張 敏，王艷明,，梁 斌，劉東明

(1.河南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 洛陽 471023；2.中交二公局 第四工程有限公司，河南 洛陽 471013)

0 引言

近幾年來，市政管線泄漏爆炸、大雨內(nèi)澇全城“觀?！钡仁录l發(fā),多頭管理效率低下等問題引起廣泛關(guān)注。地下綜合管廊將市政、電力、燃?xì)夂徒o排水等各種管線集于一體[1-3]，其建設(shè)涉及專業(yè)項(xiàng)目較多，如何在綜合管廊項(xiàng)目建設(shè)過程中制定合理的施工計(jì)劃，準(zhǔn)確掌握施工進(jìn)程，從而對整個工程施工進(jìn)度、資源和質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一有效的管理和控制，是地下綜合管廊領(lǐng)域所亟待解決的問題[4-6]。

近年來，國內(nèi)外一些專家學(xué)者將建筑信息模型(building information modeling，BIM)技術(shù)與管理理論運(yùn)用到城市地下綜合管廊建設(shè)中，取得了一定的成果[7-10]。文獻(xiàn)[11]以某個住宅工程為依托，借助BIM技術(shù)進(jìn)度模擬、工程量計(jì)算等功能，運(yùn)用掙值管理與BIM技術(shù)聯(lián)合操作流程，實(shí)現(xiàn)建筑工程可視化跟蹤管理。文獻(xiàn)[12]將BIM技術(shù)中進(jìn)度框架應(yīng)用于隧道工程建設(shè)中，運(yùn)用BIM技術(shù)中進(jìn)度實(shí)時監(jiān)控、進(jìn)度動態(tài)模擬和工程量動態(tài)管控查詢等功能，解決了市政項(xiàng)目溝通協(xié)調(diào)困難、工程延期等問題。文獻(xiàn)[13]將BIM技術(shù)與掙值管理方法相結(jié)合，對地鐵車站工程進(jìn)行進(jìn)度+成本綜合施工管理，評估項(xiàng)目實(shí)際實(shí)施情況并及時調(diào)整，保證計(jì)劃實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[14]運(yùn)用BIM技術(shù)模擬施工全過程，并采用掙值法對項(xiàng)目各個成本參數(shù)進(jìn)行評估，實(shí)現(xiàn)了整個建筑工程施工過程可視化以及進(jìn)度、成本的聯(lián)合控制。文獻(xiàn)[15]基于BIM四維技術(shù)施工進(jìn)度管理在綜合管廊工程中的應(yīng)用，結(jié)合計(jì)劃-執(zhí)行-檢查-處理(plan-do-check-action，PDCA)原理，探究BIM實(shí)時模型構(gòu)件、進(jìn)度偏差分析與預(yù)警對施工進(jìn)度的優(yōu)化。

綜上所述，掙值法與BIM技術(shù)結(jié)合研究多為理論層面定性工程管理，但對于定量管理措施的研究較少。本文針對福州市萬新路地下綜合管廊工程特點(diǎn)，將BIM技術(shù)與掙值法相結(jié)合，對綜合管廊K0+080～K0+275標(biāo)段施工階段中計(jì)劃與實(shí)際的進(jìn)度、成本進(jìn)行比較，通過工作分解結(jié)構(gòu)(work breakdown structure，WBS)進(jìn)行任務(wù)分解，分析其偏差原因。對產(chǎn)生偏差的工序采取成本、時間最優(yōu)化控制措施。將其方法應(yīng)用于綜合管廊整個工程施工管理組織流程中，從而提高綜合管廊工程管理效率，實(shí)現(xiàn)總體進(jìn)度優(yōu)化。

1 工程概況

中交二公局第四工程有限公司承擔(dān)的福建省福州市濱海新城綜合管廊建設(shè)工程，是國家重點(diǎn)支持的民生工程，是創(chuàng)新福州市濱海新區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要舉措。萬新路綜合管廊在道路標(biāo)準(zhǔn)段，其平面線形與所在道路平面線形基本一致。綜合管廊起止樁號為K0+080～K2+000，基本分布在道路東側(cè)非人行道下，基坑開挖深度為4.9～10.4 m，總長度為1 972.4 m。

圖1 本項(xiàng)目綜合管廊效果圖

本項(xiàng)目綜合管廊效果圖見圖1。管廊全部為雙艙斷面，分為綜合艙和電力艙，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段凈寬高尺寸為6.50 m× 3.85 m(不含外壁)，綜合艙斷面凈寬高尺寸為3.40 m×3.85 m，電力艙斷面凈寬高尺寸為2.80 m×3.85 m。管廊綜合艙內(nèi)布置DN800給水管線、24孔通信電纜、32孔10 kV電力管、預(yù)留DN200中水管；電力艙管線為110 kV高壓電力管、220 kV高壓電力管。綜合管廊地處南亞熱帶海洋性季節(jié)風(fēng)候區(qū)，日照充足，雨量充沛，降水分布不均，易遭旱澇災(zāi)害，季風(fēng)明顯，濱海風(fēng)大，易遭臺風(fēng)襲擊，對綜合管廊施工進(jìn)度具有一定的影響，加大了進(jìn)度和成本控制的難度。因此，對本工程進(jìn)行施工方案優(yōu)化，加強(qiáng)進(jìn)度與成本控制，對保證濱海新城市政總體建設(shè)的順利進(jìn)行具有重要意義。

2 綜合管廊BIM建立

萬新路地下綜合管廊實(shí)時施工模型按照圖紙進(jìn)行搭建，以完成對全專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙校核，從而及早地對圖紙進(jìn)行糾錯。按照綜合管廊各專業(yè)的模型精細(xì)度要求，依據(jù)Revit平臺的建模系統(tǒng)特點(diǎn)，分別建立綜合管廊工程的主體結(jié)構(gòu)、機(jī)電及管線等各專業(yè)模型[16]，再利用Revit平臺文件鏈接方式，集成各專業(yè)模型，進(jìn)而形成完整的綜合管廊BIM三維施工模型。

圖2 本項(xiàng)目綜合管廊人員出口三維剖面視圖

在建模過程中，根據(jù)實(shí)際進(jìn)度情況還需定期采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從而更新實(shí)時施工模型。利用BIM技術(shù)可以進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計(jì)，能夠及早發(fā)現(xiàn)各專業(yè)設(shè)計(jì)中錯、碰、漏、撞的問題，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)成果一致性。本項(xiàng)目綜合管廊人員出口三維剖面視圖如圖2所示，BIM的信息包含在各個組件中，可以被檢索利用，有利于項(xiàng)目施工和后期運(yùn)營維護(hù)。

3 基于BIM與掙值法的進(jìn)度管理優(yōu)化

3.1 掙值管理指標(biāo)

掙值管理方法用計(jì)劃工作量預(yù)算費(fèi)用BCWS、 已完工作量預(yù)算費(fèi)用BCWP和已完工作量實(shí)際費(fèi)用ACWP這3個基本值表示項(xiàng)目實(shí)施狀態(tài)[17]。掙值管理是在單因素偏差分析方法的基礎(chǔ)上，引入掙值(earned value，EV)為中間變量，將工程實(shí)際進(jìn)度通過計(jì)劃費(fèi)用來衡量，使衡量單位一致，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)度和成本的偏差計(jì)算。CV和SV分別為成本偏差和進(jìn)度偏差，計(jì)算公式為：

CV=BCWP-ACWP；

(1)

SV=BCWP-BCWS。

(2)

通過比較以上掙值參數(shù)，對建筑工程進(jìn)度、費(fèi)用偏差狀態(tài)進(jìn)行評價、監(jiān)督與預(yù)警，可以及時采取相應(yīng)的糾正措施。掙值法參數(shù)分析及對應(yīng)措施如表1所示。

表1 掙值法參數(shù)分析及應(yīng)對措施

3.2 監(jiān)測流程

建立與工程量和工程造價相關(guān)聯(lián)的綜合管廊BIM，通過細(xì)化施工任務(wù)，編制施工進(jìn)度計(jì)劃，形成工程量-進(jìn)度-成本集成模型[18]。針對某一階段的工作，在BIM中提取相應(yīng)工程量及價格，進(jìn)行關(guān)于掙值法相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，計(jì)算得出成本偏差CV和進(jìn)度偏差SV，對CV和SV比較正負(fù)與大小，確定其影響值。偏差大于等于閾值，則需分析其偏差原因，采取糾偏措施，BIM與掙值法關(guān)聯(lián)的監(jiān)測流程見圖3。

圖3 BIM與掙值法關(guān)聯(lián)的監(jiān)測流程

圖4 綜合管廊K0+080～K0+275標(biāo)段BIM圖

萬新路地下綜合管廊所在地區(qū)年均降水量為1 200～1 700 mm，平均雨量1 382.3 mm，具有季節(jié)性分布特點(diǎn)，且施工過程中由于圖紙變更等原因加大了進(jìn)度和成本的控制難度?，F(xiàn)以萬新路地下綜合管廊K0+080～K0+275標(biāo)段工程為例，闡述BIM-掙值法控制應(yīng)用過程及效果。綜合管廊K0+080～K0+275標(biāo)段結(jié)構(gòu)工程施工階段主要分為綜合管廊基坑開挖階段、綜合管廊主體施工階段及綜合管廊附屬結(jié)構(gòu)施工階段3個工作節(jié)點(diǎn)。圖4為綜合管廊K0+080～K0+275標(biāo)段BIM圖。

利用Microsoft Project軟件編制施工進(jìn)度計(jì)劃，施工進(jìn)度計(jì)劃包括準(zhǔn)備、施工和竣工3個階段。編制進(jìn)度計(jì)劃需合理安排流水施工，將工程總進(jìn)度細(xì)化、分層并采用循環(huán)模式預(yù)測可能產(chǎn)生的偏差。通過與工程量和工程造價相關(guān)聯(lián)的綜合管廊BIM，運(yùn)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)提取數(shù)據(jù)，計(jì)算進(jìn)度偏差SV、成本偏差CV和進(jìn)度偏差率，其中，進(jìn)度偏差率=(BCWP-BCWS)×100%/BCWP。綜合管廊K0+080～K0+275標(biāo)段前10周偏差分析參數(shù)值如表2所示。由表2可知：綜合管廊工程K0+080～K0+275標(biāo)段施工前4周SV=0，前4周按計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行；第5周開始出現(xiàn)進(jìn)度偏差；第8周進(jìn)度偏差率為6%(>5%)，需分析偏差原因，通過方案比選進(jìn)行糾偏。

表2 綜合管廊K0+080～K0+275標(biāo)段前10周偏差分析參數(shù)值

3.3 進(jìn)度偏差分析

利用WBS對K0+080～K0+275標(biāo)段按工序?qū)嵤┓纸?，綜合管廊K0+080～K0+275標(biāo)段1～8周工作內(nèi)容分別為綜合管廊基坑支護(hù)、基坑開挖、基坑地基處理和底板施工4個施工工序，從中分析產(chǎn)生偏差的工序，針對產(chǎn)生偏差的工序采取具體糾偏措施。綜合管廊部分工序施工現(xiàn)場如圖5所示。

利用BIM平臺統(tǒng)計(jì)綜合管廊基坑支護(hù)、基坑開挖、基坑地基處理、底板施工4個施工工序進(jìn)度偏差，計(jì)算進(jìn)度偏差率，分析各工序?qū)υ摌?biāo)段施工進(jìn)度的影響。WBS節(jié)點(diǎn)進(jìn)度偏差分析見表3。

表3 WBS節(jié)點(diǎn)進(jìn)度偏差分析

從表3中可知：綜合管廊基坑地基處理和底板施工兩個施工工序發(fā)生施工延誤。對于延誤工序進(jìn)行分析，在綜合基坑開挖完成后，需進(jìn)行基坑地基處理，其中，包括碎石砂墊層、鋼筋混凝土墊層

圖6 偏差調(diào)整前趨勢分析圖

施工；然后，進(jìn)行綜合管廊底板防水及底板鋼筋混凝土澆筑施工。由于降水具有季節(jié)性分布特點(diǎn)，受雨季影響，綜合管廊基坑積水嚴(yán)重，排水不及時，造成基坑地基處理和底板鋼筋混凝土澆筑施工工序延誤。根據(jù)偏差分析，得到如圖6所示的偏差調(diào)整前趨勢分析圖，若不對工程采取糾偏措施，工期將超期2周，并伴隨成本超支。

3.4 調(diào)整方案比選

上述分析得出引起施工延誤的主要原因?yàn)榫C合管廊基坑積水，針對其工期延誤原因，將增加管井以及排水泵，加強(qiáng)排水措施，并結(jié)合表1掙值法參數(shù)分析及應(yīng)對措施，當(dāng)BCWS>ACWP>BCWP，CV<0，SV<0時，應(yīng)對措施需增加高效率人員的投入。根據(jù)上述原則分析綜合管廊基坑地基處理與底板鋼筋混凝土澆筑施工過程，由于綜合管廊地基處理工序中需進(jìn)行鋼筋混凝土墊層施工，因此決定采用增加鋼筋工來趕工期。具體調(diào)整方案則采用BIM平臺進(jìn)行模擬，通過工期-成本優(yōu)化比選，調(diào)整方案模擬結(jié)果見表4。

表4 調(diào)整方案模擬結(jié)果

圖7 偏差調(diào)整后趨勢分析圖

由表4可知：方案2能夠滿足工程工期計(jì)劃,同時，其施工成本最低。通過糾偏措施方案比選，確定采用第8周起增加鋼筋工5人為最終調(diào)整方案。偏差調(diào)整后趨勢分析圖如圖7所示。由圖7可知：采取糾偏措施后，工期到第12周時，BCWP=BCWS。因此，通過方案比選糾偏措施可以有效解決進(jìn)度偏差，在第13周實(shí)現(xiàn)計(jì)劃工期。

4 項(xiàng)目實(shí)施效果

4.1 進(jìn)度控制效果

福州市萬新路地下綜合管廊施工從2018年9月15日開工，計(jì)劃完成時間為2020年4月1日，原計(jì)劃總工期404 d，原計(jì)劃完成基坑開挖和主體結(jié)構(gòu)兩個施工節(jié)點(diǎn)工期分別為165 d 和177 d。采用BIM技術(shù)與掙值法相結(jié)合，優(yōu)化后實(shí)際總工期縮短56 d，綜合管廊基坑開挖、綜合管廊主體施工和綜合管廊附屬結(jié)構(gòu)施工3個施工節(jié)點(diǎn)的工期分別縮短23 d、19 d和14 d，體現(xiàn)了基于BIM技術(shù)與掙值法優(yōu)化進(jìn)度-成本過程控制的優(yōu)勢。

4.2 風(fēng)險控制效果

結(jié)合福州市萬新路地下綜合管廊施工實(shí)際特點(diǎn)，主要風(fēng)險監(jiān)測對象包括樁頂水平位移、樁頂沉降、樁體深層水平位移、鋼支撐軸力和水位降深等，各個監(jiān)測項(xiàng)目風(fēng)險情況如表5所示。

表5 監(jiān)測項(xiàng)目風(fēng)險情況

由表5可知：福州市萬新路綜合管廊施工過程各階段風(fēng)險均控制在安全范圍內(nèi)，風(fēng)險等級控制在中級及以下，由此說明，利用BIM技術(shù)與掙值法相結(jié)合指導(dǎo)綜合管廊實(shí)際施工中風(fēng)險控制效果良好。

5 結(jié)論

(1)利用掙值法與BIM技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，對臨海富水軟弱地層綜合管廊施工過程進(jìn)行可視化動態(tài)管理，采取進(jìn)度優(yōu)化管理措施，總工期縮短56 d。

(2)針對綜合管廊K0+080～K0+275標(biāo)段施工過程中的進(jìn)度偏差，通過糾偏措施方案比選，采取成本、時間最優(yōu)化控制措施，對工程進(jìn)行有效管理，最終在第13周實(shí)現(xiàn)計(jì)劃工期。

(3)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果分析，施工監(jiān)測項(xiàng)目樁頂水平位移、樁頂沉降、樁體深層水平位移、鋼支撐軸力及水位降深最大值分別為11.73 mm、-3.57 mm、14.4 mm、-44.88 kN和1 260 mm，最大值均未超出報警值，風(fēng)險等級均在中級及以下，滿足規(guī)范要求，使用BIM技術(shù)與掙值法結(jié)合對施工進(jìn)度和成本控制較為有效。

(4)BIM 技術(shù)與掙值法運(yùn)用到綜合管廊施工進(jìn)度管理過程中，實(shí)際工程中取得良好的效果，針對綜合管廊的工程特點(diǎn)和實(shí)際需求，BIM 技術(shù)與掙值法管理的應(yīng)用具有充分必要性和可行性。