EPC管理模式下污水处理厂的设计管理与应用

史永强 朱文迪 王重军

中国建筑一局（集团）有限公司西北分公司 陕西 西安 710000

现有EPC总承包模式为建设方与总承包企业（总承包联合体）签订EPC总承包合同,总承包单位（总承包联合体单位）对EPC项目的设计、采购、施工及试运行进行全周期管理及负责，达到竣工要求并交付投资方的总承包管理模式。

随着国家城镇化的不断推进及绿色低碳工业化的践行，污水处理要求愈发标准化，对于现有污水处理厂的规模扩大、处理品质提升需求日益增加。2016年5月，住建部印发了建市〔2016〕93号《关于进一步推进工程总承包发展的若干意见》后，大批量污水处理项目以EPC工程总承包模式开始实施。本文结合霍尔果斯经济开发区兵团分区污水资源化利用项目的工程实践，分析EPC总承包联合体双方的设计管理优化及管控要点，从而在项目建设中达到更好的经济与社会效益。

1 项目背景

某新建污水厂设计污水日处理能力3万m³/d、污水预处理采用“粗格栅+调节池+细格栅及曝气沉砂池+膜格栅”工艺；二级处理采用“AAO+MBR膜”生物处理工艺；深度处理（再生水处理）采用“CDRO膜+次氯酸钠消毒”工艺；尾水消毒采用“次氯酸钠消毒”。污泥处理采用“污泥浓缩+化学调理+板框压滤”工艺，臭气处理采用“除臭生物滤池”工艺。

本工程通过招标控制价下浮百分率的方式中标，合同内建安费为上限价下浮后的金额，合同要求出水水质达到一级A标准，设计日处理能力3万m³/d。建设之初投资方即明确要求需采用深度处理工艺，处理后的再生水回打至市政管道供工业园区内企业和市政绿化管网二次利用，以实现区域内污水零排目标，切实将再生水发展为工业发展、沙漠治理的第二水源。

2 EPC设计管理风险管控要点

2.1 了解业主需求，明确建设标准

EPC管理模式的特点之一在于充分利用总承包单位的工程建设经验，使得投资方从不熟悉的工程建设中得到解放，充分发挥设计在整个工程建设过程中的主导作用。设计单位根据投资方的要求在做方案设计时，要充分理解业主方的需求，在工程总投资一定的情况下，以系统工程思维进行方案设计，设计的方案既要满足投资方需求，还要保证总承包单位或联合体双方的整体利益，对于影响工程造价较大的建设标准要求必须与投资方进行书面确认，建立工程建设标准清单[1]。

如在方案设计阶段，按常规设计，污水处理厂需要建中水库以存储部分处理后的中水，但本工程投资方要求不建中水库而采用深度处理工艺，将处理后的再生水回打供园区企业生产回用及市政杂用。本地区内地下水位较高，地下水回灌也无法实施，为此设计单位明确了城市杂用水、景观环境用水、工业用水、绿地灌溉用水等几个方向的再生水出路，并对园区生产企业和市政管网进行了系统摸排，以书面形式向投资方说明了再生水与市政水水价分析、再生水压力管道运营维护造价分析、企业对再生水利用的态度等分析材料，方案设计前要求投资方明确具体采用的方案。

2.2 基于工程造价，确定工艺标准

项目初步设计阶段，总承包单位要积极推进与投资方、设计单位建立有效的沟通机制，在污水处理工艺的选择上要及时组织工艺评审专家进行评审，拟采用的工艺设备也应及时有效地组织相关单位进行预采购，在选工艺的同时选设备。一是可以切实提高设计单位工作效率保证设计质量，二是实现工艺和设备选型的性价比优选，有了具体的量化指标来控制工程的整体造价，防止设计采购的不协调导致的超概风险。

以电气设计为例，为了降低污水处理的能源损耗率，厂区电气设计的优化，常常选用变压器节能产品替代原有能耗较大产品。现阶段，我国大多数污水厂区为达到方便维护的目的，基本都选用了干式变压器，但相比油浸式变压器，干式变压器相对造价高、承过载差、空载及负载损耗较大，故可以通过设计优化选用油浸式变压器，能有效的降低厂区建设成本的同时，可大幅的降低运行使用成本。

2.3 结合施工经验，输出设计成果

总承包单位或联合体设计方在开展具体分项设计工作时应着重避免由于设计不合理等情况而造成的二次返工、工期延误以及配置资源浪费等情况的发生，即设计成果的输出要结合工程施工现场，理论与实际的有效结合才能发挥出EPC模式下设计单位更大的作用。首先，在设计阶段必须充分发挥及利用总承包管理经验，确保设计方案的可行性。其次，设计过程要充分考虑并衡量当前建筑市场行情，施工材料、工艺及设备的选择要能同时兼顾标准规范和建筑市场的选择，能与EPC采购、施工及相关部门形成沟通与联动，了解国家地方政策、材料设备、施工工艺的市场行情才能实现设计的可实施性[2]。

如《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021第5.2.1条“新建建筑应安装太阳能系统”，再如新疆住建厅新建科〔2020〕4号文要求“新建民用建筑外围护墙体应采用一体化技术，外墙外保温禁止使用胶粘剂或锚栓以及两种方式组合的施工工艺”，设计人员在设计时应予考虑。

3 设计优化管理

3.1 工艺布置调整优化

本工程原设计粗格栅及提升泵房位于拟建场地内西侧，结构埋深-15m左右，污水主干管采用球墨铸铁重力管，采用放坡大开挖+顶管的方式实施，需要临时征地的范围大、时间长，且重力管开挖深度较大，部分管段还需降水，工程造价较高；鉴于此通过实地踏勘发现既有的污水处理厂位于污水主干管沿线且内部有预留用地可供使用，通过与投资方协商并经行政主管部门同意，最终将粗格栅提升泵房选址更改至既有的污水处理厂内，从而实现污水主干管从起点至既有污水处理厂采用重力流，既有污水处理厂至新建污水处理厂压力流，结构埋深大幅缩减的设计方案，既大幅降低了污水管道的造价，又减少了基坑支护的投入，在满足使用功能的前提下降低了施工难度，成就了投资方和工程总包方的双赢。

3.2 结构设计专项优化

（1）地基处理方案优化

根据工程地质勘察报告，本工程场地内的土质由上而下为风积细砂层、局部角砾层、细砂层，拟建建（构）筑物基础持力层为风积细砂层，原地基处理方案为先挖除基础下部厚500mm的风积细砂层，然后采用水坠砂法处理1.5m深度，要求处理后的风积细砂层压实系数≥0.97，处理后的地基承载力值不小于150kPa。

该方案的不可取之处一是风积细砂层贯穿整个场地，采用水坠砂法处理时耗水、耗电量大；二是该土层经过第三方试验室现场取样检测，其压实度系数最高达到0.91-0.92，无法满足设计要求；三是需在水坠砂法处理完成后进行静载试验，在不封底的情况下不具备可操作性，因砂层土质的特性是在水的作用下砂粒之间由疏松变紧密，但随着水分蒸发，又会回归到结构松散、堆积密度较小、力学性质较差的状态。为此，将其优化为直接采用级配砂夹石换填的地基处理方案，方便施工且地基处理质量得到了保证[3]。

（2）预应力预制屋盖的设计选型

通常污水处理厂使用的设备体型较大，需要安装电动悬挂桥式起重机来运营检修，故结构设计通常采用框架结构，如内部跨度较大时普通现浇钢筋混凝土屋盖无法满足，需采用预应力结构或钢结构。

工程所在地地处边疆，属寒冷地区，冬季降雪量大，如采用钢结构，一要考虑雪荷载，二要考虑安装吊车梁及电动单梁悬挂桥式起重机的动荷载，三是工业污水处理过程中产生的酸碱性腐蚀性水蒸汽对钢结构的腐蚀。

通过考察周边既有污水厂，了解不同设计方案的生产及运营成本后，对钢结构屋盖与预应力预制屋盖进行比选，最终确定了部分建筑物采用预应力预制屋盖的方案。

3.3 污水处理单元优化

（1）细格栅

污水经粗格栅提升泵房处理后提升至细格栅处理单元，将继续去除污水中剩余漂浮物，特别是丝带状漂浮物质，确保后续污水处理系统能正常运行。当前格栅孔尺寸规格为5～10mm的回转格栅，孔隙相对较大，为防止造成后续污水处理单元淤积，加重设备本身的磨损，可优化选用尺寸4mm的细网板格栅。

（2）调节池、事故池

①优化加设调节超越管道。正常来水时间段内，进水超越调节池，直接进入后续水解酸化池体，节约调节池内潜水泵用电能耗的同时降低了设备损耗率，也可通过增长进水超标时间段或来水高峰期的调蓄空间，延长处理系统事故检修时的调蓄时间。

②进入污水经过格栅及沉砂处理工序以后，然后再流入事故池。此举能降低事故池内泥砂等淤积物堆积过多，避免对事故池内排污泵正常运行造成不利影响。

③通过在池底增设鼓风曝气装置，能达到水质和水量均衡，避免池体污水固体颗粒过度沉淀。

（3）水解酸化池

①池体内通过增加半池放空管，在填料板下部设置放空管，确保在池体不完全放空的情况下进行内部修整。

②若池体内排泥管标高与池底持平且坡度较小或无坡度，易造成淤泥淤积，可在管口位置设置集水槽进行优化处理。

（4）AAO生物反应池

①增加生物池放空管并对应设置蝶阀，提升生物池由于检修时放空，生化池重力传输接种活性污泥的时效及便捷性，减少过程减产时间。

②封闭式生物池结构，使用时间过长容易造成空气支管位于水下软连接部位破坏、脱节。为便于进行检修作业，通过优化在气管穿墙部位增开检修人孔，方便检修作业人员及检修机具入内；且有有效控制平衡臭气收集过程因气压不平衡造成的水流波动影响。

③AAO池体缺氧区域可将直角优化成圆角，提升流水顺畅的同时避免淤泥淤积。

3.4 电气管线设备设计优化

（1）电缆线路

降低电缆损耗往往是污水处理厂区设计优化重点。一般通过合理布置高低压配电单体位置，使配电房靠近负荷中心，减少电缆用量。同时在污水处理厂区，包括鼓风机、臭氧发生器等附属大功率设备，设计时可将配电房与鼓风机房进行“合体”布置。

（2）照明设备

污水处理厂区一般包括生产厂房、生产附属用房及综合办公楼等。生产附属用房（各类泵房、鼓风机房、加氯加药间等）相对潮湿且空间大，应选用金属氯化物灯或弯杆式壁灯。所以，设计在满足生产照明需求的前提下应确保节能、合理、经济等特性。

4 EPC模式下设计管理思路

4.1 明确联合体成员的责权利

联合体协议中应该协商明确各方的责权利，对于设计管控的重点内容，如限额设计、设计交付标准、设计周期节点、设计优化利益分配方式等做出明确的约定。鉴于EPC总承包模式无设计变更，设计变更或工程量变化都会对工程效益造成影响，只有形成利益与风险并存共担的联合体，才能从根本上调动设计人员管理的积极性，在建造过程中配合并高质量的完成设计优化管理工作。

4.2 建立建设方和总承包商双方的信任

互相信任是双方合作共赢的基础。在合同签订及谈判阶段，EPC总承包管理单位要做足充分的准备工作，认真了解项目拟采用的工艺标准、材料设备和工程造价的匹配度，取得建设单位信任，签订公平公正合理的EPC工程总承包合同，同时建造标准应与整体造价协调，避免而工程造价无法满足项目高标准需求的情况发生。

4.3 重视设计阶段的黄金优化期

EPC总承包单位应尽量提前设计优化管理，在设计关键节点或施工图设计阶段提早插入优化工作。总承包单位开展设计优化不仅是设计与施工方之间的沟通协调，还需及时与投资建设单位沟通，并获取认可，必要时应报住建单位及相关行政部门的审查审批，重视并控制设计时间成本，把握设计阶段的黄金优化期，做好与建设、行政等单位的沟通，避免低效、无效工作[4]。

4.4 控制工程造价不超概

总承包单位在设计优化时需要全盘考虑设计优化对工程造价的影响，对于增加工程造价较多的优化项即使可以增加利润，但能否采用需要全面考量，看能否与其他降低造价的设计优化项一道综合评判，否则势必增加项目超概风险。

4.5 采取有效的激励措施

总承包单位要制定有效的激励制度，提高设计和施工人员对于设计优化的积极性，除激励设计优化主要人员外，对配合的其余人员也应设置一定的奖励措施。奖励额度应与优化后产生的效益成正比。

5 结论和建议

随着建筑行业的持续更新发展，EPC工程总承包模式在污水处理厂类项目中势必成为主流，在投资方和建设行政主管部门控制投资和满足工程使用功能的基调下，打造EPC模式下的设计管理核心竞争力也必将成为企业发展的坚实路基。为此需要做到：

（1）构建高效率的施工团队。项目总承包管理团队，要有丰富的工程经验，技术人员和施工人员要有过硬的专业技术知识储备及管理能力素养，在做好专业知识的培训的同时结合实际对制定人员培养计划和合理调动，以打造优质高效的项目总承包管理团队。

（2）EPC总承包项目往往含有固定总价和固定工期属性，对设计和施工的要求较高，所以EPC总承包单位应从项目的初设阶段就纳入设计优化工作，紧密结合设计和施工。

（3）工程总承包单位应与建设投资方做好沟通工作，要求建设投资方牵头协调与地方政府及各行政单位的关系，配合做好政策服务和前期三通一平、征地拆迁等相关工作，为施工的顺利开展提供便利条件。