臨海富水軟弱地層綜合管廊施工進度優化

張 敏，王艷明,，梁 斌，劉東明

(1.河南科技大學 土木工程學院，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、大雨內澇全城“觀海”等事件頻發,多頭管理效率低下等問題引起廣泛關注。地下綜合管廊將市政、電力、燃氣和給排水等各種管線集于一體[1-3]，其建設涉及專業項目較多，如何在綜合管廊項目建設過程中制定合理的施工計劃，準確掌握施工進程，從而對整個工程施工進度、資源和質量進行統一有效的管理和控制，是地下綜合管廊領域所亟待解決的問題[4-6]。

近年來，國內外一些專家學者將建筑信息模型(building information modeling，BIM)技術與管理理論運用到城市地下綜合管廊建設中，取得了一定的成果[7-10]。文獻[11]以某個住宅工程為依托，借助BIM技術進度模擬、工程量計算等功能，運用掙值管理與BIM技術聯合操作流程，實現建筑工程可視化跟蹤管理。文獻[12]將BIM技術中進度框架應用于隧道工程建設中，運用BIM技術中進度實時監控、進度動態模擬和工程量動態管控查詢等功能，解決了市政項目溝通協調困難、工程延期等問題。文獻[13]將BIM技術與掙值管理方法相結合，對地鐵車站工程進行進度+成本綜合施工管理，評估項目實際實施情況并及時調整，保證計劃實現。文獻[14]運用BIM技術模擬施工全過程，并采用掙值法對項目各個成本參數進行評估，實現了整個建筑工程施工過程可視化以及進度、成本的聯合控制。文獻[15]基于BIM四維技術施工進度管理在綜合管廊工程中的應用，結合計劃-執行-檢查-處理(plan-do-check-action，PDCA)原理，探究BIM實時模型構件、進度偏差分析與預警對施工進度的優化。

綜上所述，掙值法與BIM技術結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，將BIM技術與掙值法相結合，對綜合管廊K0+080～K0+275標段施工階段中計劃與實際的進度、成本進行比較，通過工作分解結構(work breakdown structure，WBS)進行任務分解，分析其偏差原因。對產生偏差的工序采取成本、時間最優化控制措施。將其方法應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，實現總體進度優化。

1 工程概況

中交二公局第四工程有限公司承擔的福建省福州市濱海新城綜合管廊建設工程，是國家重點支持的民生工程，是創新福州市濱海新區城鎮化發展的重要舉措。萬新路綜合管廊在道路標準段，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 本項目綜合管廊效果圖

本項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，標準節段凈寬高尺寸為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。管廊綜合艙內布置DN800給水管線、24孔通信電纜、32孔10 kV電力管、預留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風候區，日照充足，雨量充沛，降水分布不均，易遭旱澇災害，季風明顯，濱海風大，易遭臺風襲擊，對綜合管廊施工進度具有一定的影響，加大了進度和成本控制的難度。因此，對本工程進行施工方案優化，加強進度與成本控制，對保證濱海新城市政總體建設的順利進行具有重要意義。

2 綜合管廊BIM建立

萬新路地下綜合管廊實時施工模型按照圖紙進行搭建，以完成對全專業設計圖紙校核，從而及早地對圖紙進行糾錯。按照綜合管廊各專業的模型精細度要求，依據Revit平臺的建模系統特點，分別建立綜合管廊工程的主體結構、機電及管線等各專業模型[16]，再利用Revit平臺文件鏈接方式，集成各專業模型，進而形成完整的綜合管廊BIM三維施工模型。

圖2 本項目綜合管廊人員出口三維剖面視圖

在建模過程中，根據實際進度情況還需定期采集現場數據，從而更新實時施工模型。利用BIM技術可以進行三維協同設計，能夠及早發現各專業設計中錯、碰、漏、撞的問題，進而優化設計，保證設計成果一致性。本項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，有利于項目施工和后期運營維護。

3 基于BIM與掙值法的進度管理優化

3.1 掙值管理指標

掙值管理方法用計劃工作量預算費用BCWS、 已完工作量預算費用BCWP和已完工作量實際費用ACWP這3個基本值表示項目實施狀態[17]。掙值管理是在單因素偏差分析方法的基礎上，引入掙值(earned value，EV)為中間變量，將工程實際進度通過計劃費用來衡量，使衡量單位一致，實現項目進度和成本的偏差計算。CV和SV分別為成本偏差和進度偏差，計算公式為：

CV=BCWP-ACWP；

(1)

SV=BCWP-BCWS。

(2)

通過比較以上掙值參數，對建筑工程進度、費用偏差狀態進行評價、監督與預警，可以及時采取相應的糾正措施。掙值法參數分析及對應措施如表1所示。

表1 掙值法參數分析及應對措施

3.2 監測流程

建立與工程量和工程造價相關聯的綜合管廊BIM，通過細化施工任務，編制施工進度計劃，形成工程量-進度-成本集成模型[18]。針對某一階段的工作，在BIM中提取相應工程量及價格，進行關于掙值法相關參數的計算，計算得出成本偏差CV和進度偏差SV，對CV和SV比較正負與大小，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與掙值法關聯的監測流程見圖3。

圖3 BIM與掙值法關聯的監測流程

圖4 綜合管廊K0+080～K0+275標段BIM圖

萬新路地下綜合管廊所在地區年均降水量為1 200～1 700 mm，平均雨量1 382.3 mm，具有季節性分布特點，且施工過程中由于圖紙變更等原因加大了進度和成本的控制難度。現以萬新路地下綜合管廊K0+080～K0+275標段工程為例，闡述BIM-掙值法控制應用過程及效果。綜合管廊K0+080～K0+275標段結構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構施工階段3個工作節點。圖4為綜合管廊K0+080～K0+275標段BIM圖。

利用Microsoft Project軟件編制施工進度計劃，施工進度計劃包括準備、施工和竣工3個階段。編制進度計劃需合理安排流水施工，將工程總進度細化、分層并采用循環模式預測可能產生的偏差。通過與工程量和工程造價相關聯的綜合管廊BIM，運用系統數據統計提取數據，計算進度偏差SV、成本偏差CV和進度偏差率，其中，進度偏差率=(BCWP-BCWS)×100%/BCWP。綜合管廊K0+080～K0+275標段前10周偏差分析參數值如表2所示。由表2可知：綜合管廊工程K0+080～K0+275標段施工前4周SV=0，前4周按計劃進度進行；第5周開始出現進度偏差；第8周進度偏差率為6%(>5%)，需分析偏差原因，通過方案比選進行糾偏。

表2 綜合管廊K0+080～K0+275標段前10周偏差分析參數值

3.3 進度偏差分析

利用WBS對K0+080～K0+275標段按工序實施分解，綜合管廊K0+080～K0+275標段1～8周工作內容分別為綜合管廊基坑支護、基坑開挖、基坑地基處理和底板施工4個施工工序，從中分析產生偏差的工序，針對產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場如圖5所示。

利用BIM平臺統計綜合管廊基坑支護、基坑開挖、基坑地基處理、底板施工4個施工工序進度偏差，計算進度偏差率，分析各工序對該標段施工進度的影響。WBS節點進度偏差分析見表3。

表3 WBS節點進度偏差分析

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生施工延誤。對于延誤工序進行分析，在綜合基坑開挖完成后，需進行基坑地基處理，其中，包括碎石砂墊層、鋼筋混凝土墊層

圖6 偏差調整前趨勢分析圖

施工；然后，進行綜合管廊底板防水及底板鋼筋混凝土澆筑施工。由于降水具有季節性分布特點，受雨季影響，綜合管廊基坑積水嚴重，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。根據偏差分析，得到如圖6所示的偏差調整前趨勢分析圖，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 調整方案比選

上述分析得出引起施工延誤的主要原因為綜合管廊基坑積水，針對其工期延誤原因，將增加管井以及排水泵，加強排水措施，并結合表1掙值法參數分析及應對措施，當BCWS>ACWP>BCWP，CV<0，SV<0時，應對措施需增加高效率人員的投入。根據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。具體調整方案則采用BIM平臺進行模擬，通過工期-成本優化比選，調整方案模擬結果見表4。

表4 調整方案模擬結果

圖7 偏差調整后趨勢分析圖

由表4可知：方案2能夠滿足工程工期計劃,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人為最終調整方案。偏差調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度偏差，在第13周實現計劃工期。

4 項目實施效果

4.1 進度控制效果

福州市萬新路地下綜合管廊施工從2018年9月15日開工，計劃完成時間為2020年4月1日，原計劃總工期404 d，原計劃完成基坑開挖和主體結構兩個施工節點工期分別為165 d 和177 d。采用BIM技術與掙值法相結合，優化后實際總工期縮短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構施工3個施工節點的工期分別縮短23 d、19 d和14 d，體現了基于BIM技術與掙值法優化進度-成本過程控制的優勢。

4.2 風險控制效果

結合福州市萬新路地下綜合管廊施工實際特點，主要風險監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，各個監測項目風險情況如表5所示。

表5 監測項目風險情況

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

5 結論

(1)利用掙值法與BIM技術的結合應用，對臨海富水軟弱地層綜合管廊施工過程進行可視化動態管理，采取進度優化管理措施，總工期縮短56 d。

(2)針對綜合管廊K0+080～K0+275標段施工過程中的進度偏差，通過糾偏措施方案比選，采取成本、時間最優化控制措施，對工程進行有效管理，最終在第13周實現計劃工期。

(3)根據監測結果分析，施工監測項目樁頂水平位移、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，風險等級均在中級及以下，滿足規范要求，使用BIM技術與掙值法結合對施工進度和成本控制較為有效。

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