工程设计限额指标查询系统在EPC工程数字化建设中的应用

在总承包（EPC）模式的工程中，成本控制是重中之重，决定了工程整体是否盈利，是否能顺利履约。在项目建设过程中，除施工阶段，设计阶段是影响成本最关键的阶段，影响成本的可能性为30 %~80 %，因而做好设计阶段的成本控制，尤其是制订精确的工程设计限额指标是总承包（EPC）模式工程中总承包单位是否实现盈利及利润高低的重点。但现阶段总承包单位均以大型施工企业为主，专业开发经验及开发过程中的成本管控能力薄弱，此问题严重制约着各总承包单位对整个工程成本的管控。工程设计限额指标是设计单位在总承包（EPC）工程中对总承包单位技术支持的核心，由于历史原因，各设计单位制定的设计限额指标与现场结算脱钩，总承包单位无法直接使用。在总承包（EPC）模式进入高质量发展，国家进入新基建的时代背景下，局限于设计单位工程设计限额指标已无法为总承包（EPC）工程提供更好的服务。笔者所在单位对现有工程限额指标系统进行转型，研究出适用于EPC模式的工程设计限额指标查询系统，将设计院和总承包单位的工作模式相结合，以解决设计阶段成本控制问题。1EPC模式下限额指标查询系统研究的目标与方法1.1 研究目标将现有的用于设计单位自我对比审核的工程限额指标与总承包（EPC）模式工程特点相结合，形成适用于EPC模式的工程限额指标系统，提升设计单位在总承包（EPC）工程模式中的配合能力，推动了设计公司设计限额数据方面的数字化转型，提高了设计公司在EPC工程数字化建设中的参与能力。1.2 研究方法EPC模式下的工程设计限额指标查询系统是基于本公司的所有工程数据，通过对基础数据进行修正，形成适合EPC工程使用工程设计限额指标查询系统。首先通过数据采集的方式统计出公司2002年1月1日至今的所有工程的基础数据，通过各类工程算量数据与基础数据的比对及逻辑推导，得出规范转换系数及工程量转换系数，再通过数据处理流程将全部基础数据修正为最终的工程设计限额指标。最后将最终的工程设计限额数据通过抗震烈度、结构类型、场地类别等条件进行分类统计并编制查询软件，通过输入上述指标可以快速、准确地查出对应工程的工程设计限额指标，为相关单位提供准确的数据支撑，研究方法流程如图1所示。图1 研究方法流程2 EPC模式下限额指标查询系统研究内容2.1 收集数据基础数据是方法论的基础，EPC工程设计限额指标查询系统基础数据是各类工程限额指标，应用最广泛的为工程每平方米含钢量指标及含混凝土量指标。本次基础数据统计以公司2002年1月1日（GB 50011—2001《建筑抗震设计规范》实施日期）后全部居住建筑为研究对象，共计53个工程，个别工程时代较久远，档案库中只有图纸，没有备案模型。为保证统计数据的统一性及兼顾统计效率，对有备案模型的工程，将模型全部转换为PKPMv1.3版，利用PKPM中结构工程量统计模块，统计出全楼的含钢量数据及含混凝土量数据。对没有备案模型的工程，根据结构施工图重新建模，按照GB 50011—2001《建筑抗震设计规范》（2016版）要求重新计算，统计出全楼的含钢量数据及含混凝土量数据。2.2 数据处理2.2.1 推导出新旧规范转换系数因所有工程样本从2002—2022年，时间跨度较长，在此期间多本规范更新均会对施工图配筋结果产生影响，相关规范如下。GB 50068—2018《建筑结构可靠性设计统一标准》（下称可靠性规范），于2019年4月1日开始实施，永久荷载和可变荷载组合值系数分别由1.2及1.4变为1.3及1.5，导致荷载基本组合提高8 %。GB 55002—2021《建筑与市政工程抗震通用规范》（下称抗震通用规范）于2022年1月1日开始实施，地震作用分项系数由1.3改为1.4，相当于地震分项作用增大7 %左右。为保证查询的设计限额数据适用于当前及未来的工程，需要将2019年4月1日前的工程，乘以规范转换系数K1，消除永久荷载组合值系数及地震分项系数改变对基础限额数据的影响。将2019年4月1日至2022年1月1日的工程，乘以规范转换系数K2，消除地震分项系数改变对基础限额数据影响。可靠性规范及通用规范分别实施后，荷载基本组合及地震分项作用结果比之前分别提高了8 %及7 %。由于配筋量与荷载组合成正比，因此所有按计算控制决定配筋量的结构构件，配筋均应相应提高8 %及7 %。但是住宅多为剪力墙结构，剪力墙结构只有底部加强区的部分结构构件才为计算配筋控制，其他部位及标准层多为构造配筋控制，因此1.08及1.07为K1及K2值的上限，直接用基础限额数据乘以K1及K2调整。修正后数值与工程算量数据比对发现，修正数值比工程算量实际数据误差大于5 %。因此规范调整系数具体应取多少还应参考具体工程对比，由具体比对数据确定。现选取3个工程，抗震参数分别为6度0.05 g为第一组，7度0.1 g为第三组，8度0.2 g为第二组，场地类别均为二类。分别按新旧规范进行计算配筋，根据统计的设计限额指标对比，得出规范转换系数K1及K2，见表1和表2。表1 规范转换系数K1统计表表2 规范转换系数K2统计表根据最终统计数据可以得出结论，两本规范的相关系数改变对于含混凝土量均没有影响，永久荷载和可变荷载组合值系数的改变对配筋结果影响较大，对于抗震设防烈度为6度及8度区的工程可按K1=1.02进行调整，对于抗震设防烈度为7度区的工程可按K1=1.035进行调整。地震作用分项系数的改变，对于抗震设防烈度为6度及7度区的工程影响不大，可取K2=1（即不调整），对于抗震设防烈度为8度区的工程有一定影响，可按K2=1.01进行调整。2.2.2 推导出工程量转换系数总承包单位计算工程量的软件多为广联达软件，在限额数据统计的过程中，发现经过新旧规范转换系数修正后的基础限额数据与总承包单位自己计算的工程量数据仍有较大差距。通过分析发现，主要原因在于PKPM的结构工程量统计模块进行工程量统计时，不考虑二次结构（隔墙构造柱及拉结钢筋、建筑预埋件、装饰构件等非结构构件）部分的钢筋及施工措施筋，广联达软件输出数据为一次结构及二次结构配筋量的总和，措施筋也可单独统计，因此误差较大。本方法论通过乘以工程量转换系数K3的方法，对基础限额数据进行修正，使最终的查询指标总承包单位可以直接使用，更适用于总承包（EPC）工程。现选取最近竣工的抗震设防烈度8度某工程，场地类别为二类。此工程是按最新规范进行计算并绘制施工图，现将此工程应用PKPM工程量统计模块统计的限额数据与总承包单位预算广联达算量数据进行对比，得出工程量转换系数K3，见表3。表3 工程量转换系数K3统计表对最终的统计数据进行分析，得出结论：住宅类工程地上部分的配筋量可按工程量转换系数K3=1.33进行调整，纯地下车库的配筋量可按工程量转换系数K3=1.26进行调整。2.2.3 数据处理流程总结根据推导出来的规范转换系数K1及K2，以及工程量转换系数K3，依据思维导图（图2）对基础设计的限额数据进行处理，可得出最终工程设计限额指标。图2 数据处理流程2.3 数据归类统计将处理完毕的最终工程设计限额数据，根据设防烈度、场地类别、结构形式、结构分类等指标分类统计。将统计后的最终工程设计限额数据编制成易于按上述指标检索的工程设计限额指标查询软件。3工程设计限额指标查询系统在项目中的应用成效工程设计限额指标查询系统开发完成后，先后在多个项目中得以应用，如在大兴公租房项目、丰台东河沿公租房项目、房山苏庄商品房等项目前期投标阶段精准地预估了土建部分的成本，准确率达97 %以上，极大地提高了总包单位投标效率和成本估算的准确率，具体数据见表4。表4 各项目查询数据与算量数据对比在房山碧桂园、石景山衙门口回迁房项目设计中，通过查询系统的数据，为地下车库顶板制定最优结构方案提供了有效的数据支持，具体数据见表5。表5 地库顶板结构形式查询结果对比在查询系统编制完成后，通过对各项目设计方法的提炼还总结形成了有助于设计行业发展的建筑结构限额设计优化建议。以大兴公租房项目的结果为例进行成效分析如下。大兴公租房项目总用地面积59 088 ㎡，总建筑面积139 734 ㎡，其中地上面积106 358 ㎡，地下面积33 376 ㎡，容积率1.8，共由12栋单元楼，2栋配套楼及1栋地下车库组成，12栋单元楼均为地上12层，地下1层，结构高度35.1 m，抗震设防烈度为8度，结构形式为剪力墙结构，场地类别为Ⅱ类，根据上述指标通过软件查询出相应工程设计限额数据，与总包单位聘请的第三方算量公司用广联达软件计算出具的真实工程量数据进行对比，见表6。表6 数据对比根据数据对比，查询设计限额数据误差均控制在5 %之内，满足使用要求。工程设计限额指标查询系统在大兴公租房项目没有施工方案、施工图且只有建筑规模的情况下，通过自动分析和计算得出项目最终造价，为总包单位提供了准确的数据支撑，将总包单位制订投标计划时间缩短1周。4 结束语以应用较多的住宅工程为研究对象，对如何将设计软件生成的用于设计进行施工图质量控制的基础限额数据，通过规范调整系数、工程量调整系数的修正，将基础限额数据转化成满足最新规范要求，并适应总承包单位使用要求的工程设计限额数据，形成了一套有设计公司特色的EPC模式下工程设计限额指标查询