如原煤炭部8所设计院的名称都是“设计研究院”，在建国初期我国煤炭开采技术和工艺尚不成熟，在设计过程中需要开展大量的研究和论证工作，而随着开采技术的发展成熟，设计院为了提高设计效率，逐步推行可复制的标准化设计，淡化了研究职能。而当下因煤炭行业高质量发展的需要迫使行业进行全面产业升级，长期执行标准化设计的设计板块已很难独立完成相关业务。

“两院融合、三位一体”发展模式的出现与应用再次将煤炭行业的设计和研发板块融合到一起，为REPC模式的诞生提供了条件，也将是REPC模式后期发展的重要载体。

2 REPC的内涵及优势

2.1 REPC的内涵

以研究为主导的总承包模式—REPC(Research Engineering Procurement Construction)是基于“两院融合、三位一体”发展模式，针对非常规工程项目，以“研究(Research)”为主导，开展的集研究、设计、采购、过程管理、施工、调试运转、竣工验收等一体的总承包模式。REPC是对EPC的升级，将“研究”工作前置到EPC项目中，弥补设计工作在新技术、新工艺和新理念方面的滞后。由研究主导的REPC模式可以实现从项目理念、可研论证、设计、设备采购到项目投产等全过程都始终贯彻和融入现代科技成果，保障了项目的科学性、创新性和可靠性，真正实现了矿井建设和生产的变革。

2.2 REPC的优势

1)创新性研发。REPC所涉业务主要以新技术、新工艺的应用为主，针对工程的特殊性和创新性需求，开展突破常规工艺和模式的创新性论证和专题研发，诸如研究以充填开采为主的矸石零排放技术、以压缩空气储能为主的废弃矿井利用技术、以海绵矿井和矿井水处理为主的水资源保护技术、以智能工作面和安全大数据为主的智慧矿山技术等围绕矿井“绿色、安全、高效”开采理念的技术及工艺。REPC模式将“创新研发”直接带到煤炭建设工程中，缩短了行业内技术成果转化周期，促进煤炭行业由资源驱动向创新驱动转变。

2)改良性设计。将新技术、新工艺通过设计落地，一方面实现了研究成果的快速转化，另一方面研究工作的介入可以实现对设计成品的改良和质量提升。如蒙陕强富水性深部开采矿区在设计中融入冲击地压区域防治技术和顶板砂岩水害区域治理技术，合理布置采区和工作面，精准预测矿井涌水量，设计局部防冲措施以及多级防排水系统，细化灾害防治篇章，优化整体设计。

3)精准性分解。REPC中的研发工作为应用型研究，研究成果需要分解实施，基于“两院融合、三位一体”的REPC模式在研究过程中，各专业的设计人员可参与其中，做到从研究阶段就可以精准分解，实现在研发—设计—工程的大模块下形成专业分解支线，增加研究成果的实用性。

4)跟踪式修正。在项目实施过程中，研发人员全程跟踪设计，研发、设计人员跟踪指导施工，对设计或施工中存在的问题及时反馈、修正。研发人员可以对设计和施工中存在的问题及时提供有效的解决方案和科学论证，设计人员可以从全系统考虑解决方案对整个系统的影响程度，提供相匹配的多专业解决措施，减少因问题和解决方案反馈的时间延误而出现的工程间断。

5)高效性实施。REPC的总承包包含前期研发、设计、设备采购、建设施工等，项目的实施由研发和设计人员统筹规划，提出工程最准确的需求，并与设备供应商、工程施工分包商直接对话，最大程度地发挥各自的优势，减少中间环节，优化资源配置，提高项目实施的可靠性和高效性。

6)复合性成效。在REPC总承包项目中，研究院和设计院可凭借其在专业领域中创新性和统筹优势以及总承包管理的资源优势和高效管理，实现工程的先进性强、工程质量高、项目投资优、建设周期短、安全可靠度高等复合性成效。

3 REPC的应用范围和作用机制

3.1 REPC的应用范围分析

EPC模式经过多年的发展，其优越性在工程建设领域得到广泛的认可，而REPC作为一种新的工程总承包模式在现阶段尤其适用于高标准新建矿井、高定位技术改造、废弃矿井处置利用等高技术含量的工程项目。

3.1.1 高标准新建矿井

在当下煤炭行业高质量发展和产业升级的重要时期，为数不多的新建矿井必然成为各级企业推行高标准矿井建设的“宠儿”，对于融入“绿色”、“智能”、“无害”等高标准字眼的新建矿井，需要从开采工艺、采区布置、采掘方式、运输提升、安全保障、生态保护、资源节约、员工健康等诸多方面统筹规划、创新提升，在设计前期和设计期间必须开展大量的新技术应用性论证和关键技术的攻关研究，同时在工程项目实施过程中，需要对新技术的应用进行全过程跟踪指导。REPC作为以“研究”主导的工程总承包模式可以对矿井建设过程中存在的新技术分解研究和应用性论证，并可直接延续到设计和项目施工。REPC将对推动新技术、新工艺在新建矿井的落地应用，打造高标准现代化矿井起显著促进作用。

3.1.2 高定位技术改造

对于目前行业内的主力生产矿井，在贴近高质量发展的过程中无法像新建矿井一样整体布局、统一规划，高定位技术改造成为该类矿井产业升级的必经之路。所谓高定位技术改造则是以具有较高创新性的关键技术体系为基础，结合矿井的实际特点和升级需求，通过个性化设计、专业的工程管理、先进的设备配置、高质量的施工，打造融入高质量发展理念、匹配矿井已有系统、具有行业技术领先意义的改造工程，如智能工作面及智慧矿山建设改造、矸石零排放系统、井下煤水分离及矿井水处理工程等。高定位技术改造涉及的工程无论是从理念到规划，还是从工艺到装备，都与常规的设计和工程不同，鉴于其创新性要求高、个性化订制强、工期要求短、工程总体量轻等特点，在实际实施过程中与REPC模式功能优势最为匹配，REPC模式在高定位技术改造项目上应用可以发挥最好的效果。

3.1.3 废弃矿井处置利用

随着行业产业升级的不断深化，优劣产能置换所带来的废弃矿井将逐步增多[13]，预计到2030年我国关闭/废弃矿井数量将达到15000处，而矿井废弃后，废弃矿井仍赋存着煤、气、水、地热、空间等多种可利用资源，所以从资源节约和助力矿企转型脱困的角度考虑，废弃矿井利用势在必行。在改造过程中无论是针对空间资源的利用，还是煤、气、水、地热等余留资源的利用，均超出了常规矿井设计和工程的业务范围，其中很多的开发方法尚停留在概念阶段，真正实施过程中定存在诸多的关键技术需要研究突破，并将形成的关键技术体系转化成工程设计，予以实施，综上，REPC模式适合应用于废弃矿井改造利用工程。

3.2 REPC项目的组织架构和作用机制

3.2.1 组织架构

传统的DBB(Design Bid Build)模式，煤炭设计企业仅需提供满足规范和业主要求的设计方案和图纸即可[14]，EPC模式开始关注设计、采购和施工之间的配合工作，DBB模式各专业、各板块之间呈散点式分布，缺乏衔接，EPC模式虽然对各专业和板块统一管理，但是各板块之间基本程链式效果衔接，衔接性相对脆弱，且这两种模式还均表现出了在创新性方面的缺乏。

REPC模式是基于“两院融合、三位一体”模式下总承包管理模式，而“两院融合、三位一体”模式一方面将总承包板块向前延伸至研发端，保证了项目的高效性和先进性，另一方面丰富了专业方向，专业基本实现对矿井工程相关专业链全覆盖，除了专注于智能、高效的工艺和配套专业，还增加了致力于将项目风险点降到最低的灾害防控相关专业。所以REPC执行的的是全专业、全模块的强矩阵式结构，如图1所示，该模式可以集“两院融合”的专业齐全优势和“三位一体”的管理优势于一身，从而促成REPC模式对工程项目的复合性成效。

图1 REPC模式的组织结构示意图

3.2.2 REPC模式的作用机制

REPC模式的作用机制体现在强矩阵式结构上，其优势是各板块和各专业之间可以最大程度的交岔融合，实时反馈修正，各板块、各专业之间不再呈简单的链式衔接，而是环形交岔，每个板块下的专业要同时满足三个环的闭合，即专业环、板块环、职能环。

专业环是指从研发到施工同一专业之间通过方案递交和反馈实现闭合；板块环是指在同一个板块(如研发板块)内各专业站在所属板块的角度通过方案研讨形成闭环；职能环是同一个板块同一个专业形成闭环，如设计板块采矿专业的设计递交之前要在其处室内部经过多方论证、通过三级检查，形成闭环。

REPC模式的精髓是研发板块的融入对项目创新性的提高，但是在新的技术体系中存在有未经过应用验证的关键技术，采用上述强矩阵式结构可以在各个环节对拟实施方案进行充分的论证，在保证项目先进性的同时也确保了方案可以成功实施和后期稳定运行。

4 应用案例

4.1 项目背景

井工煤矿在建设和生产过程中会产生的矸石对矿区生态环境和安全带来很大的威胁。近年，矿区开发过程的环境标准和相关要求日趋严格，消除矸石的危害和实现矸石综合利用成为煤炭企业亟待解决的问题。项目矿井位于内蒙古自治区鄂尔多斯市，准格尔煤田中北部，矿井设计生产能力为10.0Mt/a，伴随着煤炭升井的还有大量的矸石，矸石处理问题成为制约该矿井安全、绿色、高效生产和可持续发展的困境。而中煤能源研究院从成立至今在固体废弃物零排放方面，已经进行了大量的研究工作，完成了数十对矿井的矸石(或尾矿料)井下充填技术的研究工作，借助与西安设计院的“两院融合”的优势承接了该矿井矸石回填项目的工程总承包业务，开创了“两院融合、三位一体”模式下，以研究为主导的总承包模式REPC。

4.2 项目概况

项目通过关键技术原始创新和共性技术集成创新的模式，将长距离智慧管道输送技术、煤矿灌浆技术、离层注浆技术和采动覆岩钻进技术有机结合起来，创新性建立了智慧管道四维协同充填技术，该技术将矸石在地面制成浆体，通过管道输送，同时在地面进行高位注浆和井下低位灌浆，通过两套工艺在时间和空间上的优化匹配，在不影响矿井正常生产的前提下，实现煤矿矸石零排放。

项目地面设施位于矿井工业场地内，占地面积约3600m2，管道敷设长度约8.0km，总投资约1.2亿元，预计项目投产后矸石处理能力最大可达1.2Mt/a，有望首次突破矸石充填领域1.0Mt/a的大关，成为国内外充填能力最大、充填效率最高的示范性工程项目。

项目建成后不仅能够长期解决煤矿面临的矸石处理难题，而且能避免矸石地面堆放引起的占用土地、自燃发火、污染大气、污染水体等一系列环境问题，还能在一定程度上降低煤矿开采引起的地表沉降和岩层损伤，为地区煤矿矸石无害化处置和环境保护探索出一条安全、绿色、高效之路，对落实国家能源方针政策和可持续发展战略具有重要意义，项目综合效益显著。

4.3 项目实施

项目前期可研论证以研究为主，论证期间设计板块相关专业介入，总承包项目承接后，针对项目特点，结合人员特长，从“两院”抽调研究、设计、总承包管理等方向的技术人员组成多专业融合的研发、设计、工程管理REPC项目组，项目负责人由具有矿业工程管理资质的研究人员担任。在项目总流程中，研究院负责可研和设计中的技术方案选定，设计院按着既定的技术方案开展相关设计和施工图绘制，招标采购由设计院下属的招标采购部门完成，再由REPC项目部组织施工队进行施工。

在具体实施过程中，执行上述强矩阵结构的作用机制，包含板块环、专业环、职能环，作用原理如图2所示。图2中专业环选择了三个专业，板块环突出一个研究板块，职能环突出一个审查职能，其他环同理。

图2 矸石充填项目强矩阵作用原理简化图

该REPC项目是项目部统一管理下，研究牵头、设计实现、工程实施，其他配合的以“研究”为主导总承包模式的典型代表。

5 展 望

现阶段是国家能源变革的重要时期，智能化、无人化、科学开采、精准开采以及绿色节约等一批新技术、新工艺、新理念涌向煤炭行业，然而传统建设项目是基于“设计为主导”的工程，设计工作长期专注于规程规范的实施，对新技术、新工艺、新理念的接受和转化相对滞后。此时，由致力于开创和使用新技术的研究人员牵头，开展相关工程项目，对新技术、新工艺、新理念在煤炭行业高效转化将起很好的推动作用。希望在后续通过强化复合人才的培养、深化“两院融合、三位一体”模式的建设、优化REPC模式管理机制等举措，不断完善REPC模式，助力煤炭行业全面升级。