EPC模式下BIM机电深化设计应用研究

摘 要：随着建筑行业的不断发展，投资、设计、施工、采购等各环节衍生出多种管理模式，EPC设计采购施工总承包模式就是其中的一种。在EPC模式下开展深化设计，梳理深化设计的基本流程，利用BIM技术进行机电深化设计，并分别阐述机电与其他专业的协作模式。

关键词：EPC模式；深化设计介入点；BIM机电深化设计；管线综合排布；综合支吊架

中图分类号：TU741 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2024）08-0049-04

1 工程概况

北京城市副中心行政办公区二期某项目选址在北京市通州区潞园街道，项目紧紧围绕对接中心城区功能和人口疏散，发挥对疏解非首都功能的示范带动作用，促进行政功能与其他城市功能有机结合。

本项目总建筑面积为16.7万㎡，地下部分约6.7万㎡，分为3层，包括地下车库及设备用房等功能，地上部分约10万㎡，共计8层，主要为办公使用及其配套设施。本项目建设是推动非首都功能疏解的关键环节，对有序疏解市级党政机关和市属行政事业单位具有较好的示范带动作用。

2 EPC模式简介

EPC（Engineering Procurement Construction），是指承包方受业主委托，按照合同约定对工程建设项目的设计、采购、施工等实行全过程或若干阶段的总承包的一种施工管理模式[1]。与传统的施工管理模式相比，这种模式的特点在于承包人由多家单位转变为一家单位或几家单位组成联合体的承包形式。

在建筑行业领域，EPC总承包单位一般有两种组成形式，一种是由一家规模较大的集团公司作为EPC总承包单位，设计、施工、采购业务分别由集团公司下属二级单位承担，各参与单位受集团公司统一领导。另一种是设计、施工两家独立的单位组成联合体，以联合体作为EPC总承包单位。

3 EPC模式之下机电深化设计

本项目采用设计单位与施工单位组成联合体，并由施工单位牵头主导项目实施。此种模式经过项目实际验证，不存在明显的弊端。其中，优点在于能够充分发挥施工单位的创新积极性，能够积极地参与前期设计和深化设计，为后续施工创造有利的先决条件。缺点在于联合体是两家独立的单位，初期沟通过程效率较低，设计单位需要反复斟酌，判断可行性。双方人员的沟通和了解，会极大地提升沟通的效率。

3.1 EPC模式设计基本关系

传统的施工总承包模式，设计单位经过方案设计、初步设计、扩初设计、施工图设计等环节，经过内审、外审后，将施工图向业主单位交付，后续施工单位在此基础上进行各专业的深化设计。这就使深化设计的尺度被限制得很小，尤其是机电深化时，管线路由几乎不能变化太大，这对深化设计的效果影响非常大。

在EPC模式下，设计单位和施工单位作为“一家人”，共同向业主单位交付设计成果，一旦交付施工图，除业主因素外，后续不应该再出现施工图变更[2]。为此，设计单位和施工单位要在设计阶段进行深度融合，设计单位不能再做“甩图掌柜”，施工单位也不能再靠“变更盈利”。

3.2 机电BIM深化设计介入点

在EPC模式下，经过项目的实践发现，机电专业的深化设计应在建筑、结构、机电3个专业的初设图完成后介入，开始创建3个专业的BIM模型。模型创建完成后，建筑、结构专业图纸正在扩初阶段，可根据BIM建模过程发现的问题，调整完善扩初图纸。此时，建筑布局、房间功能、结构构件尺寸基本确定，机电管线路由、管道尺寸基本确定，BIM工程师可以开始机电深化设计工作，制定综合排布的方案。

设计单位和施工单位共同讨论综合排布方案时，应尽量扩大讨论范围，并不局限于机电专业工程师参与讨论，必要时可以调整建筑和结构专业。经过多专业讨论之后，机电深化工程师向建筑、结构专业提资，以完成扩初图纸。BIM机电深化工程师向机电设计师反馈排布方案及管线路由走向，以此时BIM深化成果作为扩初图的主要依据，完成机电扩初阶段图纸。

机电各专业扩初图纸确定后，各专业设计师继续完善施工图，BIM深化人员同步开展细部节点的深化设计，BIM模型中根据避让原则解决每一处碰撞点，必要时局部小范围调整路由。全部调整完成后，添加系统名称、尺寸、距离、标高等必要的标注，与机电专业施工图同步报业主单位审核。具体流程如图1所示。

3.3 机电与其他专业的协作方式

传统的“设计-施工总承包”模型，设计师和施工人员大部分是专业内部沟通，变更、洽商只是专业内部调整，一般不会去调整建筑、结构、装修、小市政等其他专业。这样就限制了机电管线调整的空间，使得深化设计变成了一味地“翻弯”和“避让”，最终导致管道末端压力不足，影响使用功能。

EPC模式则不存在这种问题，机电深化过程中就在向各专业提供反馈，极大地优化了建筑物的功能和空间。但由于机电深化时机介入的相对较早，各专业各阶段图纸尚未全部完成，会出现信息交流不同步。传递不及时、问题描述不准确等管理性问题，为此需要设计人员、施工人员、深化人员建立一种有效的沟通机制。

现阶段行业内的一种解决方法，是由施工单位组建EPC管理部，招聘一些有设计经验的工程师，作为管理人员下沉至项目部，作为施工单位的统一出口对接设计单位。受EPC管理人员的专业限制，实施过程中仅能对其本专业内容进行深度对接，其他专业只能作为“传话筒”，沟通效率不减反增。

经过本项目的实践，机电深化过程中，建议由设计单位和施工单位共同组建机电深化小组，由本项目的机电专业总负责人作为小组组长。对机电深化过程中，发现的各种问题，优化建议，解决方案，都先在深化小组内部讨论，由小组长指导暖通、给排水、电气专业设计师进行调整，由小组长与建筑、结构、装修、小市政等专业负责人沟通，提出优化意见。这样的优点在于，设计单位的机电负责人能够直接指挥机电各专业设计师，减少了机电专业内部协调时间。机电负责人与建筑、结构负责人同属设计单位高级管理人员，沟通更有力度，专业性更强，采纳优化建议的可能性更高。这可以更大限度的为后续机电深化细部节点调整创造空间，更有利于施工，有利于与后续工序衔接，为装修、小市政分项创造有利条件。

4 BIM机电深化设计要点

随着机电深化设计的要求日渐提高，随着智能建造及现场数字化水平的不断提高，利用BIM进行深化设计不再只是在剖面里排管道位置，可在三维里把管道翻个弯。这不仅需要深化设计人员有一定的软件操作能力，还要有丰富的机电施工经验，了解各专业各系统的工作原理、施工工艺、施工顺序、了解机电与其他专业的关系。在EPC模式下，深化设计人员还要有一定的设计知识，是一个集设计和施工于一体的“多面手”。

4.1 机电深化设计的优化边界

EPC模式虽然为设计单位和施工单位创造了良好的组织条件，方便在深化过程中不断的优化各个专业。但实践过程中，不能无限度的放开优化边界，即“不是每一处都可以优化的”，具体优化边界和可优化内容详见表1。

4.2 BIM机电深化设计的技巧

机电深化设计按使用功能区域不同，一般会分为3种情况，即：地下车库、走廊、设备机房。以项目实践经验，总结地下车库与走廊的管线综合排布方案。地下车库的管线综合排布方案可根据建筑物功能再进行细分。

一是办公楼、影剧院、体育场馆等类型建筑物的地下车库。其特点是使用人员会在特定时段相对密集，其余时间段相对稀疏，车位上会有无车辆的空余时段。地下车库会驶入大型客车、专用货车等超高车辆，对行车道净高要求较高。此种情况下，应尽量将管线排布在车位上，管线应横向排成一排，出现碰撞时，利用梁窝空间进行上翻避让，最大化释放车道上部的空间。

二是住宅、高等院校、医院等类型建筑物的地下车库。其特点是车位上长时间有车辆停泊，车库层高较低，使用人员对车库净高基本没有要求。由于车位会常年有车辆，管线维修时对私家车影响较大，在排布机电管线时，应尽量将管线排布在车道上方。车道上方空间紧张时，可以将智能化系统的桥架或消火栓系统主管排布在停车位的尾部，减少对私家车的影响。

地上的机电管线相对集中于走廊部分，管道安装高度直接影响装修后吊顶高度，影响使用人员的观感和是舒适度。走廊在排布机电管线时，应将电气桥架和各系统水管分开左右布置，不建议上下层布置，否则对支吊架和桥架穿线均有影响。管线较多时，电气桥架和各系统水管需要分开多层布置，桥架可以竖向错位布置，以减少桥架分支与主干之间的碰撞。上下层间距可根据层高和净高情况适当放大，方便后期穿线。水管较多时，也需要分层布置，同一系统的管道应布置在同一层，管径相近的管道布置在同一层，以避免综合支吊架的立杆受力明显不均。

4.3 综合支吊架的设计及受力验算

EPC模式给予机电深化较大空间，使不同系统的管道在分区、分散的同时，还能够相对集中，互不影响。在此基础上，运用综合支吊架，将更加充分利用空间，施工过程简洁有序，降低施工成本，控制安全风险。在综合支吊架的设计和验算中，结合本项目的实践经验，总结出以下4点做法。

4.3.1 电气与水管分区设置

综合支吊架在设计时，应延续机电管线排布方案，将电气桥架和水管分区布置，综合支吊架不应存在水电共架的情况。一般情况下，单根电气桥架长度为2.5 m，不受截面尺寸影响，电气区综合支吊架间距可设置为1.7 m左右。

以轴线间距8.4 m为例，单跨范围内，电气区综合支吊架设置6道，轴线梁上设置两道，跨间板上设置4道。水管区由于管径不同，管道支吊架间距不同，综合支吊架间距既不应按最大管径取值，也不应按最小管径取值。本项目水管区综合支吊架间距设置为4.2 m，根据管径不同进行支吊架单独加密。以轴线间距8.4 m为例，单跨范围内，水管区综合支吊架设置3道，轴线梁上设置两道，跨间板上设置1道。

4.3.2 材料选型和受力验算

综合支吊架间距设置完成后，要进行立杆、横担、预埋件、膨胀螺栓的选型和受力验算。目前很多主流软件都可以进行支吊架受力计算，在计算前的各项参数设置过程中，建议将安全系数默认为1.5不变。考虑到现场焊接质量、材料质量等因素，恒载分项系数建议从1.35调整至2.7，以使支吊架安全程度更高。

软件验算时，采用规模一般会默认选择图集《03S402-室内管道支架及吊架》，为保险起见，在验算完成后，再选择《GB 50017—2017钢结构设计标准》验算一次，两次选用两套不同的规范和图集，两次验算均能通过，则可提高综合支吊架的保险系数，避免发生质量安全事故。

4.3.3 分担预埋件受力

采用综合支吊架时，由于管线较多，纵向力集中于立杆，易造成板上预埋件受力较大，超出膨胀螺栓设计拉力限值。此种情况除增加支吊架分担荷载之外，也可以采用板上板下双层钢板的形式，增加预埋件的受力能力。将膨胀螺栓换成钢筋，穿透楼板后做成15 d的弯钩，与楼板上的钢板焊接，楼板下的钢板开孔与钢筋焊接，可根据拉力大小配置4～6根穿楼板的钢筋，以此加强板上预埋件的受力能力。

4.3.4 优化焊缝

穿楼板的预埋板完成后，综合支吊架的下一个薄弱点在于板上预埋板立杆的焊缝处。此处属于角焊缝，抗拉强度随角焊缝的长度增加和加大。对此可以在立杆两侧与预埋板之间增加角钢支脚。角钢支脚可设置在管道顺向，这样既可增加水平抵抗力，也可增加抗拉强度。

5 结束语

EPC模式对各专业的深化设计创造了得天独厚的条件，使深化设计工作能够前置在施工图设计之前，更好地完善了施工图，也让BIM深化成果无形之中得到了各方的认可，使BIM成果有了官方的依据，发挥出应有的作用。

本工程施工时，各专业班组以施工蓝图为依据，参照BIM剖面图和平面图进行下料和安装，现场安装一次完成，零拆改，避免因拆改造成的返工和经济损失，节约人工和材料形成的直接经济效益约240万元，占机电安装总费用约2%。

参考文献

[1] 王伍仁.EPC工程总承包管理[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2] 杨坚.建筑工程设计BIM深度应用：BIM正向设计[M].广州：中国建筑工业出版社，2021.