數(shù)據(jù)建模在長(zhǎng)大隧道工程量計(jì)算中的運(yùn)用

袁建飛

(中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司，陜西 寶雞 721006)

0 引言

隧道施工過(guò)程中，相關(guān)工程數(shù)量的計(jì)算在項(xiàng)目施工管理中起著舉足輕重的作用。每個(gè)月都要經(jīng)歷一次制定材料計(jì)劃，月末驗(yàn)工計(jì)價(jià)，材料消耗核算等項(xiàng)目成本核算工作。以上工作均離不開(kāi)工程量計(jì)算，而這些具有不同用途的數(shù)據(jù)涉及工程建設(shè)資金、材料、試驗(yàn)、工程等方面，如何在很短時(shí)間將這些項(xiàng)目繁多、冗雜的數(shù)據(jù)分門別類而又有機(jī)統(tǒng)一起來(lái)，是實(shí)現(xiàn)隧道工程量計(jì)算的首要任務(wù)。雖然這些數(shù)據(jù)隨著施工進(jìn)度，而發(fā)生變化，但某一些計(jì)算方法卻每月重復(fù)。通過(guò)觀察，這些存在于不同表格中，并以多種形式出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，具有這樣的特性:復(fù)雜性、統(tǒng)一性、相互驗(yàn)證性。找到其關(guān)聯(lián)，是解決這一問(wèn)題的前提。而尋找一種既能夠快速進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，又能夠根據(jù)各部門不同需要快速的將數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來(lái)的方法成為問(wèn)題的焦點(diǎn)。

經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，并在推廣過(guò)程中不斷完善，最終得出了一種能夠?qū)⒑Ａ繑?shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)化的方法，即利用微軟Office中Excel強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力建立數(shù)據(jù)模型以使工程量計(jì)算簡(jiǎn)化。可稱之為“一站式輸出”，即只需輸入計(jì)算里程和長(zhǎng)度，便可在相應(yīng)的表格中得到想要的數(shù)據(jù)。以中南鐵路發(fā)鳩山隧道工程量計(jì)算系統(tǒng)為例，對(duì)主要步驟截圖說(shuō)明。

1 整體思路

數(shù)據(jù)建模定義為:對(duì)現(xiàn)實(shí)世界各類數(shù)據(jù)的抽象組織，確定數(shù)據(jù)庫(kù)需管轄的范圍、數(shù)據(jù)的組織形式等直至轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)。將經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析后抽象出來(lái)的概念模型轉(zhuǎn)化為物理模型后，在Visio或Erwin等工具建立數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體以及各實(shí)體之間關(guān)系的過(guò)程(實(shí)體一般是表)。

在本案中數(shù)據(jù)建模的中心思想為:利用Excel建立一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，并通過(guò)Excel強(qiáng)大的運(yùn)算能力，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行引用、篩選、求和，最終以各種表現(xiàn)形式輸出［1－2］。

隧道工程量計(jì)算的整體思路為:以隧道圍巖統(tǒng)計(jì)表為主線，延展出相應(yīng)圍巖的延米數(shù)量表，根據(jù)所需計(jì)算的里程范圍，運(yùn)用Excel數(shù)據(jù)合并計(jì)算功能，快速實(shí)現(xiàn)不同類型襯砌斷面求和，再通過(guò)函數(shù)將數(shù)據(jù)鏈接至各部門所需的輸出表中，如材料計(jì)劃、清方單、設(shè)計(jì)材料消耗等。

2 建立數(shù)據(jù)模型

根據(jù)隧道工程量計(jì)算的整體思路對(duì)數(shù)據(jù)建模過(guò)程進(jìn)行剖析。站在項(xiàng)目管理的角度，統(tǒng)管各工點(diǎn)，若計(jì)算規(guī)則不統(tǒng)一，會(huì)使得收集到的數(shù)據(jù)雜亂而難于復(fù)核，因此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析之前，首先是統(tǒng)一計(jì)算規(guī)則。

2.1 明確延米數(shù)量計(jì)算規(guī)則

為了保證隧道工程月末清方工程數(shù)量盡可能與現(xiàn)場(chǎng)一致，又能簡(jiǎn)單操作便于項(xiàng)目成本核算與現(xiàn)場(chǎng)管控，按照施工工序結(jié)合分部分項(xiàng)劃分，特制定隧道延米數(shù)量計(jì)算規(guī)則，具體見(jiàn)表1。

表1 發(fā)鳩山隧道延米數(shù)量計(jì)算規(guī)則Table 1 Calculation roles of Fajiushan tunnel

2.2 編制圍巖襯砌斷面延米數(shù)量表

隧道的施工工法及支護(hù)形式與各里程段的襯砌斷面類型密不可分。圖1為發(fā)鳩山隧道襯砌斷面類型，與之對(duì)應(yīng)的圍巖襯砌斷面延米數(shù)量是計(jì)算工程量的基礎(chǔ)，它乘以計(jì)算長(zhǎng)度即可得出結(jié)果，為便于相互復(fù)核，必須將計(jì)算過(guò)程體現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)實(shí)踐，按照隧道工程分部分項(xiàng)劃分將施工過(guò)程進(jìn)行細(xì)化、拆分，按照不同圍巖類別(加寬值)編制出了圍巖襯砌斷面延米數(shù)量套表(為方便大家理解截圖說(shuō)明，見(jiàn)圖2—4)，作為《已完工程數(shù)量清方單》的附表，這樣既體現(xiàn)了計(jì)算過(guò)程，更重要的是便于復(fù)核。

編制過(guò)程應(yīng)注意，延米數(shù)量表中各部位延米數(shù)量劃分應(yīng)嚴(yán)格按照上述計(jì)算規(guī)則確定，同時(shí)為了便于計(jì)算，各個(gè)圍巖級(jí)別(加寬值)延米數(shù)量表應(yīng)保持行與列的統(tǒng)一，也就是說(shuō)無(wú)論任何一種斷面對(duì)應(yīng)的延米數(shù)量表均應(yīng)保持表格形式的絕對(duì)統(tǒng)一，如果所對(duì)應(yīng)的工程項(xiàng)目無(wú)對(duì)應(yīng)內(nèi)容，那么只需將對(duì)應(yīng)位置數(shù)字空缺即可。這對(duì)下一步的數(shù)據(jù)引用和運(yùn)算是非常重要的。

2.3 編制隧道圍巖統(tǒng)計(jì)表

隧道工程月度收方一般按里程部位進(jìn)行收方，為了過(guò)程可顯，又能清楚直觀地展現(xiàn)各里程段落所對(duì)應(yīng)的襯砌類型，最終實(shí)現(xiàn)“一站式”輸出目的，特編制《隧道圍巖統(tǒng)計(jì)表》，見(jiàn)圖5。

2.4 編制數(shù)據(jù)輸出形式

通過(guò)以上幾個(gè)步驟，已基本建立出了隧道工程數(shù)量計(jì)算過(guò)程的模型，而這些數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算，會(huì)將結(jié)果存儲(chǔ)在具有一定功能，且被其他部門所需要的表格中，最終以表格的形式輸出。如何進(jìn)行數(shù)據(jù)分類匯總是我們這步需要進(jìn)行的工作，統(tǒng)一表格形式，編制相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出表格。具體操作步驟為:

1)按照本工程隧道施工合同所列項(xiàng)目編制《已完勞務(wù)作業(yè)數(shù)量清方單》(見(jiàn)圖6)。

2)根據(jù)項(xiàng)目物資管理特點(diǎn)編制《設(shè)計(jì)材料消耗表》、《材料計(jì)劃表》［6］(見(jiàn)圖 7和圖 8)。為便于各部門協(xié)作，必須注意格式統(tǒng)一，以便于利用該計(jì)算系統(tǒng)大幅度提高工作效率。另外為了便于查詢，支付編號(hào)以及材料序號(hào)必須統(tǒng)一，否則查詢速度及其效率將大打折扣。

按照不同配比對(duì)混凝土進(jìn)行分類匯總，以便將各類混凝土按照理論配比換算為相應(yīng)材料，利用Excel函數(shù)Sumproduct()數(shù)組計(jì)算命令可以方便地進(jìn)行計(jì)算與分類匯總，表格形式見(jiàn)圖9。

圖9 設(shè)計(jì)混凝土原材料計(jì)算表Fig.9 Calculation of raw materials of design concrete

3 系統(tǒng)集成

根據(jù)各部位延米數(shù)量計(jì)算規(guī)則，先后制作了《各襯砌斷面延米數(shù)量表》、《隧道圍巖統(tǒng)計(jì)表》、《設(shè)計(jì)混凝土分配表》、《清方單》、《材料計(jì)劃》、《設(shè)計(jì)材料消耗》，那么如何將這些看似零散的表格集成以發(fā)揮其強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能成為問(wèn)題的關(guān)鍵。這些數(shù)據(jù)之間存在著一定的邏輯關(guān)系，利用這些邏輯關(guān)系，運(yùn)用Excel的運(yùn)算能力，實(shí)現(xiàn)“一站式”計(jì)算的目的。這套計(jì)算系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)計(jì)算過(guò)程可見(jiàn)，重視Excel函數(shù)特別是數(shù)組強(qiáng)大處理功能的運(yùn)用。

3.1 隧道圍巖統(tǒng)計(jì)表與延米數(shù)量表之間鏈接

隧道圍巖統(tǒng)計(jì)表中一種襯砌斷面對(duì)應(yīng)2列，一列為完成里程段，另一列為對(duì)應(yīng)完成長(zhǎng)度。將隧道圍巖統(tǒng)計(jì)表完成里程段與隧道圍巖襯砌斷面延米數(shù)量表對(duì)應(yīng)完成里程段鏈接即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算。鏈接中運(yùn)用Excel中IF()等函數(shù)實(shí)現(xiàn)。此項(xiàng)工作由于隧道對(duì)應(yīng)襯砌斷面多造成該步工作量巨大，加之該步驟相對(duì)枯燥容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，為了提高效率制作完一個(gè)襯砌斷面后，其他斷面可以建立副本重命名后利用查找替換高級(jí)命令進(jìn)行替換即可，本步驟計(jì)算公式相對(duì)簡(jiǎn)單，不再贅述。

3.2 各圍巖襯砌斷面延米數(shù)量表求和

將各圍巖襯砌斷面延米數(shù)量表與圍巖統(tǒng)計(jì)表鏈接完成后，利用Excel數(shù)據(jù)合并計(jì)算命令將上述10種襯砌斷面進(jìn)行求和，文首要求制作圍巖襯砌斷面延米數(shù)量表時(shí)必須固定行與列，從利用合并計(jì)算命令進(jìn)行計(jì)算，Excel提供2種合并計(jì)算的方法:按位置合并和按類別合并。按位置合并計(jì)算數(shù)據(jù)時(shí)，要求所有源區(qū)域中的數(shù)據(jù)被相同地排列，也就是說(shuō)每一個(gè)源區(qū)域中的數(shù)據(jù)都必須在相對(duì)的位置上;如果每個(gè)源區(qū)域中的數(shù)據(jù)排列各異，則應(yīng)按類別合并。

本計(jì)算系統(tǒng)數(shù)據(jù)排列完全相同，采用位置合并計(jì)算。圖10為創(chuàng)建連接數(shù)據(jù)界面，計(jì)算步驟如下:

圖10 創(chuàng)建連接數(shù)據(jù)界面Fig.10 Connection data establishing interface

1)合并表可由復(fù)制產(chǎn)生，在清除“數(shù)量”中的數(shù)據(jù)同時(shí)選中此區(qū)域。

2)選“數(shù)據(jù)”→“合并計(jì)算”，在“函數(shù)”中選“求合”;在“引用位置”中分別引用和添加Ⅲ級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌斷面(W=0)、Ⅴ級(jí)圍巖下錨洞復(fù)合式襯砌斷面(W=30)…2工程數(shù)量合并計(jì)算表中的“I5:B153”(數(shù)量區(qū)域)。

3)如果勾選“創(chuàng)建連至源數(shù)據(jù)的鏈接”，則源數(shù)據(jù)發(fā)生變化，合并表也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。

3.3 按需進(jìn)行數(shù)據(jù)分類歸集

工程數(shù)量合并計(jì)算完成后，可將這些數(shù)據(jù)按不同需要與相應(yīng)項(xiàng)目管理表格進(jìn)行鏈接，鏈接過(guò)程中建議使用“Round(Subtotal(function_num，ref1，ref2，...))命令。

Subtotal(function_num，ref1，ref2，...)

Function_num為1到11(包含隱藏值)或101到111(忽略隱藏值)之間的數(shù)字，指定使用何種函數(shù)在列表中進(jìn)行分類匯總計(jì)算［7］。

3.4 結(jié)果驗(yàn)證

系統(tǒng)連接結(jié)束后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試，以確保以上工作的正確性。具體方法為:分別在《圍巖統(tǒng)計(jì)表》中長(zhǎng)度欄填寫1或者1的整10倍，觀察《清方單》中的數(shù)據(jù)是否為相應(yīng)圍巖類別嚴(yán)密數(shù)量的整10倍數(shù)。

數(shù)據(jù)鏈接位置驗(yàn)證可采用有關(guān)命令進(jìn)行計(jì)算判定，比如可以檢查鏈接數(shù)據(jù)所在單元格位置與鏈接入部位是否匹配。所有數(shù)據(jù)逐一核對(duì)后該計(jì)算系統(tǒng)方可投入使用。

4 應(yīng)用效果

該方法廣泛應(yīng)用于發(fā)鳩山隧道各工區(qū)后，大大地提高了技術(shù)人員的工作效率，由于規(guī)則和格式的統(tǒng)一，更便于技術(shù)人員之間的交流和復(fù)核，因此，創(chuàng)造了較為融洽的工作環(huán)境。

5 結(jié)論

該隧道工程量計(jì)算系統(tǒng)適用于復(fù)雜長(zhǎng)大隧道工程數(shù)量的計(jì)算，其特點(diǎn)為“一站式輸出”，以此實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)大隧道工程數(shù)量的準(zhǔn)確、簡(jiǎn)捷、快速計(jì)算，為項(xiàng)目精細(xì)化管理提供可靠數(shù)據(jù)支持。

［1］ Wayne Lwinston.精通Excel 2007數(shù)據(jù)分析與業(yè)務(wù)建模［M］.許達(dá)生，譯.北京:清華大學(xué)出版社，2008.

［2］ Bill Jen Tracy Syrstad.巧學(xué)巧用2003VBA與宏(中文版)［M］.王軍，譯.北京:電子工業(yè)出版社，2005.

［3］ 鐵道部建設(shè)管理司.鐵路工程工程量清單計(jì)價(jià)指南:土建部分［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［4］ 鐵道部建設(shè)管理司.鐵路基本建設(shè)工程設(shè)計(jì)概預(yù)算編制辦法［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006:116－122.

［5］ 鐵道部建設(shè)管理司.鐵路工程概預(yù)算工程量計(jì)算規(guī)則［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010:20－23.

［6］ 張春.利用Excel電子表格進(jìn)行材料管理［J］.山西建筑，2008，34(1):362 －363.

［7］ 張澤江.Excel在工程算量中的運(yùn)用技巧［J］.山西建筑，2009，35(10):362－364.