国外水泥厂EPC项目结构设计管理与优化

李春华

结构设计关系到项目建设安全和项目成本，对项目建设工作的顺利完成有较大影响。我公司承建的某3 000t/d水泥生产线，位于非洲中部热带雨林地区，项目涵盖了从石灰石破碎到水泥包装全过程。本文将结合我公司在中东、马来西亚等海外项目的经验，介绍本项目的结构设计管理及优化。

1 结构设计管理

本项目占地面积小，工艺布置紧凑，全厂场地较为平整，但地基承载能力一般，关键重载车间（如窑尾、窑中、生料库、熟料库等）的基础承载能力介于天然地基与桩基之间。根据业主要求，为节约成本，避免打桩，需合理取值和折减计算荷载，确定安全经济的结构设计方案。

1.1 研读合同要求

项目开工会之前，认真全面研读项目合同，查阅结构设计相关内容，对关键条款和注意事项进行确定和记录，并写入开工报告，为合同交底做好准备。其中，必须明确的重要设计信息如下：

（1）设计标准：项目合同已明确采用中国规范和标准。当中国规范与标准不适用合同中约定的具体技术要求时，参照欧洲规范，并需经过咨询公司批准。

（2）地震信息：明确设防烈度、各车间抗震等级、地震加速度。

（3）基本风压：重点关注合同中风速与中国标准基本风压的转化。

（4）地下水：注意地下水深度，地下水是否有腐蚀性，是否有冻胀性。

（5）荷载及荷载系数：关注合同中对各类荷载是否有明确约定，如楼面活荷载、灰载等，一般合同中会有具体数值约定，如没有，可按中国标准荷载规范常规取值。

1.2 确定设计原则

中东某水泥项目曾因施工图设计优化不到位，导致项目成本较高。为控制成本，本项目明确采用限额设计方式，并确定了如下设计总原则：

（1）基础部分：开工会阶段因详细地质勘察工作尚未开展，仅有初步地质勘察报告可以参考；另外，业主明确表明桩基费用高，工程费用无法追加，若能采用其他可节约成本的方案，后期可予以适当补偿。基于现时条件，经过对初步地质勘察报告的研究，初步确定不采用桩基，地基基础优先采用天然地基基础方案，当天然地基不能满足工程建设要求时，再进行地基处理。详细地质勘察报告完成后，根据报告调整了窑尾、生料库等七个子项的基础建设设计方案，通过加大埋深、换填碎石等地基处理，可达到所需承载力，避免了打桩。

（2）地上部分：业主是水泥供应商，可以成本价采购水泥，因此，对于采用混凝土结构和钢结构均可行的车间，确定采用混凝土结构，如水泥库、水泥磨、窑尾底部框架、破碎车间等。这样不仅可节省造价成本，而且混凝土结构的耐久性较钢结构更有优势。但对于需加快施工、缩短工期的输送天桥及堆棚屋盖等车间，可采用钢结构。

1.3 加强设计分包管理

该项目设计工作分包给了两家设计单位共同完成，两家单位的设计经验和习惯不同，使用的图集和图面布置也存在差异。在保证安全、合理、经济的同时，为使两家单位的设计风格和图面表达统一，在设计开始前，组织两家设计单位进行了深入的讨论与交流。

首先，进行合同交底，介绍项目特点、当地的自然条件、地质勘察的基本情况等。其次，明确限额设计的原则与要求，逐个车间分析讨论了设计限值，并明确了材料材质，确定了混凝土梁、板、柱截面及配筋等的设计要求，强调了钢筋规格的统一与归并，确定了钢结构的使用规格及应力控制等要求。随着设计的深入，进行逐步调整与完善。

1.4 做好图纸审批规划

图纸审批是海外工程项目管理中的重点和难点，很多项目皆因图纸审批时间过长而致工期延误。作为总包方，必须掌握图纸审批节奏，按计划完成图纸审批工作。为此，我们研究分析了以往项目图纸审批中的难点，分类制定了应对方案，做好本项目图纸审批的准备工作。

（1）根据设计和施工周期，编制全厂出图计划，与设计单位沟通确定每个子项的具体出图时间。

（2）为了保证图纸审批效率，提前两周将需审批的图纸发给业主，并请业主配合在图纸审批会议前反馈审批意见，对于可以邮件澄清的，先提前通过邮件澄清，其余问题在图纸审批会议时处理完成。每次给业主的图纸审批计划均按车间列明，并将待批问题一一列出并限定时间，请设计单位及咨询公司有针对性地提前准备，确保审批效率。

（3）本项目每次图纸审批均按计划完成。从最初的沟通不畅，到取得审图工程师的认可，这得益于以往的项目经验和本项目对图纸审批工作的充分准备。

2 结构设计优化

本项目合同额不高且工期要求短，若要控制成本并取得收益，所有车间必须根据此项目条件进行全新设计和优化，严格控制构件截面和钢材用量，降低土建成本的同时兼顾施工。

2.1 优化思路

根据投标工程量，对每个车间进行分析，按车间工程量分类优化，将车间分为两类：

（1）工程量大、优化后成本降低显著的子项车间。此类车间包括窑尾、窑中、生料库、水泥库、熟料库、辅料及煤预均化堆场、石灰石预均化堆场及输送等7个子项。对此类车间需进行方案对比，严格控制成本。

（2）工程量不大、优化后成本略有降低的子项车间。海外项目的工期往往是项目执行中的最大压力来源，针对这类车间，其优化应与施工工期紧密结合，工期为第一考虑要素。除上述第一类子项外，其他子项均归为此类。

2.2 优化原则

该项目采用限额设计原则，以投标工程量为参照基准，对投标工程量偏差较大的，进行优化调整。设计时应与工期紧密结合，工期能满足要求的子项尽量优化，工期紧张的子项要保证图纸供应，避免为节省少量工程量而延误工期。

2.3 优化规定

按照上述优化思路与原则，制定了具体优化规定，部分内容如下：

（1）所有受力构件均应进行计算，不得估定。结构构件截面及配筋应逐级试算确定。

（2）对重要部位截面大、含钢率低（μ＜0.6%）的梁，应验算裂缝宽度，裂缝宽度按框架部分要求，含钢率1%≤μ≤1.6%为佳。

（3）钢筋：采用我国标准，尽量归并和统一钢筋的规格及等级，便于采购和施工管理。

（4）钢结构：梁高≥600mm时，采用Q345钢；梁高＜600mm时，采用Q235钢。

（5）钢结构设计应力比值：主要受力构件为0.90～0.95，其他构件为1.0，同时应注意验算挠度和稳定性。

2.4 优化成果

根据设计优化原则和优化规定，要求设计单位在设计之前先确定最优的设计方案，然后根据计算情况进行逐级优化。

比如，窑中车间，三个窑墩最初设计方案为通用的大块式，混凝土工程量为1 750m3；经过优化，减少窑墩底板厚度，混凝土工程量降为1 300m3；之后再次优化，采用框架式，工程量减少至1 125m3。经过两次优化，窑中车间混凝土量减少了625m3。再如，窑尾车间钢结构部分，完成建模和初步计算后，第一次对框架主构件（柱、主梁、柱间支撑）进行优化，第二次对次梁进行优化，并且优化到二级次梁，最终框架钢结构用钢量仅为675t，相比优化前900t用钢量节省钢材225t。

根据预定的限额方案，7个一类车间混凝土总计优化2 880m3，钢材总计优化400t。

3 经验与建议

通过采取有效的设计管理和有针对性的设计优化措施，不仅减少了工程造价，而且为采购、施工节约了时间。该项目结构设计管理主要亮点如下：

（1）图纸审批效率高。要做好图纸审批事前准备，包括提前将图纸发送给咨询公司预审，设计单位与咨询公司提前充分沟通，总包方与业主建立紧密联系，帮助业主理解图纸审批对项目执行的重要性，从而得到业主的支持，互相配合，共同推进图纸审批工作高效完成。

（2）采用“限额设计”，控制项目成本。“限额设计”在关注成本的同时，还应将质量放在首位，设计管理应把握“可以优化的不浪费，没有把握的技术风险应规避”的原则，保证结构安全。

（3）驻厂人员最好从设计参与者中选派。很多项目现场的技术服务，基本上是设计人员和驻厂人员分离。设计人员和驻厂人员不是同一批人，项目现场需变更、整改时，由于驻厂人员不了解设计过程，导致问题不能及时处理，影响了工期。因此，在设计分包时，最好明确驻厂人员需从设计参与者中选派，以利于项目管理及现场问题的处理。■