中信大厦(中国尊)是由中信集团开发建设的北京标志性建筑(图1)。2011年,中信和业投资有限公司(以下简称“中信和业”)应中国尊开发之需而生,公司组建之初,中信集团领导便明确指示:中国尊要采用“规划、设计、建造、运营一体化全生命周期管理模式”。
图1 中国尊
根据中信集团领导的要求,结合国际成熟的 EPC(Engineering Procurement Construction)工程管理模式,中信和业开创性地在中国尊开发中采用 了 ECPO(Engineering Construction Procurement Operation)模式, 即“规划/设计、建造、采购、运营一体化管理模式”。在业主主导创新的ECPO管理模式下,中国尊实现了安全、高品质、造价受控,按计划高速推进的目标,并且通过规划/设计、建造、采购等各环节的统筹前期谋划,为即将竣工的中国尊安全、平稳、绿色、智能、低成本运营奠定了坚实的基础。
EPC是国际通行的工程建设模式。在EPC模式中,“P”是采购,真正的权利在业主手里,我们将“P”和“C”颠倒位置是为了区分承包商的责任。另外,作为国内项目,中信集团一开始就希望不仅仅考虑建造,还要考虑到将来的运维,因此加入了Operation。
Engineering包括4项工作:建设工程的总体策划(功能、品质、性能);工程实施建设周期的测算和谋划(开发周期的预测);工程设计;工程造价的测算及管控途径。
Construction包括两个方面:工程开发建设管理体系构建与资源调配体系的建立;为工程安全、高品质、造价受控地快速推进扫清障碍。
Procurement包括工程所需设备、材料的筛选、设施、定制、采购与配置。
Operation包括以下5方面内容:一是充分利用规划、设计、建设阶段奠定的基础条件;二是建立一套安全、稳定的、低成本的运维体系;三是使工程设备、设施处于优良状态的技术和操控者能力的保障;四是不降低安全指数、不牺牲舒适度、快捷性的降低成本的运维体系;五是优质、高满意度的客户服务体系构建。
我认为,将“E”、“C”、“P”、“O”放在一起做,才是成熟的开发商必须考虑到的。
价值工程(VE,Value of Engineering ),是以综合最低的总投资(成本),实现产品或服务的最优价值,即追求最优的“性价比”。关于价值工程和全生命周期,美国人做过统计:一个建筑在开发阶段投进去的钱不超过总投入的30%的,而70%以上的费用都是在全生命周期里产生的。
全生命周期成本管理包括4个阶段:第一,投资决策阶段。投资决策阶段对该项目工程造价有重大影响。特别是建设标准水平的确定,直接关系到工程造价的高低。投资决策阶段影响工程造价的程度最高,达到 80%~90%。第二,规划设计阶段。项目70%以上的成本是由规划设计决定的,这一阶段是实现功能和成本共赢的关键阶段。第三,施工建设阶段。这一阶段对成本产生影响的是施工方案、工期与工程变更。施工方案所确定的施工方法、机具选择、施工顺序会影响设备的使用效率与人员的工作效率及成本。工期的延长将导致开发成本的巨增。第四,使用阶段。一个超高层建筑的全部使用周期所发生的全部成本里,设计及建造阶段仅占约30%,其余大于70%发生在使用阶段。综合平衡初始投资与使用期投入的关系。
图2 中国尊的建造历程
Engineering是业主方主导中国尊规划/设计、采购、建造、运营一体化全生命周期的管理关键点之一。
2011年12月,我们便明确了中国尊的品质定位,在对国内外已建和在建的400米以上超高层项目进行广泛考察调研后选定对标项目:上海环球金融中心和香港IFC二期。与此同时,中国尊开发建设之初就确定了中国尊的功能——以办公为主,取消了公寓、酒店等功能设置。超高层的开发建设周期长达10年以上,为了确保中国尊建成时的高品质和先进性,2016年,我们将中国尊对标项目更新为:日本东京的虎之门、日本大阪阿倍野(均为2014年竣工的建筑)。
经过测算我们得出:工期是影响超高层建筑造价最敏感的因素。中国的超高层建筑常因为工期长、投入大、资金链断裂影响施工进度甚至导致停工。严控工期,是中国尊开发建设成败的重要因素。2012年,我们就确定了中国尊的开发工期,时至今日,中国尊克服了万千困难,连续6年实现了2012年制定的计划工期目标。中国尊于2013年7月29日正式开工,计划2018年第4季度竣工,2019年2季度投入运营。计划施工工期68个月,施工速度(平方米/月)是中国已建成同类超高层建筑平均施工速度的约1.4倍。(图2,图3)
图3 中国尊与已经建成的同类超高层建筑的施工工期对比表
中国尊计划开发建设全周期(共93个月),比同类项目(共124个月)的开发周期缩短约31个月,用时仅为同类项目的75%。无论是结构工程的施工时段,还是机电工程的施工时段乃至装饰工程施工时段,中国尊与同类项目的施工用时基本保持一致,其中,结构工程施工期为64个月(地下结构施工19个月、地上结构施工45个月),与同类项目相同(甚至更充裕),但中国尊通过土方提前开挖(施工期14个月)、提前进行地连墙施工(施工期6个月)、边挖土边进行工程桩施工(施工期11个月),合计(考虑并行推进因素)争取到了12个月的工期 ;机电工程施工时段为40个月,与同类项目相同;装修工程施工时段为18个月,与同类项目相同。(图4)
在设计方面,我们有两条亟须解决的“鸿沟”:第一条鸿沟在初步设计和施工图设计之间。国外的设计事务所常常先采用概念设计,按照目前国内的管理制度,业主会拿着概念设计成果进行国内施工图设计招标,这个环节产生了第一条鸿沟。第二条鸿沟在施工图设计和施工图深化设计之间。在施工图设计完成后,施工单位要进一步深化,尤其是机电部分。这两条鸿沟是导致国内特大型工程工期长的重要原因。(图5)
中国尊创新了“设计总包”模式,有效填补了初步设计与施工图设计之间的“鸿沟1”。我们采用了设计联合体,即国内设计院一开始就和国外设计事务所在一起工作。国内设计院可以提前一两年参与到前期的设计中,这同时也为后期的修改节约出了大量时间。对于第二条鸿沟,坦率地说目前还没有解决。但随着住建部《关于同意上海、深圳市开展工程总承包企业编制施工图设计文件试点的复函》出台,将施工图交给工程总承包企业来画,那么,第二条鸿沟也很快就会解决。
图4 同类超高层建筑项目开发与中国尊项目开发全周期对比
图5 通常管理方式与施工图管理方式对比
中国尊从一开始就追求总体成本最低及“高性价比”,从投资决策、设计、施工、运维全生命周期考量阶段性成本。首先,建设前期便编制了《中国尊项目投资计划》,确定总投资控制线,并经中信集团批复同意。目前,中国尊总投资仍然处于可控状态。其次,针对投资占比最大的建安成本建立“分阶段限额控制”管理体系,严格执行阶段性控制指标。(图6)
超高层建筑开发建设中,70%以上的投资是由设计阶段决定的,因此,设计是控制造价的最重要环节。中信和业牢牢抓住设计这一成本控制的“源头”,聘请国际一流专家、顾问,结合国内、外已建成及在建超高层建筑的经验和教训(尤其是教训),在确保大楼品质和安全的情况下,对设计方案的经济性进行了充分的审核、论证,及时发现了设计问题、优化了设计,大幅降低了施工中发生拆改的概率,节约了造价和成本。例如,取消后浇带,工程桩数量由1400根减少至896根;柴油发电机由9台调整为6台;大楼总用电负荷从78,660 KVA减低到56,560 KVA等等,都节省了大量费用。但是,对于能够降低未来运维成本的技术,中信和业也舍得增加投资。例如,采用了跃层电梯技术、超薄型窗边空调机组、超白玻双中空单元玻璃幕墙等领先技术。
图6
Construction工期管理是中国尊实现工期目标、守住造价封顶线的重要途径。
常规超高层建筑施工许可办理流程约需要24个月,为缩短工程周期,中国尊的施工许可证申请(业主的责任)分解成4个(为施工方创造合法提前施工的基本条件),第一个施工许可证申办耗时较常规办理节省了17个月的时间。
工程后期的大量时间会消耗在机电施工方面。在传统的施工管理界面划分中,业主方专业人员难以配齐,难以对工期、成本、质量实施有效把控;施工总承包协调面过宽、工作量浩大,存在对机电专业深度不足的隐患;机电工程量及难度越来越大,技术要求高的机电专业需求往往被以结构施工速度为主责的施工总包忽视,工期延误风险越来越严重,工程造价不断“膨胀”。
在中国尊建设中,我们对施工管理界面划分进行了调整,将“施工总承包”和“机电总承包”分别公开招标筛选;电梯、擦窗机供应及安装由业主直接公开招标;施工共享资源由施工总包统一配置、机电总包承担机电专业内外的协调责任,各司其职;发挥“双总包”各方优势,机电、装饰专业得到应有的重视;各参建专业分包的专业优势容易得到施展。(图7,图8)
建立关键节点奖励机制,确保工期目标实现。经中信集团审批,为严控工期,避免工期延误带来的巨大财务成本的增加,中国尊设立了“关键进度节点奖惩机制”,奖罚分明,对参建单位采用经济奖励及惩罚机制。(图9,图10)
为了保证工期、品质目标的实现,我们采取了一些具体可行的措施:
案例1:保证地下施工,业主主导自建地下结构施工的“生命通道”——钢平台
中国尊大厦项目四周紧邻地下公共空间结构,没有临时施工场地和可直接通向场内的进出道路,如此复杂的施工条件,是其他类似超高层项目未曾遇到的。
为解决道路问题,创新采用与周边地下管廊土方开挖一体化的方式,在-22米以上借助东侧Z14地块设置临时道路,-22米以下借助Z1、Z2地块设置临时道路,并在西侧管廊结构中预留进出洞口,确保了基坑工程施工;利用土地南移创造的机会,借用北侧12米连廊空间,创新搭建了面积1800平米的钢栈桥平台,确保了总体量1.3万吨钢结构、4.1万吨钢筋、15.7万方混凝土的地下结构施工,后在东西两侧搭建了各约900平米的钢平台,同时借用南侧管廊作为临时堆场(约1500平米),拓展了施工场地,解决了车辆进出和材料装卸的问题,该方式也被其他地块纷纷效仿。
图7 传统的施工管理界面划分
图8 中国尊施工管理界面划分
案例2:为化解垂直运力瓶颈难题,业主主导跃层电梯技术得以落地
超高层建筑施工期间的垂直运输能力对大楼施工速度至关重要,大型材料和设备可用塔吊,耗用约420万工日的人员和大量建筑材料则只能依靠电梯运送。传统施工电梯载重小、速度慢、载人量少。2012年,我们在国际会议上发现了跃层电梯技术,且认为这一技术能够有效缓解超高层运力问题,若采用4台跃层电梯(其单台运输能力相当于8台-14台施工电梯),可极大提升人员和材料运输效率,同时还因减少了施工电梯对井道的占用量和时间,为后续正式电梯安装备足了工期。为了采用该项技术业主方额外支付了不菲的费用。实践证明,这是提升中国尊施工速度的关键因素之一。
图9 施工总承包合同奖励节点
图10 机电总承包合同奖励节点
案例3:全球首个临永结合的超高层消防系统,确保了中国尊施工阶段的消防安全
中国尊采用临时消防设施与正式消防设备相结合的消防系统。临永消防一体化系统的投运,不仅避免了在施工后期进行临时消防系统与正式消防系统切换时易出现的“大厦消防真空期”,且用正式消防管道和部分设施替代临时消防系统的部分措施,不仅提高了大厦消防能力的可靠性,减少重复投资,还减少临时消防措施拆除时间,为尽早开始装修提供了有利条件,确保了中国尊施工期间消防安全,实现临时消防与永久消防设施的无缝转换;节约工期,减少精装修工程在临时设备及管道收口处的工作量; 减少临时设备及材料投入,节约开发成本。中国尊采用690立方米重力供水系统,在火灾发生时不依赖于电力系统,依靠水的自身重力就可以有效灭火,极大地提高了了大楼的防火救灾能力。
案例4:超高层建筑的空间使用率(出房率)是衡量该建筑品质的重要指标之一
遵循寻求“全生命周期的投入产出比最高”的理念,我们在项目建设中持续优化,想方设法地提高中国尊的空间使用率,其中,超薄低噪音一体化窗边风机盘管系统的应用是一个典型案例。通过产品创新设计、研发和施工优化,最终实现窗台板厚度由原设计的500毫米优化至238毫米,为全楼增加净使用面积约4,399平方米。
类似的案例还有钢结构防火涂料的优化、高区机电管线排布的优化等等,多措并举为中国尊增加使用面积万余平方米。
Procurement & Operation管理是业主主导下中国尊全生命周期管理的重要内容和集中体现。
ECPO 模式下,设备、设施的选型(采购)始终都围绕日后的高品质、低成本运营做文章,这是我们筛选设备的出发点和落脚点。因此,我们建立了严密的选型审核体系,目的就是防止在选型的各个环节被“围猎”,这样才能让真正品质优异、性价比高的产品在中国尊得以应用,为安全高效、低成本、智能化运营奠定坚实基础。
案例1:双中空超白玻璃幕墙系统
中国尊是中国首座采用双中空单元玻璃幕墙的超高层建筑。采用双中空单元玻璃幕墙,不仅提高了大厦对冷热辐射的隔绝能力(舒适、节能),还提高了幕墙的隔音性能,仅此一项就增加投资3000多万人民币,但因幕墙的节能大幅提升,所增加的投资仅需不到10年就可收回增加的投资。
案例2:冰蓄冷系统
中国尊暖通工程冷源采用冰蓄冷系统,利用冰蓄冷、大温差等国际领先的先进技术,确保大厦整体空调系统稳定、可靠及节能运行。冰蓄冷系统充分利用白天和夜间供电峰谷电价差(白天尖峰电价1.53元/千瓦时,夜间波谷电价0.37元/千瓦时)的运行策略,大大降低了大厦的运行费用。(图11)
案例3:DUPS系统
中国尊项目在ZB区设置了楼宇中控室,并集中了智能化系统大容量且重要的各类服务器、存储设备,为此在ZB-Z2区采用了DUPS技术为动态不间断电源系统。
DUPS技术在国外运用已非常成熟,弥补了电池式UPS的不足,经过多年不断的发展和改进,主要用在对供电可靠性要求非常高的数据机房领域。DUPS为中国尊增加净使用面积约60平方米,总寿命周期内节省约660万元,同时其带来的绿色效益也相当客观。
案例4:综合能源管理系统
中国尊引入国际先进的BEMS(Building Energy Management system建筑能源管理系统),旨在建立动态的能耗分析与能效评估系统,适时监控与分析各类能源的使用情况,通过与建筑设备运行参数、环境参数、能耗数据以及居住者人数量等数据间的关联分析,对中国尊能耗数据进行管理、查询和分析,使运行管理者能直观、方便、快速地了解能源使用情况,对异常能耗进行辨识、收集和分析,为管理者改进楼宇的运行方式、实施节能措施提供理论依据;建立能耗分析预测模型,为优化经济运行控制策略、修正优化各设定参数和设备运行参数提供支持,减少能源使用中的浪费现象,提高能源使用效率和合理化,从而达到中国尊实现低能耗绿色建筑的目标。
中国尊设备设施包含能源管理系统、基于BIM智慧云管理平台的智能化系统、冷热源系统、暖通空调系统、变配电系统、电气系统、给排水系统、电气防火系统、消防水系统、楼宇设备管理系统、夜景照明系统、景观照明系统等12个大系统、63个子系统,主要设备设施约2万台,设备设施系统控制点约12万个。
ECPO管理模式是保证中国尊安全节能、高满意度、智能化运营的必要条件。为确保高品质,中国尊的设备设施使用了30余项全球或中国的新技术,如永磁同步变频双工况离心式冷水机组、冰蓄冷系统、低温送风系统、变静压VAV系统、低温大温差空调水系统、变水量智慧阀空调水系统(VWV)、风量平衡一体化送风系统(FASU)、采用叶轮式传感器及可变多孔叶片技术的变风量末端装置、过渡季新风旁通技术、冬季烟囱效应预防系统、动态UPS储能系统、能源管理系统、基于BIM的智慧云管理等,对运维管理的技术能力要求也随之大幅提高。
ECPO“规划/设计、建造、采购、运营一体化全生命周期工程管理模式”使得开发建设阶段的理念及技术决策,在运维管理中进一步验证和提升,中国尊设计、建造和运维全生命周期管理经验沉淀和数据的积累,将为中国尊成为超高层建筑精品奠定坚实基础,同时也为中国尊的稳定运行提供有力保障,创造更大的价值。ECPO管理模式,将建筑开发企业追求投资、开发、建设阶段效益最大化(减少了初期投资额),改为追求建筑投资、开发、建设、运营全生命周期投入产出比最大化,以及综合效益最大化,解决了超高层建筑诸多开发、建设、运维的深层次问题,在缩短建筑开发周期(大幅降低财务成本),提升建设速度、建筑物品质,控制工程建安造价,提高项目运营管理水平,降低运营成本,低碳排放运行等方面,都将展示出显著的对比优势。