基于BIM和掙值法的地鐵車站5D應(yīng)用探討

常建梅， 馮懷平

(石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院，河北 石家莊 050043)

基于BIM和掙值法的地鐵車站5D應(yīng)用探討

常建梅， 馮懷平

(石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院，河北 石家莊 050043)

目前地鐵工程在我國發(fā)展迅速，許多大中城市有建設(shè)地鐵的需求。地鐵工程成本大、工期緊，優(yōu)化進(jìn)度和成本聯(lián)合管理是非常必要的。BIM技術(shù)由于其特有的優(yōu)勢(shì)，其在工程項(xiàng)目中得到不斷的研究和應(yīng)用。但目前在地鐵工程中，BIM主要應(yīng)用于模型建立、檢查碰撞、施工模擬等方面，在其他方面的應(yīng)用研究還較少，并且各方面的應(yīng)用相互獨(dú)立。基于BIM技術(shù)，根據(jù)進(jìn)度-成本的綜合管理方法——掙值管理方法對(duì)某地鐵車站工程進(jìn)行 3D+進(jìn)度+成本的綜合施工管理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了施工過程的可視化管理以及進(jìn)度和成本的跟蹤管理，評(píng)估項(xiàng)目的實(shí)際實(shí)施情況并及時(shí)調(diào)整，為計(jì)劃的完成提供保障。拓展了 BIM 技術(shù)在地鐵工程中的應(yīng)用，嘗試了BIM技術(shù)在地鐵工程中的綜合管理應(yīng)用。

建筑信息模型技術(shù)；地鐵車站；掙值法；施工管理

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市軌道工程日益增多，各大中型城市為緩解交通壓力，都在爭(zhēng)取發(fā)展地下鐵路工程，修建城市地鐵已成為我國國情下的必然趨勢(shì)。地鐵工程的工程量大，投入的資金大、工期緊，如何在保證工程質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)成本和進(jìn)度按計(jì)劃完成，是擺在地鐵建設(shè)者面前的重要問題。

1 BIM技術(shù)及掙值管理方法

BIM起源于美國，其研究也相對(duì)成熟。2007年工程建設(shè)行業(yè)使用 BIM技術(shù)占 28%，經(jīng)過幾年的發(fā)展，到2009年度占49%，最終至2012年已是71%。早在 2003年，美國的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)部就推出國內(nèi)3D–4D–BIM計(jì)劃。隨后幾年里，BIM技術(shù)在全球范圍得到迅速發(fā)展，并被譽(yù)為建設(shè)業(yè)的又一次革命[1]。我國建設(shè)部于2011年發(fā)布了《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，在綱要中，BIM 技術(shù)被列為重要的應(yīng)用技術(shù)加以推廣。

BIM 技術(shù)不斷得到包括建筑業(yè)、鐵路、公路等各行業(yè)的廣泛重視和研究，在地鐵工程中也處于不斷探索研究中。上海地鐵多個(gè)車站將BIM技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)水電安裝工程中的管線碰撞檢測(cè)[2]；西安地鐵設(shè)計(jì)過程中，創(chuàng)建了建筑、結(jié)構(gòu)、綜合管線模型，檢查發(fā)現(xiàn)了幾百處碰撞點(diǎn)，及時(shí)修改，減少了變更費(fèi)用的產(chǎn)生[3]；天津、南京等城市地鐵借助 BIM技術(shù)進(jìn)行三維管線綜合設(shè)計(jì)[4]。在地鐵工程中，BIM技術(shù)主要應(yīng)用于三維模型建立、檢查碰撞、施工進(jìn)度模擬等方面[5-6]，大部分是在一個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)上進(jìn)行應(yīng)用，忽略了多個(gè)目標(biāo)之間的相互影響。進(jìn)度和成本控制是項(xiàng)目管理的兩個(gè)主要目標(biāo)，地鐵工程項(xiàng)目由于其成本高、工期短的特點(diǎn)，這兩個(gè)目標(biāo)的共同實(shí)現(xiàn)更重要。探索地鐵工程中BIM技術(shù)在進(jìn)度和成本聯(lián)合控制中的應(yīng)用也就非常有必要。

掙值管理是一種堪稱“無價(jià)之寶”的工具，是現(xiàn)代項(xiàng)目管理界最有效的管理方法之一。掙值管理技術(shù)來源于美國的軍工領(lǐng)域不斷探索實(shí)踐中，并在各大著名工程項(xiàng)目的建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。其是一種項(xiàng)目跟蹤方法，在項(xiàng)目建設(shè)的各個(gè)階段，評(píng)估項(xiàng)目進(jìn)度和成本的狀態(tài)，分析差異產(chǎn)生的原因，通過及時(shí)調(diào)整，保證進(jìn)度-成本計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)。

BIM 建筑信息模型與傳統(tǒng)的二維模型有本質(zhì)的不同，不僅包含幾何信息，而且可以包含建筑各階段的各類信息，3D是其最基本的特征。基于BIM技術(shù)，并運(yùn)用掙值管理方法，為實(shí)現(xiàn)空間+進(jìn)度+成本的5D管理提供了必要的條件，本文以某地鐵車站工程為背景，進(jìn)行了5D管理研究。

2 項(xiàng)目概況與總體思路

本地鐵車站是屬于某工程交通二號(hào)線II-TS-06標(biāo)段，本標(biāo)段車站采用明挖法施工(部分結(jié)合蓋挖)。車站的長度是122.65 m，標(biāo)準(zhǔn)段長度為19.9 m，是地下兩層10 m寬島式站臺(tái)車站。車站施工方法采用明挖結(jié)合部分蓋挖。地鐵車站的基坑屬于深基坑，通過地連墻和多層橫撐進(jìn)行支撐。本文的總體管理思路見圖1所示。

圖1 總體思路

3 地鐵工程項(xiàng)目5D管理

3.1 開挖支撐和結(jié)構(gòu)模型3D模型建立

基于 BIM 技術(shù)與二維圖紙模型有本質(zhì)的區(qū)別，模型不再像二維模型那樣只包括幾何信息，模型除幾何尺寸外，可以包含建筑結(jié)構(gòu)整個(gè)生命周期內(nèi)所涉及的各類信息，如物理信息、工程信息、造價(jià)信息、制造裝配等，所以工程項(xiàng)目的各個(gè)參與方可以實(shí)現(xiàn)對(duì)同一模型的調(diào)用、修改、存儲(chǔ)等，實(shí)現(xiàn)信息的共享，達(dá)到科學(xué)高效的管理。在模型的建立方面，BIM 技術(shù)具有的可視化、協(xié)調(diào)性、參數(shù)化、出圖性等優(yōu)點(diǎn)，與二維模型相比，可以使復(fù)雜的問題變得簡(jiǎn)單，使溝通和交流變得容易。碰撞檢查，對(duì)施工單位來說，可以快速進(jìn)行讀圖、審圖工作，減少施工變更的發(fā)生，節(jié)約成本。本文的地鐵車站工程，基坑的開挖采用地連墻進(jìn)行支護(hù)，開挖過程中進(jìn)行多層支撐，每次支撐結(jié)構(gòu)和位置各不相同。設(shè)計(jì)單位交付的是CAD圖紙，本文使用Autodesk Revit 2014軟件，在分析了CAD圖紙后，通過創(chuàng)建自定義的族文件，根據(jù)參數(shù)化建模的特點(diǎn)，進(jìn)行了開挖過程的建模和結(jié)構(gòu)建造過程的建模(圖2～3)，3D模型簡(jiǎn)單、直觀，實(shí)現(xiàn)了空間可視化。

圖2 開挖支撐階段

圖3 結(jié)構(gòu)建造階段

3.2 施工進(jìn)度模擬

在3D模型的基礎(chǔ)上附加時(shí)間軸，可以對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行施工模擬或進(jìn)度模擬，實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案的可視化交底，避免信息傳遞的錯(cuò)誤，提高工作效率。本文的施工進(jìn)度模擬是通過Project軟件建立的進(jìn)度文件與參數(shù)化3D模型鏈接來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，將開挖和建造過程的工作任務(wù)進(jìn)行合理和詳細(xì)的劃分。然后編制進(jìn)度計(jì)劃，設(shè)置任務(wù)的開始和結(jié)束時(shí)間，任務(wù)之間的相互關(guān)系，形成“.mpp”進(jìn)度格式文件。本文運(yùn)用Navisworks軟件，通過不同格式的接口，將進(jìn)度文件和3D模型實(shí)現(xiàn)連接，實(shí)現(xiàn)了施工進(jìn)度模擬。開挖過程的地連墻施工、逐層開挖和支撐、結(jié)構(gòu)從底層的逐層建造和支撐的拆除等復(fù)雜的過程可以形象直觀的體現(xiàn)出來，如圖4所示。

圖4 進(jìn)度模擬

3.3 掙值管理

掙值管理中主要基本參數(shù)是預(yù)算成本或累計(jì)成本(BCWS)、已完成工作的預(yù)算成本或掙值(BCWP)、已完成工作的實(shí)際成本(AC或ACWP)。根據(jù)這 3個(gè)基本參數(shù)，得出評(píng)價(jià)指標(biāo)：成本偏差(CV)、進(jìn)度偏差(SV)、成本績效指數(shù)(CPI)、進(jìn)度績效指數(shù)(SPI)等。可以動(dòng)態(tài)監(jiān)控項(xiàng)目的進(jìn)度和成本完成情況。當(dāng)CV為負(fù)值時(shí)表示執(zhí)行效果不佳，即實(shí)際消費(fèi)費(fèi)用超過預(yù)算值即超支。反之當(dāng)CV為正值時(shí)表示實(shí)際消耗費(fèi)用低于預(yù)算值，表示有節(jié)余或效率高。若CV=0，表示項(xiàng)目按計(jì)劃執(zhí)行。當(dāng)SV為正值時(shí)表示進(jìn)度提前，SV為負(fù)值表示進(jìn)度延誤。若SV=0，表明進(jìn)度按計(jì)劃執(zhí)行。當(dāng)CPI＞1表示低于預(yù)算，CPI＜1表示超出預(yù)算，CPI＝1表明項(xiàng)目費(fèi)用按計(jì)劃進(jìn)行。當(dāng)SPI＞1表示進(jìn)度提前，SPI＜1表示進(jìn)度延誤，SPI＝1表示實(shí)際進(jìn)度等于計(jì)劃進(jìn)度。根據(jù)成本和進(jìn)度績效指數(shù)還可對(duì)總成本和總工期進(jìn)行估計(jì)，進(jìn)而與計(jì)劃總成本和總工期進(jìn)行比較。運(yùn)用上述指數(shù)可以對(duì)項(xiàng)目目前的實(shí)施情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

本文用Project軟件對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了WBS分解，編制了進(jìn)度計(jì)劃，施工進(jìn)度模擬就是將設(shè)定了時(shí)間軸的進(jìn)度計(jì)劃文件與Navisworks軟件連接而實(shí)現(xiàn)的。在成本控制過程中，首先根據(jù)三維數(shù)字信息建模，得到WBS任務(wù)分解中對(duì)應(yīng)的工程量，與價(jià)格相乘并求和得出預(yù)算總成本。然后通過單價(jià)分析，在Project中將資源成本分配到分解的任務(wù)中，形成施工成本計(jì)劃，累計(jì)成本與時(shí)間呈S曲線。

在實(shí)施過程中對(duì)項(xiàng)目設(shè)置跟蹤點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，一般選擇里程碑處進(jìn)行跟蹤。將做好的計(jì)劃保存為比較基準(zhǔn)。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，根據(jù)技術(shù)、材料、財(cái)務(wù)等負(fù)責(zé)部門的實(shí)際數(shù)據(jù)錄入進(jìn)度和成本信息，然后進(jìn)行掙值分析。對(duì)于合同預(yù)算成本之外產(chǎn)生費(fèi)用的情況，如變更等，處理過程是，在比較基準(zhǔn)中增加該項(xiàng)，項(xiàng)目成本設(shè)置為0，然后保存為新的比較基準(zhǔn)，再進(jìn)行計(jì)劃和實(shí)際的比較分析。

本項(xiàng)目利用Project軟件對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了跟蹤管理。圖 5為第 1季度跟蹤點(diǎn)，CV＞0、SV＞0、CPI=2.46＞1、SPI=2.29＞1，項(xiàng)目進(jìn)展迅速，績效指數(shù)偏高，并且總進(jìn)度和總成本預(yù)測(cè)顯示，總工期和總成本縮短近半，明顯存在不合理、不符合計(jì)劃的情況。進(jìn)行偏差原因分析發(fā)現(xiàn)，主要原因是初期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有人為因素，施工速度也存在過快現(xiàn)象。項(xiàng)目管理者根據(jù)主要原因，及時(shí)進(jìn)行糾正。圖6為第3季度的項(xiàng)目跟蹤情況，計(jì)算得CPI=1.41＞1、SPI=1.26＞1，較第1季度的CPI和SPI都減少了，可以看出項(xiàng)目進(jìn)展良好，這也說明前期的控制措施得到了一定成效。

圖5 第1季度項(xiàng)目跟蹤

圖6 第3季度項(xiàng)目跟蹤

4 結(jié) 論

項(xiàng)目實(shí)施過程中定期開會(huì)，對(duì)所有職工公布進(jìn)度進(jìn)展情況和成本分析結(jié)果，增強(qiáng)每個(gè)人的參與意識(shí)，實(shí)施績效管理。基于BIM平臺(tái)使得三維模型更易于交流溝通，工程量的統(tǒng)計(jì)更準(zhǔn)確，成本計(jì)劃更合理；結(jié)合掙值管理的方法，定量地分析進(jìn)度和成本進(jìn)展，并通過加強(qiáng)施工、材料、技術(shù)等的管理避免超支、拖延工期的發(fā)生。探索了5D(3D+進(jìn)度+成本)管理方法，注重過程控制，提高了管理水平。當(dāng)然5D的管理是個(gè)復(fù)雜的問題，還有許多細(xì)節(jié)問題需要進(jìn)一步地努力。

多角度、多目標(biāo)的聯(lián)合管理是未來項(xiàng)目管理的發(fā)展方向，BIM技術(shù)的應(yīng)用為項(xiàng)目管理水平的提高提供了有力的工具。本文針對(duì)地鐵工程項(xiàng)目，在可視化、動(dòng)態(tài)過程中評(píng)估項(xiàng)目的進(jìn)度-成本狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目管理的過程控制，保證計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)。將BIM技術(shù)與項(xiàng)目管理理論深度融合，并在地鐵工程項(xiàng)目管理中發(fā)揮更大的作用，是接下來需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

[1] 何清華, 錢麗麗, 段運(yùn)峰, 等. BIM 在國內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀及障礙研究[J]. 工程管理學(xué)報(bào), 2012, 26(1): 12-16.

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[3] 中國BIM門戶. 中鐵隆BIM 技術(shù)助力西安地鐵五號(hào)線設(shè)計(jì)[EB/OL]. [2015-07-02]. http://www.chinabim. com/school/cases/2014-04-25/6199.htm l.

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[5] 王 婷, 池文婷. BIM技術(shù)在4D施工進(jìn)度模擬的應(yīng)用探討[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 36(2): 306-311.

[6] 李 坤. BIM 技術(shù)在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào), 2015, 32(2): 103-108.

Study of Subway Engineering on Cost and Schedule Combined Control Based on Building Information Modeling

Chang Jianmei, Feng Huaiping

(School of Civil Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang Hebei 050043, China)

Currently subway project are rapidly developing in China. Many cities have subway construction demand. Large cost and tight schedule are the characteristics of subway engineering. Cost and schedule combined optim ization is very necessary. In addition BIM technology has been w idely researched and applied in engineering. But in the subway project, BIMis mainly used in modeling, collision checking, construction simulation etc. and the application in other areas is less. The application of aspects is often independent. In this paper, 3D + schedule + cost of construction management application is made based on BIM technology and earned value management method. For the subway station project, schedule and cost tracking are carried out. This paper has extended the application of BIM technology in the subway project.

building information modeling technology; subway engineering; earned value method; construction management

TU 17

10.11996/JG.j.2095-302X.2016030439

A

2095-302X(2016)03-0439-04

2015-09-17；定稿日期：2015-12-04

河北省教育廳2015年度科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(QN2015117)；河北省高教學(xué)會(huì)2015科學(xué)研究課題(GJXH2015-209)

常建梅(1976–)，女，山西平定人，副教授，碩士。主要研究方向?yàn)楣こ虜?shù)字化與土木工程。E-mail：stdcjm@stdu.edu.cn