EPC模式下BIM機電深化設計應用研究

摘 要：隨著建筑行業的不斷發展，投資、設計、施工、采購等各環節衍生出多種管理模式，EPC設計采購施工總承包模式就是其中的一種。在EPC模式下開展深化設計，梳理深化設計的基本流程，利用BIM技術進行機電深化設計，并分別闡述機電與其他專業的協作模式。

關鍵詞：EPC模式；深化設計介入點；BIM機電深化設計；管線綜合排布；綜合支吊架

中圖分類號：TU741 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2024）08-0049-04

1 工程概況

北京城市副中心行政辦公區二期某項目選址在北京市通州區潞園街道，項目緊緊圍繞對接中心城區功能和人口疏散，發揮對疏解非首都功能的示范帶動作用，促進行政功能與其他城市功能有機結合。

本項目總建筑面積為16.7萬㎡，地下部分約6.7萬㎡，分為3層，包括地下車庫及設備用房等功能，地上部分約10萬㎡，共計8層，主要為辦公使用及其配套設施。本項目建設是推動非首都功能疏解的關鍵環節，對有序疏解市級黨政機關和市屬行政事業單位具有較好的示范帶動作用。

2 EPC模式簡介

EPC（Engineering Procurement Construction），是指承包方受業主委托，按照合同約定對工程建設項目的設計、采購、施工等實行全過程或若干階段的總承包的一種施工管理模式[1]。與傳統的施工管理模式相比，這種模式的特點在于承包人由多家單位轉變為一家單位或幾家單位組成聯合體的承包形式。

在建筑行業領域，EPC總承包單位一般有兩種組成形式，一種是由一家規模較大的集團公司作為EPC總承包單位，設計、施工、采購業務分別由集團公司下屬二級單位承擔，各參與單位受集團公司統一領導。另一種是設計、施工兩家獨立的單位組成聯合體，以聯合體作為EPC總承包單位。

3 EPC模式之下機電深化設計

本項目采用設計單位與施工單位組成聯合體，并由施工單位牽頭主導項目實施。此種模式經過項目實際驗證，不存在明顯的弊端。其中，優點在于能夠充分發揮施工單位的創新積極性，能夠積極地參與前期設計和深化設計，為后續施工創造有利的先決條件。缺點在于聯合體是兩家獨立的單位，初期溝通過程效率較低，設計單位需要反復斟酌，判斷可行性。雙方人員的溝通和了解，會極大地提升溝通的效率。

3.1 EPC模式設計基本關系

傳統的施工總承包模式，設計單位經過方案設計、初步設計、擴初設計、施工圖設計等環節，經過內審、外審后，將施工圖向業主單位交付，后續施工單位在此基礎上進行各專業的深化設計。這就使深化設計的尺度被限制得很小，尤其是機電深化時，管線路由幾乎不能變化太大，這對深化設計的效果影響非常大。

在EPC模式下，設計單位和施工單位作為“一家人”，共同向業主單位交付設計成果，一旦交付施工圖，除業主因素外，后續不應該再出現施工圖變更[2]。為此，設計單位和施工單位要在設計階段進行深度融合，設計單位不能再做“甩圖掌柜”，施工單位也不能再靠“變更盈利”。

3.2 機電BIM深化設計介入點

在EPC模式下，經過項目的實踐發現，機電專業的深化設計應在建筑、結構、機電3個專業的初設圖完成后介入，開始創建3個專業的BIM模型。模型創建完成后，建筑、結構專業圖紙正在擴初階段，可根據BIM建模過程發現的問題，調整完善擴初圖紙。此時，建筑布局、房間功能、結構構件尺寸基本確定，機電管線路由、管道尺寸基本確定，BIM工程師可以開始機電深化設計工作，制定綜合排布的方案。

設計單位和施工單位共同討論綜合排布方案時，應盡量擴大討論范圍，并不局限于機電專業工程師參與討論，必要時可以調整建筑和結構專業。經過多專業討論之后，機電深化工程師向建筑、結構專業提資，以完成擴初圖紙。BIM機電深化工程師向機電設計師反饋排布方案及管線路由走向，以此時BIM深化成果作為擴初圖的主要依據，完成機電擴初階段圖紙。

機電各專業擴初圖紙確定后，各專業設計師繼續完善施工圖，BIM深化人員同步開展細部節點的深化設計，BIM模型中根據避讓原則解決每一處碰撞點，必要時局部小范圍調整路由。全部調整完成后，添加系統名稱、尺寸、距離、標高等必要的標注，與機電專業施工圖同步報業主單位審核。具體流程如圖1所示。

3.3 機電與其他專業的協作方式

傳統的“設計-施工總承包”模型，設計師和施工人員大部分是專業內部溝通，變更、洽商只是專業內部調整，一般不會去調整建筑、結構、裝修、小市政等其他專業。這樣就限制了機電管線調整的空間，使得深化設計變成了一味地“翻彎”和“避讓”，最終導致管道末端壓力不足，影響使用功能。

EPC模式則不存在這種問題，機電深化過程中就在向各專業提供反饋，極大地優化了建筑物的功能和空間。但由于機電深化時機介入的相對較早，各專業各階段圖紙尚未全部完成，會出現信息交流不同步。傳遞不及時、問題描述不準確等管理性問題，為此需要設計人員、施工人員、深化人員建立一種有效的溝通機制。

現階段行業內的一種解決方法，是由施工單位組建EPC管理部，招聘一些有設計經驗的工程師，作為管理人員下沉至項目部，作為施工單位的統一出口對接設計單位。受EPC管理人員的專業限制，實施過程中僅能對其本專業內容進行深度對接，其他專業只能作為“傳話筒”，溝通效率不減反增。

經過本項目的實踐，機電深化過程中，建議由設計單位和施工單位共同組建機電深化小組，由本項目的機電專業總負責人作為小組組長。對機電深化過程中，發現的各種問題，優化建議，解決方案，都先在深化小組內部討論，由小組長指導暖通、給排水、電氣專業設計師進行調整，由小組長與建筑、結構、裝修、小市政等專業負責人溝通，提出優化意見。這樣的優點在于，設計單位的機電負責人能夠直接指揮機電各專業設計師，減少了機電專業內部協調時間。機電負責人與建筑、結構負責人同屬設計單位高級管理人員，溝通更有力度，專業性更強，采納優化建議的可能性更高。這可以更大限度的為后續機電深化細部節點調整創造空間，更有利于施工，有利于與后續工序銜接，為裝修、小市政分項創造有利條件。

4 BIM機電深化設計要點

隨著機電深化設計的要求日漸提高，隨著智能建造及現場數字化水平的不斷提高，利用BIM進行深化設計不再只是在剖面里排管道位置，可在三維里把管道翻個彎。這不僅需要深化設計人員有一定的軟件操作能力，還要有豐富的機電施工經驗，了解各專業各系統的工作原理、施工工藝、施工順序、了解機電與其他專業的關系。在EPC模式下，深化設計人員還要有一定的設計知識，是一個集設計和施工于一體的“多面手”。

4.1 機電深化設計的優化邊界

EPC模式雖然為設計單位和施工單位創造了良好的組織條件，方便在深化過程中不斷的優化各個專業。但實踐過程中，不能無限度的放開優化邊界，即“不是每一處都可以優化的”，具體優化邊界和可優化內容詳見表1。

4.2 BIM機電深化設計的技巧

機電深化設計按使用功能區域不同，一般會分為3種情況，即：地下車庫、走廊、設備機房。以項目實踐經驗，總結地下車庫與走廊的管線綜合排布方案。地下車庫的管線綜合排布方案可根據建筑物功能再進行細分。

一是辦公樓、影劇院、體育場館等類型建筑物的地下車庫。其特點是使用人員會在特定時段相對密集，其余時間段相對稀疏，車位上會有無車輛的空余時段。地下車庫會駛入大型客車、專用貨車等超高車輛，對行車道凈高要求較高。此種情況下，應盡量將管線排布在車位上，管線應橫向排成一排，出現碰撞時，利用梁窩空間進行上翻避讓，最大化釋放車道上部的空間。

二是住宅、高等院校、醫院等類型建筑物的地下車庫。其特點是車位上長時間有車輛停泊，車庫層高較低，使用人員對車庫凈高基本沒有要求。由于車位會常年有車輛，管線維修時對私家車影響較大，在排布機電管線時，應盡量將管線排布在車道上方。車道上方空間緊張時，可以將智能化系統的橋架或消火栓系統主管排布在停車位的尾部，減少對私家車的影響。

地上的機電管線相對集中于走廊部分，管道安裝高度直接影響裝修后吊頂高度，影響使用人員的觀感和是舒適度。走廊在排布機電管線時，應將電氣橋架和各系統水管分開左右布置，不建議上下層布置，否則對支吊架和橋架穿線均有影響。管線較多時，電氣橋架和各系統水管需要分開多層布置，橋架可以豎向錯位布置，以減少橋架分支與主干之間的碰撞。上下層間距可根據層高和凈高情況適當放大，方便后期穿線。水管較多時，也需要分層布置，同一系統的管道應布置在同一層，管徑相近的管道布置在同一層，以避免綜合支吊架的立桿受力明顯不均。

4.3 綜合支吊架的設計及受力驗算

EPC模式給予機電深化較大空間，使不同系統的管道在分區、分散的同時，還能夠相對集中，互不影響。在此基礎上，運用綜合支吊架，將更加充分利用空間，施工過程簡潔有序，降低施工成本，控制安全風險。在綜合支吊架的設計和驗算中，結合本項目的實踐經驗，總結出以下4點做法。

4.3.1 電氣與水管分區設置

綜合支吊架在設計時，應延續機電管線排布方案，將電氣橋架和水管分區布置，綜合支吊架不應存在水電共架的情況。一般情況下，單根電氣橋架長度為2.5 m，不受截面尺寸影響，電氣區綜合支吊架間距可設置為1.7 m左右。

以軸線間距8.4 m為例，單跨范圍內，電氣區綜合支吊架設置6道，軸線梁上設置兩道，跨間板上設置4道。水管區由于管徑不同，管道支吊架間距不同，綜合支吊架間距既不應按最大管徑取值，也不應按最小管徑取值。本項目水管區綜合支吊架間距設置為4.2 m，根據管徑不同進行支吊架單獨加密。以軸線間距8.4 m為例，單跨范圍內，水管區綜合支吊架設置3道，軸線梁上設置兩道，跨間板上設置1道。

4.3.2 材料選型和受力驗算

綜合支吊架間距設置完成后，要進行立桿、橫擔、預埋件、膨脹螺栓的選型和受力驗算。目前很多主流軟件都可以進行支吊架受力計算，在計算前的各項參數設置過程中，建議將安全系數默認為1.5不變。考慮到現場焊接質量、材料質量等因素，恒載分項系數建議從1.35調整至2.7，以使支吊架安全程度更高。

軟件驗算時，采用規模一般會默認選擇圖集《03S402-室內管道支架及吊架》，為保險起見，在驗算完成后，再選擇《GB 50017—2017鋼結構設計標準》驗算一次，兩次選用兩套不同的規范和圖集，兩次驗算均能通過，則可提高綜合支吊架的保險系數，避免發生質量安全事故。

4.3.3 分擔預埋件受力

采用綜合支吊架時，由于管線較多，縱向力集中于立桿，易造成板上預埋件受力較大，超出膨脹螺栓設計拉力限值。此種情況除增加支吊架分擔荷載之外，也可以采用板上板下雙層鋼板的形式，增加預埋件的受力能力。將膨脹螺栓換成鋼筋，穿透樓板后做成15 d的彎鉤，與樓板上的鋼板焊接，樓板下的鋼板開孔與鋼筋焊接，可根據拉力大小配置4～6根穿樓板的鋼筋，以此加強板上預埋件的受力能力。

4.3.4 優化焊縫

穿樓板的預埋板完成后，綜合支吊架的下一個薄弱點在于板上預埋板立桿的焊縫處。此處屬于角焊縫，抗拉強度隨角焊縫的長度增加和加大。對此可以在立桿兩側與預埋板之間增加角鋼支腳。角鋼支腳可設置在管道順向，這樣既可增加水平抵抗力，也可增加抗拉強度。

5 結束語

EPC模式對各專業的深化設計創造了得天獨厚的條件，使深化設計工作能夠前置在施工圖設計之前，更好地完善了施工圖，也讓BIM深化成果無形之中得到了各方的認可，使BIM成果有了官方的依據，發揮出應有的作用。

本工程施工時，各專業班組以施工藍圖為依據，參照BIM剖面圖和平面圖進行下料和安裝，現場安裝一次完成，零拆改，避免因拆改造成的返工和經濟損失，節約人工和材料形成的直接經濟效益約240萬元，占機電安裝總費用約2%。

參考文獻

[1] 王伍仁.EPC工程總承包管理[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[2] 楊堅.建筑工程設計BIM深度應用：BIM正向設計[M].廣州：中國建筑工業出版社，2021.