浅论设计优化的应用.doc

浅谈设计优化的应用方法王强（国电大开工程项目经理部，总工程师）摘要介绍了设计优化的重要性以及设计优化的应用方法，同时通过几个工程实例阐述优化的种类和方向。关键词 设计优化 方案优化 反向优化0 前言 设计优化可以控制工程投资，降低施工造价，节省工作周期，优化资源调配，可以杜绝设计者的单方面的无益的浪费。设计优化方法很多，包括图纸设计、设备设计、施工方案等等。设计优化已经变成一种潮流，属于节能减排的重要组成部分。从目前电建施工企业情况看，低价中标原则已经变成趋势，兼之物价上涨、用工荒等等因素，造成很多工程利润很低，有的甚至是零利润、负利润，经营风险逐年加大，因此开源节流、降低成本、减少消耗势在必行！而在所有的措施中设计优化是简单可行、切实有效的一种！本文从施工单位角度出发浅析阐述了设计优化的应用方法。1 设计优化的种类和方向 设计优化的种类很多，分类原则也各不相同，以笔者的经验看，可以简单分为以下几类：从优化思路角度可分为二类，第一类是正向优化，是想办法“减”。通过改变原有形式，改变原来的思维，改变原有的状态，改变原来的设计等手段，减少图纸材料含量，减少中间环节，减小材料规格，降低工艺标准；第二类是反向优化，也就是想办法“增”，根据现场实际情况、合同原则、双方约定，通过改变，实现增值。第一种正向优化我们常用，第二种反向优化往往忽视了；从优化内容角度可以分为优化图纸、优化方案、优化设备；从时间角度可以分为事前优化、事中优化、事后优化；从优化力度上看，可以分为重大优化和一般优化；从性质上看，可以分为常规优化和特殊优化；从操作主体角度可分为业主主导的优化和施工方主导的优化等等。之所以罗列这么多优化种类，主要想说明：进行优化设计之前必须明确目标，有了目标之后才能确定优化的方向，否则将适得其反、南辕北辙。2 设计优化方法和实例近几年，火电基建工程建设方和施工方都非常重视优化设计工作，一般在工程筹备阶段就开始课题公关，进行优化。优化的方法首先考虑的是控制源头，如设计理念优化、图纸设计优化等等；其次是控制过程，如施工方案优化、施工流程优化等；最后是控制细节，如调整砼配合比、选择施工环境等。控制源头的作用效果大于控制过程和控制结果的效果。因此，对于设计优化而言最佳思路是想办法控制源头。优化设计能够给施工单位带来很可观的经济效益，而且效果更明显、优势更大，目前火电建设工程利润基本维持在10%左右，完成100万的工程，扣除成本，最多能剩10万左右，但是想完成10万元的设计优化费用，在一个项目而言很轻松，任何一个项目部都可以轻松实现，因此，必须慎重对待！施工单位限于自身性质，能够采用的有效的优化方法不多，在保证质量和安全的前提下，一般大多采用图纸优化和方案优化两种。（一）图纸优化现在提起设计优化，通常视为图纸优化。想要完成图纸优化势必涉及到其责任主体设计院。说句实在话，我们施工单位和设计院既没有合同关系，对方完全没有义务为我们服务，而只要我们想进行图纸优化，就必须通过设计院，要发生接触，在处理所有关系之前，首先应该先解决一个心态问题，我们必须坚信：“原则上，每份图纸设计都可以优化！”只有这样，我们才能更好开展工作。成熟的经验是一定要和设计人员编成朋友。不仅仅是一些物资和感情上的沟通，最重要的是要相互承担责任，必须有与设计者共同承担风险勇气。后一点很重要，任何人都不会因为眼前利益、短期效益，搞砸自己的饭碗，误了自己的前程！因此，对待图纸优化必须慎重沟通协商，只有通过沟通和交流，才能真正了解设计意图，明确设计思路，进而参与设计，最终实现优化设计。下面举几个工程实例，论述优化的方法和思路。1 提前参与，优化设计这是最好的设计优化，因为影响范围小，涉及人员少，针对性强，而且避免二次设计，减少浪费，利人利己，属于双赢的一种方式，值得提倡和发扬。当然如果你想达到这种效果，就必须有准确消息来源，能够前知，达到“金风未动蝉先觉”的境界，然后结合经验和现场实际条件，在规范允许的范围内改变设计方案或调整设计思路，或有针对性的进行修正，最终实现优化。例1：国电大开工程循环水泵房，着急开工，催着要图，设计者想尽快完成设计任务，考虑整个地下采用一个大箱型基础，这种设计完全能够满足受力要求，最主要是计算量小，能够很快出图，但是如此一来，给施工单位带来的反而是结构复杂，工程量大，投入多、成本高等一系列负面效果。了解到这个情况后，现场马上与主设人沟通，参与设计，最后把基础形式由整体箱型基础，修改为局部箱型+部分独立基础的方式，满足设计要求的同时，降低了施工成本；例2：主厂房框架设计前设计者主动与现场沟通：各层框架有梁板结构中，平台钢梁与混凝土梁的连接，是采用插入式还是带挑耳的方式？经过现场确定采用插入式，带来施工便利的同时，降低费用！ 从上面二个例子可以看出，其实设计者也希望能够给施工单位提供便利条件，也希望能在设计伊始开始配合，设计院和施工单位一样，最讨厌返工，所以当设计方向可左可右的时候，只要你及早提出来，设计者没有不满足的。这种方法的重点是如何做到前知，也就是需要及时准确的沟通联系，除此之外别无选择。2 结合合同，优化设计 每个现场的条件都不一样，想搞优化设计的方向也不相同，优化的方法必须根据合同而定，比如总包合同和单价承包合同的图纸优化就绝对不一样，前者必须想办法减，而后者可以减也可以增，因此必须根据自己的实际情况确定。下面二个例子是国电大开现场发生的，不一定适用其它工程，仅供借鉴。例1、 熟悉合同条款，修改材质，进行优化设计按合同规定：设计图纸中，材料材质发生原则性变化，费用给予调整。国电大开厂区管道安装中消防管道原设计（第一版蓝图）为钢丝网骨架管（SPE），该设计与投标清单要求相符，但由于物价上涨因素，合同中综合单价很低，其中的材料价格，远远低于当时的市场价格，甚至连三分之一价格都不到，该项作业如果按图施工，肯定造成严重亏损，后来现场与设计人员联系，把情况坦诚相告，经过磋商研究，最后将此管道由钢丝网骨架管改为内外涂塑钢管，长度不变，仅这一项优化至少减少上百万的损失。例2：熟悉合合条款，增减类型，进行优化设计合同规定，当某项招标工程量在施工图中明确为“零”，则该项结算费用为零。当施工图的工程量与招标文件提供工程量的量差在10（不含10）以外时，可以调整合价。 厂区管道安装第一版蓝图中，有一种规格的预制混凝土管道在投标合同里面有，但是施工图纸根本没有，后找设计院商议，对管道规格进行调整，减少相近规格管道数量，增加该规格管道数量，即使增加量不多，起码还可以赚取10%的量差调整费用，该项优化设计为项目部减少二十多万元的损失。例3、熟悉合同，规避变更，进行优化按合同规定：每单项设计变更所引起的建安工程费增减总和在10万元以上的予以调整，调整建安工程费超出10万元之外的部分上述事件还有一点余波，如果上述问题，采用设计变更通知单形式下发的话，项目部又亏了，按合同规定，设计变更10万元不给调整，所以又进行设计优化，对图纸进行了升版，目前已出蓝图。避免设计变更问题。类似事件，在华能营口项目上也发生多次。3 重新计算，结构优化目前，土建设计图纸钢筋含量普遍超出概预算含量，量差和价差是问题已经逐渐变成项目经营的主要风险，因此降低钢筋量显得尤为重要。据设计院朋友介绍，设计者在进行设计的时候，通常会参照同类工程的设计经验，有时候甚至会在原设计图纸上直接修改，为了稳妥起见，考虑各地区条件差异，后来的设计者会在原来设计基础上再加一点安全系数，然后形成新的设计，如果该设计图纸再次被下一个设计者引用，那么还要发生上述过程，如此反复。假如每次增加1.05的安全系数，在6次以后，将会达到1.34倍，拿土建钢筋规格为例，如果第一次计算采用25的话，那么在6次后会变成32（计算为28.9，取舍），这个时间段对于设计院来讲也许仅仅4、5年的时间，也就是施工单位完成二个工程的时间，看看多么惊人！当然了这也许只是个例，笔者在这里声明：上述说法没有任何贬低设计院的意思，大多设计者都在设计之初会建立矩阵进行计算。但对施工方而言，宁可相信：每套图纸设计有设计余量，还有很大伸缩尺度。重新核算的方法大多应用在土建工程，尤其是那些工程量比较大比较集中的项目上，比如灰库、煤场、筒仓、汽机基础等等，当然，从理论上讲，最好是每个结构设计都进行重新验算，但是做到这一点很难，因此只能抓住重点。重新核算可以直接由原设计者完成，也可以由其它专业人员完成。沈阳金山热电厂工程的圆形筒仓，在设计伊始，即委托东北电力设计院的相关专家业人员进行建模计算，然后将计算结果提供给辽宁电力设计院主设人，最后达到优化设计效果，这件事，我参与其中，所以有所了解。下面举三个大开现场发生的例子：例1：国电大开汽机基础上部结构图纸（电子版）到位后，计算钢筋为192吨，后要求设计人员重新建模计算，优化设计，升版后图纸钢筋含量变成160吨，减少32吨。例2：等强代换，优化设计：国电大开工程煤仓间下磨煤机基础换填，原设计采用C20毛石混凝土，后改为级配砂石，节省费用，降低成本。例3：世异事异，优化设计：国电大开工程厂房内水消防管道，设计当时考虑水质不好，因此材料选用钢管内外涂PE，而后来，水质变好了，所以经沟通，该部分管道改成普通钢管。减少不必浪费。4 反向优化，增加产值反向优化现在用的比较少，其主要目的是增加工程量，大多用于单价承包合同，在图纸量远小于合同量，概算能包住的情况下，尽可能增加图纸工作量或者内容，这样一来相当于额外增加工作，属于是一种隐性的另委工程，和另委工程相比，项目名称没变，只是工程量加大，因此相同任务消耗小，减少运输和周转成本。当然一定要注意不能超出概算太多，否则得不偿失。该方法在曾在华能营口热电项目上使用过，效果也比较显著。例1：国电大开工程中圆形煤场基础环梁原设计5m，埋深-2.00m，与投标清单量差距太大，清单中：基础混凝土量为11434m3，而实际设计才3000多m3，后来经过反向优化设计，将基础加宽，埋深加大，修改后增加三百万左右的产值。（二） 方案优化方案优化一般不涉及外部，基本属于施工方内部的事，目前这方面搞的并不是很多，即使在做大多都是形式上、名义上的，究其原因，主要在于没有足够的经验，优化后的结果不敢百分百保证，再加上对于新技术、新工艺等，有顾虑心理，通常会本着“不求有功，但求无过”的想法，宁可走老路绕点远，不到万不得已不会去“第一个吃螃蟹”，因此想改变现有局面，必须从技术实力着手，打破思维定势，提高科技含量，重视改革创新，加大管理力度，做好过程控制，从根本上解决后患。其实方案优化很多，每天都在发生，甚至达到日新月异的地步，以电建行业的发展为例，完成一台300MW机组，现在最短工期15个月，这在10年前是根本不敢想象的；再如从机械设备上看，完成同样装机容量的工程，10年前数量起码是现在的3倍；从人员上看，现在用工量尚不足10年前的三分之一。这些统统都是科技进步的结果，随着科技发展，工艺更加合理了，设备、材料体积小了、用量少了，重量低了，对人员、设备需求降低了，工艺流程也发生了质的变化，另外一方面也是由于社会资源丰富了，很多短期使用资源，可以在市场临时租赁，这样减少了运输维护费用，降低了工程成本。以上这些都属于优化，对我们而言更多的是“被优化”。抛开这些科技进步的影响外，现场还是有很多方案是可以优化的方案，比如土建施工地下混凝土使用模板种类的问题；框架施工脚手架、模板等物资周转频率的问题；工期与投入黄金配比的问题；砌筑和结构交叉作业的问题；再比如吊装顺序和机械选用的问题等等很多，都可以进行优化，而且通过优化能够更省、更快、更好、更顺畅的完成任务，尤其是涉及大件吊装机械的方案，必须慎重评审，合理优化，这样有利于节省大型机械的费用，降低成本效果相当显著。下面举一个例子：例: 大开定子吊装方案优化国电大开项目定子重量179t，而汽机房内桥吊额定负荷为75t，在最初的施工组织总设计编写时，我们预想定子吊装方案，准备采用汽机房内二台桥吊抬吊完成，但是业主和设计院都不同意，理由是在施工图总评时，业主明确要求吊车梁混凝土结构不考虑定子吊装问题！因此在框架结构设计时根本没考虑这部分余量，所以设计院当时也不同意抬吊方案，因此这个方案就此搁浅了，最后确定的吊装方案是采用高低腿吊装。然而到实际操作时，才发现采用高低腿吊装存在的问题太多，首先是土建施工加热器平台时，必须预留定子通道，因此不能连续施工，影响工期节奏；其次由于大件运输车长度，超出预期，原计划定子从主厂房线检修通道进入就位，根本不可行，因此必须改变通道，导致已经浇筑完毕的一根加热器平台混凝土柱必须凿掉，而且沿途所有循环水泵坑必须填平碾压，铺垫铁板，如此一来，不仅影响土建施工，而且必须投入大量的道木、铁板等材料；再次，高低腿设备分散在外围项目，配齐部件耗时耗力；最后，采用高低腿，现场周期长，准备工作量大，定子的卸车、存放都存在一系列问题。在这种情况下又重新审视汽机间二台桥吊抬吊的方案。经过现场仔细计算，最后得出结论：吊装定子时的轮压根本没超过桥吊额定轮压，不存在超出设计值的情况，也根本不需要考虑设计