基于EPC模式下高層住宅裝配式優(yōu)化方案探討

付繼宇， 顧正洋， 宋恒釗

(上海寶冶集團(tuán)有限公司，上海 200941)

0 引 言

隨著我國(guó)人口紅利優(yōu)勢(shì)的逐漸消失，人工成本的增加，傳統(tǒng)人工澆筑式建筑的方式逐漸失去核心競(jìng)爭(zhēng)力，早在20世紀(jì)20年代的歐洲，德國(guó)就提出建筑工業(yè)化理念，并在住宅進(jìn)行大規(guī)模的推廣應(yīng)用。劉暢[1]指出裝配式建筑不僅僅是建造方式的變化，更帶來(lái)整個(gè)設(shè)計(jì)建造模式的全面改革。張廣萍[2]從政策支持方面、技術(shù)方面和管理體系方面分析裝配式瓶頸和相關(guān)對(duì)策。趙冬等[3]指出應(yīng)該明確裝配式優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步有效推動(dòng)裝配式建筑的進(jìn)步和發(fā)展。徐友全等[4]指出項(xiàng)目管理單位想要得到業(yè)主的認(rèn)可，必須提高自己服務(wù)價(jià)值滿足于業(yè)主最關(guān)心的投資控制措施和控制效果。為了促進(jìn)建筑裝配式的發(fā)展，賈宏俊等[5]通過(guò)證分析國(guó)家政策結(jié)合EPC總承包模式的探討，證明了EPC總承包在裝配式建筑中合理性的應(yīng)用，并基于此提出了EPPA模式，賦予EPC總承包模式更大的意義。崔金虎等[6]分析設(shè)計(jì)企業(yè)如何發(fā)揮設(shè)計(jì)人才與技術(shù)資源優(yōu)勢(shì)，通過(guò)制度建設(shè)、設(shè)計(jì)前期介入等現(xiàn)建設(shè)管理增值目標(biāo)服務(wù)。

另一方，高層剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)體系。郭海濱[7]從施工的角度分析了要想保證建立墻的施工質(zhì)量，便要加強(qiáng)各個(gè)部門專業(yè)的配合。張立等[8]指出剪力墻在裝配式建筑應(yīng)用必要性，擁有著廣闊的前景，并著重分析豎向接縫和水平接縫對(duì)剪力墻受力的影響。郭海山等[9]系統(tǒng)地介紹了中建 MCB(multiple coupling beams) 剪力墻結(jié)構(gòu)體系的抗震體系、連接節(jié)點(diǎn)和 BIM 新技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。

以上研究分析發(fā)現(xiàn)，成本控制是制約高層裝配式發(fā)展的主要因素。雖然裝配式建筑在相關(guān)政策下大力發(fā)展，但是考慮的成本過(guò)高，依然在建筑中受到限制。因此，本文考慮到上述原因，基于EPC總承包管理模式優(yōu)勢(shì)與高層裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)相融合，從項(xiàng)目管理和設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式著手，研究盡可能地實(shí)現(xiàn)工程效益最大化。

1 EPC總承包在裝配式建筑中的應(yīng)用

1.1 EPC總承包裝配式優(yōu)勢(shì)

裝配式與傳統(tǒng)建筑安全、減排、節(jié)能等方面可持續(xù)上存在明顯差異；其中裝配建筑在作用工期、環(huán)境質(zhì)量、噪音等指標(biāo)與傳統(tǒng)建筑相比更具有較突出的優(yōu)勢(shì)；其中高層建筑對(duì)抗震性能以及風(fēng)壓要求較高，因此剪力墻在能承受豎向荷載的同時(shí)，也能承受水平荷載。在當(dāng)下結(jié)構(gòu)中，純剪力墻結(jié)構(gòu)造價(jià)高，耗鋼量極大，嚴(yán)重制約建筑單位的使用。

裝配式建筑從項(xiàng)目立項(xiàng)到最后的竣工驗(yàn)收，流程眾多，且各方配合度極高，并且這些流程需要一個(gè)高效且有序的管理模式統(tǒng)籌兼顧進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案不同的是在保證結(jié)構(gòu)安全性、合理性的前提下，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和品質(zhì)性相關(guān)指標(biāo)，增加設(shè)計(jì)的難度，并且，我國(guó)裝配式建筑施工行業(yè)設(shè)計(jì)能力較差，深化設(shè)計(jì)圖紙不能與施工圖完美契合，標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，構(gòu)件種類繁多，造成大量的資源浪費(fèi)，且生產(chǎn)成本加大。EPC總承包和裝配式二者相同之處眾多，首先，裝配式建筑和EPC總承包，均需要一個(gè)高度默契的管理團(tuán)隊(duì)，具有集成化管理的特點(diǎn)。EPC總承包是將設(shè)計(jì)-施工-采購(gòu)集成一體，其中設(shè)計(jì)又占據(jù)首要位置。因此，裝配式建筑完全可以納入到EPC管理總模式，充分發(fā)揮專業(yè)人員管理占有優(yōu)勢(shì)。根據(jù)EPC總承包實(shí)施過(guò)程中，發(fā)包方通過(guò)將合同項(xiàng)目全部打包給承包商，對(duì)承包商而言通過(guò)整合資源優(yōu)勢(shì)，積極調(diào)動(dòng)各方資源優(yōu)勢(shì)，造成勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生效益最大化。

1.2 以設(shè)計(jì)院為EPC總承包管理探討

EPC工程總承包是設(shè)計(jì)(engineering)-采購(gòu)(purchasing)-施工(construction)模式的簡(jiǎn)稱，又稱為交鑰匙模式。由于業(yè)主沒有完全掌握和發(fā)揮EPC的模式，并且傳統(tǒng)管理模式難以滿足現(xiàn)在項(xiàng)目管理專業(yè)的需求，業(yè)主主要關(guān)注質(zhì)量和投資，使得承包商的優(yōu)勢(shì)未能完全發(fā)揮出來(lái)。

以設(shè)計(jì)為主、施工為輔的組織架構(gòu)，建立這種組織模式，首先要提高整體思想認(rèn)識(shí)，深刻理解該模式下建筑行業(yè)的共贏的優(yōu)勢(shì)。在EPC總承包開始階段就參與設(shè)計(jì)之中，便能將施工方面的經(jīng)驗(yàn)和建筑材料融入設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)設(shè)計(jì)起到優(yōu)化作用。同時(shí)，設(shè)計(jì)充分發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢(shì)，從結(jié)構(gòu)方案以及受力特點(diǎn)分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和組織架構(gòu)，降低可控的生產(chǎn)成本。

2 設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)雖然按等同現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但其實(shí)際抗震性能要略弱于現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，通過(guò)建筑方案比較，選擇既能滿足業(yè)主的造型要求，又能平面布置相對(duì)規(guī)整(沒有過(guò)大凹凸、簡(jiǎn)單對(duì)稱等)，滿足預(yù)制構(gòu)件規(guī)格統(tǒng)一，且不會(huì)因形體過(guò)復(fù)雜導(dǎo)抗震計(jì)算的構(gòu)件截面加大等，為后續(xù)裝配式項(xiàng)目做好經(jīng)驗(yàn)的積累。

傳統(tǒng)住宅剪力墻長(zhǎng)短大小不一，常常會(huì)做長(zhǎng)能夠保證結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度的一片或兩片剪力墻(最好通長(zhǎng)，中間采用連梁相連)，削弱對(duì)抗側(cè)剛度貢獻(xiàn)很小的剪力墻長(zhǎng)度；而對(duì)于裝配式剪力墻住宅，上海預(yù)制率要求40%，而剪切墻是預(yù)制率占比最高的一項(xiàng)，直接決定預(yù)制率高低，常常因預(yù)制率不夠，把不適合做預(yù)制部位的剪力墻以及長(zhǎng)度特別短(不超過(guò)1 m)性價(jià)比很低的剪力墻強(qiáng)行做預(yù)制，這樣使用規(guī)格不統(tǒng)一，預(yù)制模板周轉(zhuǎn)率很低，顯得很不合適；綜合上述原因，現(xiàn)考慮盡量統(tǒng)一剪力墻墻長(zhǎng)，有些傳統(tǒng)情況不會(huì)做長(zhǎng)的剪力墻部位，現(xiàn)統(tǒng)一墻長(zhǎng)；很短的剪力墻以及不好做預(yù)制率的墻盡量不做；減少邊緣數(shù)量(如有些部位可采用一字墻，不采用L形墻)，因邊緣構(gòu)件做預(yù)制構(gòu)件，縱筋需逐根連接套筒，增大成本，且操作難度大，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)該位置連接節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度不一定能滿足設(shè)計(jì)要求；通過(guò)這些方法會(huì)明顯改善剪力墻的預(yù)制率、合理和安全性，但與此同時(shí)剪力墻用量會(huì)有所增加。

根據(jù)選擇的裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，針對(duì)上海市抗震烈度7度、高層住宅等特點(diǎn)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能分析時(shí)，應(yīng)對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法以及構(gòu)造措施進(jìn)行單獨(dú)分析。裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)通過(guò)預(yù)制混凝土墻板(簡(jiǎn)稱預(yù)制墻板)和現(xiàn)澆剪力墻通過(guò)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)組合而成，預(yù)制墻板作為結(jié)構(gòu)豎向承重和水平抗側(cè)力體系的組成部分，通過(guò)在樓層處貫通布置的水平現(xiàn)澆帶，將上下層相鄰預(yù)制墻板連接成為整體，通過(guò)在預(yù)制墻板兩側(cè)的豎向現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，將同層的預(yù)制墻板連接在一起，即與現(xiàn)澆剪力墻連為整體。

經(jīng)分析，設(shè)計(jì)的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)布置方案滿足如下性能要求：

(1) 在正常使用狀態(tài)下(包括風(fēng)、雪、自重等作用)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于彈性工作狀態(tài)；在預(yù)制墻板及其與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的連接處，不得產(chǎn)生超過(guò)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的寬度的裂縫，預(yù)制墻板及其連接縫應(yīng)具有不低于設(shè)計(jì)使用年限要求的抗?jié)B能力；

(2) 在遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震作用時(shí)，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于彈性工作狀態(tài)；在預(yù)制墻板與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的連接處不出現(xiàn)開裂，預(yù)制墻板沒有損傷；

(3) 在遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震作用時(shí)，允許現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的預(yù)制墻板與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的連接處(豎向和水平縫)出現(xiàn)開裂等損壞，所有構(gòu)件的損傷均應(yīng)可修，預(yù)制墻板一般不屈服。

(4) 在遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇地震(包括主震及其后的余震)的作用時(shí)，結(jié)構(gòu)不倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞；預(yù)制墻板雖局部出現(xiàn)屈服，但與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的連接(特別是豎向連接)整體不得失效，確保必要的豎向承載力。

3 EPC總承包管理優(yōu)化方案

由于裝配式建筑是由多個(gè)主體共同參與設(shè)計(jì)而成的，由于項(xiàng)目施工人員對(duì)設(shè)計(jì)管理甚少，因此，建立行之有效的管理團(tuán)隊(duì)是必不可少的。該團(tuán)隊(duì)可以優(yōu)化相關(guān)流程，提高工作效率，推動(dòng)推薦設(shè)計(jì)進(jìn)度，規(guī)避超概風(fēng)險(xiǎn)，降低裝配式工程成本，提高運(yùn)行效率，在此基礎(chǔ)上確定優(yōu)化目標(biāo)，分析裝配式流程以及非標(biāo)準(zhǔn)性可優(yōu)化指標(biāo)，組建具有執(zhí)行力的EPC管理小組，該小組下屬組建專項(xiàng)設(shè)計(jì)小組，從幕墻、室內(nèi)、景觀、智能化、剪力墻結(jié)構(gòu)等，建立將設(shè)計(jì)分為三部分，主體設(shè)計(jì)、專項(xiàng)設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)等多家主體共同協(xié)助。編制設(shè)計(jì)管理策劃書，要制定嚴(yán)密的工作標(biāo)準(zhǔn)，這是執(zhí)行工作的前提。

EPC項(xiàng)目管理首要明確主要的工作從組織、制度、合同、概算、會(huì)議、圖紙、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等八方面進(jìn)行系統(tǒng)的管理；由于是多家合作，建立行之有效的溝通方式是必不可少的，裝配式對(duì)各方的協(xié)作程度非常高，一旦有一方工作暫停，那么將導(dǎo)致后續(xù)工作無(wú)法進(jìn)行，這時(shí)候產(chǎn)生的成本將會(huì)非常高。為了保證工作各方相互配合，必須建立有效溝通方式，這主要是在溝通過(guò)程中，我們要帶著多個(gè)答案去溝通，讓對(duì)方選擇，就避免相互推諉不能前行的問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

本人借助裝配式建筑以及高層住宅大力發(fā)展的契機(jī)，結(jié)合EPC總承包的建筑特點(diǎn)，以設(shè)計(jì)院為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)研究裝配式的建造流程、EPC總承包模式、高層剪力墻，證明建筑設(shè)計(jì)院在EPC總承包模式下發(fā)展高層裝配式剪力墻的優(yōu)越性。由于高層建筑成本較高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重不足，所以始終制約著我國(guó)高層裝配式發(fā)展。通過(guò)相關(guān)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分析，結(jié)合EPC總承包模式的發(fā)展方向，并以此為契機(jī)發(fā)揮設(shè)計(jì)院專業(yè)優(yōu)勢(shì)，提出優(yōu)化方案，克服不足，實(shí)現(xiàn)施工與設(shè)計(jì)更好地融合。