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装配式公租房集成设计下的EPC工程总承包模式探索

装配式公租房集成设计下的EPC工程总承包模式探索

打印 0条评论来源:中国勘察设计杂志 作者:李卓、张顼

装配式公租房集成设计下

的EPC工程总承包模式探索

——以北京顺义新城第18街区公租房为例


北京市住宅产业化集团

股份有限公司  李卓  张顼


自2010年起,国家大力推动保障性住房的发展,公共租赁住房(以下简称“公租房”)成为住房保障体系的重要组成部分。公租房作为持有型政策住房,面向的社会群体对住房品质的敏感度更高,同时要求运维阶段的便利性和经济性。传统建造方式已难以满足新时期公租房的快速发展和使用需求,装配式建筑以其工业化、精细化的特点,为公租房的高品质建造和可持续运维提供了新路径。现阶段,装配式公租房的设计、生产、施工、运维等环节存在条块分割、标准化程度低、集成设计能力不足等问题,导致成本增加。本文以顺义新城第18街区公租房EPC项目为例,将EPC(设计–采购–施工)工程总承包模式与装配式公租房结合,通过集成设计统筹各环节,实现精细化设计和成本控制;阐述EPC模式下集成设计对建筑综合把控的优势,验证了集成设计在EPC模式中的重要性及其成本优化效果。


装配式公租房集成设计

与EPC模式的契合


装配式公租房需求分析


公租房市场需求


公租房是我国政府针对中低收入家庭和“夹心层”提供的保障性住房,自2010年起开始大力发展。截至2023年底,全国保障性住房和公租房已筹集573万套(间),已通过公租房解决了3800多万城镇居住困难人员的住房问题。仅2024年上半年,全国已建设筹集保障性住房112.8万套(间)。公租房作为住房保障体系的重要组成部分,其市场需求巨大,且持续增长。


装配式建筑发展趋势


公租房作为持有型政策住房,不仅要保障建筑品质,更要从全生命周期的角度考虑运维阶段的便利性和经济性。装配式建筑的特性与公租房的需求契合度很高,通过工厂预制部品部件和现场机械化安装,可使公租房具有稳定的产品质量和更高的施工效率。加上装配式装修技术实现了设备管线与结构支撑体有效分离,更便于租赁型居住产品的后期更新和维护。因此,装配式建筑和公租房在发展中能够有机结合,实现高品质建造和可持续运维的共同目标,装配式建造方式在公租房领域的应用已成为行业趋势。


集成设计的必要性


缺少设计集成,造成装配式公租房成本增加问题凸显。由于装配式建筑建造模式和组织方式的改变,其成本组成也发生了变化。在传统建设组织模式下,设计、生产、施工等环节各自为政,缺乏集成统筹,导致成本增加。尤其是在设计阶段,由于缺乏对全产业链的综合把控,使得后期施工和运维阶段的成本难以控制。


装配式建筑对建造模式的意义


装配式建筑的工厂预制和现场装配特点,要求将技术体系和管理手段进行一体化集成。继续采用传统现浇建筑的建造和组织方式,将难以发挥装配式建筑的优势,反而会增加建设成本、降低建设效率。因此,装配式建筑需要借助新型的生产组织模式,使设计行业更加关注装配式公租房的前期策划、工厂生产、现场装配、成本控制各环节中的问题,主动融入其中,更加有效地发挥设计集成和技术整合的优势。


EPC模式的概念及特点


EPC模式的概念


EPC模式是设计–采购–施工一体化实施的工程总承包模式,国际上也称其为“交钥匙”模式。该模式对工程总承包方的综合能力要求很高,包括项目标准的把握能力、设计的策划能力、项目的管理能力、成本的优化能力、品质的控制能力和风险的抵御能力等。


EPC模式的特点


EPC模式下,项目呈现目标和价值一体化、管理系统化的特点。在EPC工程总承包项目建立的整体运作系统下,各专业、各环节能够作为子系统相互协调工作,项目质量、进度、成本的管理工作更具系统性。EPC工程总承包多为总价包干合同,成本管理需要从投标阶段开始,发挥设计的统筹能力和优化作用(图1)。


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图1 EPC模式下各环节叠加式工作模式分析图


EPC工程总承包项目从投标之初,通过设计对建设方任务书的解读,确定技术路径、建立成本模型;在投标后进行工程设计和优化设计工作,参与专业分包工作招标技术标准的确定;在项目实施阶段,还需要对施工方和专业分包方进行品控管理和变更管理;最终对产品进行整体验收交付。在EPC工程总承包模式下,设计环节处于项目的最前端,直接对接业主方的使用需求,决定了其对项目的主导作用和核心地位,在实施过程中通过设计的全过程管理,实现对项目成本的直接影响。通过设计的集成化管理,可减少专业之间的设计冲突,减少设计与采购脱节产生的不必要的支出,也可减少设计与生产、施工管理不到位造成的变更,索赔和纠纷。


EPC模式对装配式公租房集成设计的价值分析


装配式公租房是一个系统性工程,需要通过前期策划、集成设计、工厂生产、现场安装和一体装修实现建筑的产品化,其作为民生类工程使其对于成本更加敏感,所以成本控制是装配式公租房的关键。传统基于“层层分包、以包代管”的建造模式,设计、采购、生产和施工环节间彼此割裂的状态,无法实现一体化、集成化、大总包的管理方式,难以解决目前装配式公租房建设目标与实际使用需求不匹配、设计标准化程度低、生产规模化程度低、施工专业化程度低、整体集成化程度低的问题。要解决上述问题,实现对装配式公租房的成本优化,需要借助EPC工程总承包模式的一体化集成作用,发挥设计的统筹协调作用,改变现有各参建方分散、脱节工作状态。


设计策划使建设标准与使用需求得到统一


在EPC模式下,总承包方对建设标准与使用需求的统一高度关注。传统建造方式中,由于建设方、设计方和施工方之间的割裂,容易导致建设标准与实际使用需求的不匹配,容易造成建筑成本的浪费和后期维护成本的提升。而在EPC模式下,总承包方通过加强与建设方的联系,准确把握装配式公租房的设计和建设标准,进行成本控制,通过贯穿整个建设过程的互动,以及全专业、全环节的参与,实现了建设标准与使用需求的深度统一。这种统一不仅基于使用者的实际需求,还考虑了公租房的全生命周期价值,从而避免了建筑成本的浪费和后期维护成本的提升。


集成设计的主导优势得以发挥


装配式公租房作为复杂且系统的工程,其核心是集成设计。在EPC模式下,设计方和施工方成为价值共同体,使得采购、生产、施工中的问题能够前置到设计阶段进行集成解决。这种以设计为主导的工作机制,不仅明确了设计的主导地位,还通过设计的标准化、集成化优势,优化了生产、施工和采购环节。据统计与设计成果直接相关的项目费可达总费用的75%(图2)。


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图2 设计对工程造价影响程度分析图


设计范围得到扩展


在EPC模式下,装配式公租房设计的范围和内容得到了扩展,招投标管理、手续办理、合同管理、成本控制、深化设计管理、现场监造、品质控制的内容归口到了“E”端,要求设计实现集成管理(图3),从而提高了设计的整体效率和效益。


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图3 EPC模式下设计工作范围分析图


设计职权得到延伸


在EPC模式下,设计的职权得到了延伸。设计不再仅限于传统模式设计合同所约定的职权边界,而是向前后两端延伸管理范围,完成了产业链各环节上的EPC技术管理工作。这种延伸使得设计能够更好地借助采购、生产、施工的力量,实现对产品整体品质的控制。同时,设计也站在了建设方的角度,统筹协调了采购、生产、施工环节,使得设计的触角和影响范围扩大、作用被强化(图4)。


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图4 EPC模式下设计管控范畴分析图


设计与各环节得到融合


EPC模式促进了设计与成本、采购、施工的深度融合。在设计阶段,技术和成本被统筹考虑,为后续的商务谈判提供了技术支持。采购中的技术标准确定被纳入了设计程序,设计与采购计划相协调,确保了采购成果符合设计需求。同时,设计与施工计划的协调减少了不必要的设计投入,提高了施工质量和设计的合理性。


综上所述,EPC工程总承包模式对装配式公租房集成设计具有显著的价值。它通过改变传统粗放、脱节、低效的管理模式,通过精益化的管理,实现公租房建设标准与使用需求的统一,使集成设计的主导作用得以发挥,对成本的一体化管控得以实现。


顺义新城第18街区装配式公租房

项目EPC模式的集成设计实践


项目概况


顺义新城第18街区公租房项目是服务于北京友谊医院顺义新院区的职工,实现北京市高端人才向外城疏解,市区两级共同保证北京友谊医院顺义院区职住平衡的公租房项目。项目用地位于顺义区后沙峪地区,机场北线高速南侧,其用地北侧隔公共绿化用地便是新建的北京友谊医院顺义院区(图5)。


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图5 顺义新城公租房项目基地区位关系图


项目用地面积约98785平方米,限高45米,容积率2.5,总建筑面积37.16万平方米。项目建设公租房3753套,共计14栋公租房住宅,两栋增配商业楼,一栋作为快捷酒店为友谊医院服务,另一栋作为办公建筑使用(图6)。项目方案设计理念旨在为北京友谊医院的人才打造一个拥有完善配套功能、舒适居住空间、精彩立面的现代公租房社区(图7)。


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图6 顺义新城公租房项目鸟瞰图及总平面图


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图7 顺义新城公租房项目建成实景图


基于EPC模式的集成设计实践


围绕使用需求进行设计策划


设计团队结合建设方要求和项目特点,重新分析使用人群特征,评估真实需求。由于项目主力目标人群是北京友谊医院的医护工作者,设计团队对科室构成、医疗人员构成、医护工作特点、生活路径等进行了分析,得到实际需求作为设计优化和成本控制的依据(图8)。


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图8 顺义友谊医院公租房使用人群特点分析图


在规划设计层面,关注人居品质,打造5分钟生活圈,减少机动车出行需求,创造绿色出行条件。通过延伸户内居住空间,延续户内居家生活,让公租房租户生活在“小居”里,品味“大家”的生活方式(图9)。


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图9 顺义友谊医院公租房人群生活动线分析图


在单体设计层面,注重居住空间的功能复合性,减少后期维护和改造成本。从全龄社区角度考虑,让相同户型满足不同使用需求(图10)。


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图10 顺义友谊医院公租房居住空间功能复合性分析图


确立标准化与模块设计体系


标准化设计是优化装配式结构体系、提升生产规模化程度、提升施工专业化程度的基础,也是实现EPC项目整体成本优化的前提。项目通过模数化和标准化相结合,形成模块化的功能单元,利用五种户型模块、四种厨房模块、一种卫生间模块、一种阳台模块、两种空调板模块和一种核心筒模块组合形成14栋公租房楼栋,设计分析见(图11)。


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图11 顺义友谊医院公租房模块化设计分析图


标准化、模块化设计不仅提高了构件的重复使用率,降低了模具费用,还提高了装修部品的出材率,减少了材料损耗和现场人工投入,大大节约了加工、采购和安装成本。


研究应用新型装配式结构体系


项目针对套筒灌浆体系的问题,通过与生产、施工的集成创新,形成了新型预制装配结构体系——纵肋叠合剪力墙体系。该体系在生产成本和施工安装成本上实现了大幅节约。


生产成本优化。纵肋叠合剪力墙体系比套筒灌浆体系节省材料成本100元/平方米,施工周期每层节省1天,按项目面积计算可节省1600万元。此外,项目通过集成设计对纵肋叠合建立墙结构体系的预制空腔部分做了进一步优化,形成了标准化竖向构件库,节省了大量生产过程中的模板加工和改造成本。通过集成设计的优化和标准化工作的梳理,构件报价下浮10%,约1300万元(图12)。


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图12 顺义友谊医院公租房模块化设计分析图


施工安装成本优化。纵肋叠合剪力墙体系每层可节省1–2天工期和20人工天,整个项目可节省9620人工天,节省人力成本约385万元。


集成优化装配式内装设计体系


项目内装设计采用SI分离的装配式装修体系,避免了管线预埋对预制结构构件工厂加工的影响,减少了废品率和加工周期。通过设计优化和产品创新,如轻钢龙骨构造墙体与水泥基条板组合、水泥基地面模块、卫生间整体预制底盘等(图13–图15),降低了内装成本。经优化后,项目内装修部分整体造价降低了2000万元。


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图13 轻钢龙骨集成管线模块墙与水泥基条板组合示意图


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图14 水泥基地面模块示意图


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图15 卫生间整体预制底盘示意图


深挖地下工程成本优化空间


在聚焦地上装配式建筑部分优化的同时,EPC设计团队对地下工程进行了成本优化。通过面积优化、停车效率优化、车库埋深优化和钢筋混凝土指标优化等措施,优化地下室面积达到4.5万平方米,节省钢筋830吨,混凝土12450立方米,总体地下部分的优化达到2.24亿元(图16)。


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图16 地下机动车库方案优化过程统计图


统筹设计方案与施工措施相结合


项目通过施工团队的前期介入,将设计方案和施工组织方案进一步结合。设计将小市政设计和景观设计前置,实现地下室施工完成后,提前插入土方回填、小市政、部分景观工作,为装配式构件进场提供了更为宽裕的操作施工场地,减少二次倒运。此外,组织装配式内装进行穿插施工,在地上进行到10层后,装配式内装进场进行施工,以节约工期。此外,利用施工塔吊在车库顶板预留施工洞改造为车库顶板的采光井,为地下机动车库提供自然采光,并起到景观装饰的作用(图17)。上述优化可节约工期四个半月,管理成本节约300多万元,建设成本节约150余万元,整体节约接近500万元。


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图17 塔吊预留车库顶板洞口改造采光井设计图


全过程应用信息化技术


项目从策划–设计–生产–施工全过程采用BIM信息化技术。通过BIM正向设计和全过程信息化管理平台,实现了设计变更率控制在造价的1%以内,相对传统项目平均2%–8%的设计变更率,节约成本约1500万元(图18、图19)。


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图18 装配式公租房BIM族库建立示意图


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图19 EPC项目信息化管理平台示意图


实践成果与体会


通过顺义新城第18街区公租房EPC工程总承包项目的实践,集成设计的方式得以实现,多项装配式技术得到创新和改进,整体成本优化达到3亿元,相对传统组织模式下的装配式公租房建造成本节约18%,整体成本已经低于现浇建筑。总结体会如下:


设计主导是EPC模式下实现成本优化的前提。EPC模式下,设计–采购–施工中设计是产业链最前端的环节,也是对使用者需求、建设方标准了解和认知最深刻的环节,可以从项目的最前端结合需求分析,对建设标准进行优化,往往建设标准的优化空间更大,影响范围更广。


标准化设计是装配式公租房成本优化的关键。装配式公租房作为工业化产品的属性,标准化、模块化的设计是降低工厂加工和现场安装成本的关键所在。标准化设计提高了构件的重复使用率和生产效率,降低了生产成本和施工成本。


集成优化是EPC模式下装配式公租房成本控制的特点。EPC模式下,通过设计的主导作用,汇总各方问题、资源和创新点,以彼之长补己之短,形成集成优化的特点十分清晰,作用非常突出。项目对于装配式结构体系和装配式内装技术体系的优化和升级,都源于板块联动后从设计方法、生产工艺、安装技法形成的集成创新。此外,设计与施工的联动,对施工设施的利用与改造,也让设计拓展了思考和创作的维度。


信息化管理是集成设计的保障。EPC模式下,通过集成设计将各环节统一在一个平台上协同工作,前置协调,这就需要让各方信息形成共享与互通。基于BIM模型的信息化技术手段,保障了各方的信息畅通传递,让各方可以在BIM模型的基础上,进行方案比较、查缺补漏、技术模拟,同时也让成本更加精确和透明。


结论与展望


装配式公租房作为住房社会化大发展和建筑工业化的共同产物,正在引导建筑生产方式的变革。这类民生保障性居住产品结合EPC工程总承包模式和装配式建筑技术,探索引导设计行业统筹全产业链,扩大设计职责边界。通过集成设计的研究,明确其在公租房全生命周期成本控制中的关键作用,从而推动EPC模式和装配式公租房的大力发展,并为同类运营型装配式建筑提供参考与借鉴。


目前,我国装配式建筑的成本普遍高于传统现浇建筑,这是制约其在公租房中推行及普及的主要因素。针对此问题,需要全行业围绕装配式公租房的特点,对建设组织方式进行再造,形成一体化的集成设计思路,从而实现降本增效、集成创新、高质量发展。


EPC模式在我国装配式建筑领域推广时间尚短,对设计价值的认可度,如何有效发挥建筑师的技术主导作用,其与全过程工程咨询模式、建筑师负责制的系统性研究还处于摸索状态,配套的法律法规、保险制度都有待进一步完善。


延伸阅读:

预埋件和后埋件在工程应用中的对比 住建厅推广新技术!外墙保温还能这样干? 装配式建筑施工技术在建筑工程中的运用

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