EPC管理模式下污水處理廠的設計管理與應用

史永強 朱文迪 王重軍

中國建筑一局（集團）有限公司西北分公司 陜西 西安 710000

現有EPC總承包模式為建設方與總承包企業（總承包聯合體）簽訂EPC總承包合同,總承包單位（總承包聯合體單位）對EPC項目的設計、采購、施工及試運行進行全周期管理及負責，達到竣工要求并交付投資方的總承包管理模式。

隨著國家城鎮化的不斷推進及綠色低碳工業化的踐行，污水處理要求愈發標準化，對于現有污水處理廠的規模擴大、處理品質提升需求日益增加。2016年5月，住建部印發了建市〔2016〕93號《關于進一步推進工程總承包發展的若干意見》后，大批量污水處理項目以EPC工程總承包模式開始實施。本文結合霍爾果斯經濟開發區兵團分區污水資源化利用項目的工程實踐，分析EPC總承包聯合體雙方的設計管理優化及管控要點，從而在項目建設中達到更好的經濟與社會效益。

1 項目背景

某新建污水廠設計污水日處理能力3萬m3/d、污水預處理采用“粗格柵+調節池+細格柵及曝氣沉砂池+膜格柵”工藝；二級處理采用“AAO+MBR膜”生物處理工藝；深度處理（再生水處理）采用“CDRO膜+次氯酸鈉消毒”工藝；尾水消毒采用“次氯酸鈉消毒”。污泥處理采用“污泥濃縮+化學調理+板框壓濾”工藝，臭氣處理采用“除臭生物濾池”工藝。

本工程通過招標控制價下浮百分率的方式中標，合同內建安費為上限價下浮后的金額，合同要求出水水質達到一級A標準，設計日處理能力3萬m3/d。建設之初投資方即明確要求需采用深度處理工藝，處理后的再生水回打至市政管道供工業園區內企業和市政綠化管網二次利用，以實現區域內污水零排目標，切實將再生水發展為工業發展、沙漠治理的第二水源。

2 EPC設計管理風險管控要點

2.1 了解業主需求，明確建設標準

EPC管理模式的特點之一在于充分利用總承包單位的工程建設經驗，使得投資方從不熟悉的工程建設中得到解放，充分發揮設計在整個工程建設過程中的主導作用。設計單位根據投資方的要求在做方案設計時，要充分理解業主方的需求，在工程總投資一定的情況下，以系統工程思維進行方案設計，設計的方案既要滿足投資方需求，還要保證總承包單位或聯合體雙方的整體利益，對于影響工程造價較大的建設標準要求必須與投資方進行書面確認，建立工程建設標準清單[1]。

如在方案設計階段，按常規設計，污水處理廠需要建中水庫以存儲部分處理后的中水，但本工程投資方要求不建中水庫而采用深度處理工藝，將處理后的再生水回打供園區企業生產回用及市政雜用。本地區內地下水位較高，地下水回灌也無法實施，為此設計單位明確了城市雜用水、景觀環境用水、工業用水、綠地灌溉用水等幾個方向的再生水出路，并對園區生產企業和市政管網進行了系統摸排，以書面形式向投資方說明了再生水與市政水水價分析、再生水壓力管道運營維護造價分析、企業對再生水利用的態度等分析材料，方案設計前要求投資方明確具體采用的方案。

2.2 基于工程造價，確定工藝標準

項目初步設計階段，總承包單位要積極推進與投資方、設計單位建立有效的溝通機制，在污水處理工藝的選擇上要及時組織工藝評審專家進行評審，擬采用的工藝設備也應及時有效地組織相關單位進行預采購，在選工藝的同時選設備。一是可以切實提高設計單位工作效率保證設計質量，二是實現工藝和設備選型的性價比優選，有了具體的量化指標來控制工程的整體造價，防止設計采購的不協調導致的超概風險。

以電氣設計為例，為了降低污水處理的能源損耗率，廠區電氣設計的優化，常常選用變壓器節能產品替代原有能耗較大產品?，F階段，我國大多數污水廠區為達到方便維護的目的，基本都選用了干式變壓器，但相比油浸式變壓器，干式變壓器相對造價高、承過載差、空載及負載損耗較大，故可以通過設計優化選用油浸式變壓器，能有效的降低廠區建設成本的同時，可大幅的降低運行使用成本。

2.3 結合施工經驗，輸出設計成果

總承包單位或聯合體設計方在開展具體分項設計工作時應著重避免由于設計不合理等情況而造成的二次返工、工期延誤以及配置資源浪費等情況的發生，即設計成果的輸出要結合工程施工現場，理論與實際的有效結合才能發揮出EPC模式下設計單位更大的作用。首先，在設計階段必須充分發揮及利用總承包管理經驗，確保設計方案的可行性。其次，設計過程要充分考慮并衡量當前建筑市場行情，施工材料、工藝及設備的選擇要能同時兼顧標準規范和建筑市場的選擇，能與EPC采購、施工及相關部門形成溝通與聯動，了解國家地方政策、材料設備、施工工藝的市場行情才能實現設計的可實施性[2]。

如《建筑節能與可再生能源利用通用規范》GB55015-2021第5.2.1條“新建建筑應安裝太陽能系統”，再如新疆住建廳新建科〔2020〕4號文要求“新建民用建筑外圍護墻體應采用一體化技術，外墻外保溫禁止使用膠粘劑或錨栓以及兩種方式組合的施工工藝”，設計人員在設計時應予考慮。

3 設計優化管理

3.1 工藝布置調整優化

本工程原設計粗格柵及提升泵房位于擬建場地內西側，結構埋深-15m左右，污水主干管采用球墨鑄鐵重力管，采用放坡大開挖+頂管的方式實施，需要臨時征地的范圍大、時間長，且重力管開挖深度較大，部分管段還需降水，工程造價較高；鑒于此通過實地踏勘發現既有的污水處理廠位于污水主干管沿線且內部有預留用地可供使用，通過與投資方協商并經行政主管部門同意，最終將粗格柵提升泵房選址更改至既有的污水處理廠內，從而實現污水主干管從起點至既有污水處理廠采用重力流，既有污水處理廠至新建污水處理廠壓力流，結構埋深大幅縮減的設計方案，既大幅降低了污水管道的造價，又減少了基坑支護的投入，在滿足使用功能的前提下降低了施工難度，成就了投資方和工程總包方的雙贏。

3.2 結構設計專項優化

（1）地基處理方案優化

根據工程地質勘察報告，本工程場地內的土質由上而下為風積細砂層、局部角礫層、細砂層，擬建建（構）筑物基礎持力層為風積細砂層，原地基處理方案為先挖除基礎下部厚500mm的風積細砂層，然后采用水墜砂法處理1.5m深度，要求處理后的風積細砂層壓實系數≥0.97，處理后的地基承載力值不小于150kPa。

該方案的不可取之處一是風積細砂層貫穿整個場地，采用水墜砂法處理時耗水、耗電量大；二是該土層經過第三方試驗室現場取樣檢測，其壓實度系數最高達到0.91-0.92，無法滿足設計要求；三是需在水墜砂法處理完成后進行靜載試驗，在不封底的情況下不具備可操作性，因砂層土質的特性是在水的作用下砂粒之間由疏松變緊密，但隨著水分蒸發，又會回歸到結構松散、堆積密度較小、力學性質較差的狀態。為此，將其優化為直接采用級配砂夾石換填的地基處理方案，方便施工且地基處理質量得到了保證[3]。

（2）預應力預制屋蓋的設計選型

通常污水處理廠使用的設備體型較大，需要安裝電動懸掛橋式起重機來運營檢修，故結構設計通常采用框架結構，如內部跨度較大時普通現澆鋼筋混凝土屋蓋無法滿足，需采用預應力結構或鋼結構。

工程所在地地處邊疆，屬寒冷地區，冬季降雪量大，如采用鋼結構，一要考慮雪荷載，二要考慮安裝吊車梁及電動單梁懸掛橋式起重機的動荷載，三是工業污水處理過程中產生的酸堿性腐蝕性水蒸汽對鋼結構的腐蝕。

通過考察周邊既有污水廠，了解不同設計方案的生產及運營成本后，對鋼結構屋蓋與預應力預制屋蓋進行比選，最終確定了部分建筑物采用預應力預制屋蓋的方案。

3.3 污水處理單元優化

（1）細格柵

污水經粗格柵提升泵房處理后提升至細格柵處理單元，將繼續去除污水中剩余漂浮物，特別是絲帶狀漂浮物質，確保后續污水處理系統能正常運行。當前格柵孔尺寸規格為5～10mm的回轉格柵，孔隙相對較大，為防止造成后續污水處理單元淤積，加重設備本身的磨損，可優化選用尺寸4mm的細網板格柵。

（2）調節池、事故池

①優化加設調節超越管道。正常來水時間段內，進水超越調節池，直接進入后續水解酸化池體，節約調節池內潛水泵用電能耗的同時降低了設備損耗率，也可通過增長進水超標時間段或來水高峰期的調蓄空間，延長處理系統事故檢修時的調蓄時間。

②進入污水經過格柵及沉砂處理工序以后，然后再流入事故池。此舉能降低事故池內泥砂等淤積物堆積過多，避免對事故池內排污泵正常運行造成不利影響。

③通過在池底增設鼓風曝氣裝置，能達到水質和水量均衡，避免池體污水固體顆粒過度沉淀。

（3）水解酸化池

①池體內通過增加半池放空管，在填料板下部設置放空管，確保在池體不完全放空的情況下進行內部修整。

②若池體內排泥管標高與池底持平且坡度較小或無坡度，易造成淤泥淤積，可在管口位置設置集水槽進行優化處理。

（4）AAO生物反應池

①增加生物池放空管并對應設置蝶閥，提升生物池由于檢修時放空，生化池重力傳輸接種活性污泥的時效及便捷性，減少過程減產時間。

②封閉式生物池結構，使用時間過長容易造成空氣支管位于水下軟連接部位破壞、脫節。為便于進行檢修作業，通過優化在氣管穿墻部位增開檢修人孔，方便檢修作業人員及檢修機具入內；且有有效控制平衡臭氣收集過程因氣壓不平衡造成的水流波動影響。

③AAO池體缺氧區域可將直角優化成圓角，提升流水順暢的同時避免淤泥淤積。

3.4 電氣管線設備設計優化

（1）電纜線路

降低電纜損耗往往是污水處理廠區設計優化重點。一般通過合理布置高低壓配電單體位置，使配電房靠近負荷中心，減少電纜用量。同時在污水處理廠區，包括鼓風機、臭氧發生器等附屬大功率設備，設計時可將配電房與鼓風機房進行“合體”布置。

（2）照明設備

污水處理廠區一般包括生產廠房、生產附屬用房及綜合辦公樓等。生產附屬用房（各類泵房、鼓風機房、加氯加藥間等）相對潮濕且空間大，應選用金屬氯化物燈或彎桿式壁燈。所以，設計在滿足生產照明需求的前提下應確保節能、合理、經濟等特性。

4 EPC模式下設計管理思路

4.1 明確聯合體成員的責權利

聯合體協議中應該協商明確各方的責權利，對于設計管控的重點內容，如限額設計、設計交付標準、設計周期節點、設計優化利益分配方式等做出明確的約定。鑒于EPC總承包模式無設計變更，設計變更或工程量變化都會對工程效益造成影響，只有形成利益與風險并存共擔的聯合體，才能從根本上調動設計人員管理的積極性，在建造過程中配合并高質量的完成設計優化管理工作。

4.2 建立建設方和總承包商雙方的信任

互相信任是雙方合作共贏的基礎。在合同簽訂及談判階段，EPC總承包管理單位要做足充分的準備工作，認真了解項目擬采用的工藝標準、材料設備和工程造價的匹配度，取得建設單位信任，簽訂公平公正合理的EPC工程總承包合同，同時建造標準應與整體造價協調，避免而工程造價無法滿足項目高標準需求的情況發生。

4.3 重視設計階段的黃金優化期

EPC總承包單位應盡量提前設計優化管理，在設計關鍵節點或施工圖設計階段提早插入優化工作?？偝邪鼏挝婚_展設計優化不僅是設計與施工方之間的溝通協調，還需及時與投資建設單位溝通，并獲取認可，必要時應報住建單位及相關行政部門的審查審批，重視并控制設計時間成本，把握設計階段的黃金優化期，做好與建設、行政等單位的溝通，避免低效、無效工作[4]。

4.4 控制工程造價不超概

總承包單位在設計優化時需要全盤考慮設計優化對工程造價的影響，對于增加工程造價較多的優化項即使可以增加利潤，但能否采用需要全面考量，看能否與其他降低造價的設計優化項一道綜合評判，否則勢必增加項目超概風險。

4.5 采取有效的激勵措施

總承包單位要制定有效的激勵制度，提高設計和施工人員對于設計優化的積極性，除激勵設計優化主要人員外，對配合的其余人員也應設置一定的獎勵措施。獎勵額度應與優化后產生的效益成正比。

5 結論和建議

隨著建筑行業的持續更新發展，EPC工程總承包模式在污水處理廠類項目中勢必成為主流，在投資方和建設行政主管部門控制投資和滿足工程使用功能的基調下，打造EPC模式下的設計管理核心競爭力也必將成為企業發展的堅實路基。為此需要做到：

（1）構建高效率的施工團隊。項目總承包管理團隊，要有豐富的工程經驗，技術人員和施工人員要有過硬的專業技術知識儲備及管理能力素養，在做好專業知識的培訓的同時結合實際對制定人員培養計劃和合理調動，以打造優質高效的項目總承包管理團隊。

（2）EPC總承包項目往往含有固定總價和固定工期屬性，對設計和施工的要求較高，所以EPC總承包單位應從項目的初設階段就納入設計優化工作，緊密結合設計和施工。

（3）工程總承包單位應與建設投資方做好溝通工作，要求建設投資方牽頭協調與地方政府及各行政單位的關系，配合做好政策服務和前期三通一平、征地拆遷等相關工作，為施工的順利開展提供便利條件。