数据建模在长大隧道工程量计算中的运用

袁建飞

(中铁一局集团第五工程有限公司，陕西 宝鸡 721006)

0 引言

隧道施工过程中，相关工程数量的计算在项目施工管理中起着举足轻重的作用。每个月都要经历一次制定材料计划，月末验工计价，材料消耗核算等项目成本核算工作。以上工作均离不开工程量计算，而这些具有不同用途的数据涉及工程建设资金、材料、试验、工程等方面，如何在很短时间将这些项目繁多、冗杂的数据分门别类而又有机统一起来，是实现隧道工程量计算的首要任务。虽然这些数据随着施工进度，而发生变化，但某一些计算方法却每月重复。通过观察，这些存在于不同表格中，并以多种形式出现的数据，具有这样的特性:复杂性、统一性、相互验证性。找到其关联，是解决这一问题的前提。而寻找一种既能够快速进行数据处理，又能够根据各部门不同需要快速的将数据展现出来的方法成为问题的焦点。

经过反复试验，并在推广过程中不断完善，最终得出了一种能够将海量数据计算过程简化的方法，即利用微软Office中Excel强大的数据处理能力建立数据模型以使工程量计算简化。可称之为“一站式输出”，即只需输入计算里程和长度，便可在相应的表格中得到想要的数据。以中南铁路发鸠山隧道工程量计算系统为例，对主要步骤截图说明。

1 整体思路

数据建模定义为:对现实世界各类数据的抽象组织，确定数据库需管辖的范围、数据的组织形式等直至转化成现实的数据库。将经过系统分析后抽象出来的概念模型转化为物理模型后，在Visio或Erwin等工具建立数据库实体以及各实体之间关系的过程(实体一般是表)。

在本案中数据建模的中心思想为:利用Excel建立一个庞大的数据库系统，并通过Excel强大的运算能力，将数据库中的数据进行引用、筛选、求和，最终以各种表现形式输出［1－2］。

隧道工程量计算的整体思路为:以隧道围岩统计表为主线，延展出相应围岩的延米数量表，根据所需计算的里程范围，运用Excel数据合并计算功能，快速实现不同类型衬砌断面求和，再通过函数将数据链接至各部门所需的输出表中，如材料计划、清方单、设计材料消耗等。

2 建立数据模型

根据隧道工程量计算的整体思路对数据建模过程进行剖析。站在项目管理的角度，统管各工点，若计算规则不统一，会使得收集到的数据杂乱而难于复核，因此，在进行数据分析之前，首先是统一计算规则。

2.1 明确延米数量计算规则

为了保证隧道工程月末清方工程数量尽可能与现场一致，又能简单操作便于项目成本核算与现场管控，按照施工工序结合分部分项划分，特制定隧道延米数量计算规则，具体见表1。

表1 发鸠山隧道延米数量计算规则Table 1 Calculation roles of Fajiushan tunnel

2.2 编制围岩衬砌断面延米数量表

隧道的施工工法及支护形式与各里程段的衬砌断面类型密不可分。图1为发鸠山隧道衬砌断面类型，与之对应的围岩衬砌断面延米数量是计算工程量的基础，它乘以计算长度即可得出结果，为便于相互复核，必须将计算过程体现出来。通过实践，按照隧道工程分部分项划分将施工过程进行细化、拆分，按照不同围岩类别(加宽值)编制出了围岩衬砌断面延米数量套表(为方便大家理解截图说明，见图2—4)，作为《已完工程数量清方单》的附表，这样既体现了计算过程，更重要的是便于复核。

编制过程应注意，延米数量表中各部位延米数量划分应严格按照上述计算规则确定，同时为了便于计算，各个围岩级别(加宽值)延米数量表应保持行与列的统一，也就是说无论任何一种断面对应的延米数量表均应保持表格形式的绝对统一，如果所对应的工程项目无对应内容，那么只需将对应位置数字空缺即可。这对下一步的数据引用和运算是非常重要的。

2.3 编制隧道围岩统计表

隧道工程月度收方一般按里程部位进行收方，为了过程可显，又能清楚直观地展现各里程段落所对应的衬砌类型，最终实现“一站式”输出目的，特编制《隧道围岩统计表》，见图5。

2.4 编制数据输出形式

通过以上几个步骤，已基本建立出了隧道工程数量计算过程的模型，而这些数据通过计算，会将结果存储在具有一定功能，且被其他部门所需要的表格中，最终以表格的形式输出。如何进行数据分类汇总是我们这步需要进行的工作，统一表格形式，编制相应的数据输出表格。具体操作步骤为:

1)按照本工程隧道施工合同所列项目编制《已完劳务作业数量清方单》(见图6)。

2)根据项目物资管理特点编制《设计材料消耗表》、《材料计划表》［6］(见图 7和图 8)。为便于各部门协作，必须注意格式统一，以便于利用该计算系统大幅度提高工作效率。另外为了便于查询，支付编号以及材料序号必须统一，否则查询速度及其效率将大打折扣。

按照不同配比对混凝土进行分类汇总，以便将各类混凝土按照理论配比换算为相应材料，利用Excel函数Sumproduct()数组计算命令可以方便地进行计算与分类汇总，表格形式见图9。

图9 设计混凝土原材料计算表Fig.9 Calculation of raw materials of design concrete

3 系统集成

根据各部位延米数量计算规则，先后制作了《各衬砌断面延米数量表》、《隧道围岩统计表》、《设计混凝土分配表》、《清方单》、《材料计划》、《设计材料消耗》，那么如何将这些看似零散的表格集成以发挥其强大数据处理功能成为问题的关键。这些数据之间存在着一定的逻辑关系，利用这些逻辑关系，运用Excel的运算能力，实现“一站式”计算的目的。这套计算系统强调计算过程可见，重视Excel函数特别是数组强大处理功能的运用。

3.1 隧道围岩统计表与延米数量表之间链接

隧道围岩统计表中一种衬砌断面对应2列，一列为完成里程段，另一列为对应完成长度。将隧道围岩统计表完成里程段与隧道围岩衬砌断面延米数量表对应完成里程段链接即可实现自动计算。链接中运用Excel中IF()等函数实现。此项工作由于隧道对应衬砌断面多造成该步工作量巨大，加之该步骤相对枯燥容易出现错误，为了提高效率制作完一个衬砌断面后，其他断面可以建立副本重命名后利用查找替换高级命令进行替换即可，本步骤计算公式相对简单，不再赘述。

3.2 各围岩衬砌断面延米数量表求和

将各围岩衬砌断面延米数量表与围岩统计表链接完成后，利用Excel数据合并计算命令将上述10种衬砌断面进行求和，文首要求制作围岩衬砌断面延米数量表时必须固定行与列，从利用合并计算命令进行计算，Excel提供2种合并计算的方法:按位置合并和按类别合并。按位置合并计算数据时，要求所有源区域中的数据被相同地排列，也就是说每一个源区域中的数据都必须在相对的位置上;如果每个源区域中的数据排列各异，则应按类别合并。

本计算系统数据排列完全相同，采用位置合并计算。图10为创建连接数据界面，计算步骤如下:

图10 创建连接数据界面Fig.10 Connection data establishing interface

1)合并表可由复制产生，在清除“数量”中的数据同时选中此区域。

2)选“数据”→“合并计算”，在“函数”中选“求合”;在“引用位置”中分别引用和添加Ⅲ级围岩复合式衬砌断面(W=0)、Ⅴ级围岩下锚洞复合式衬砌断面(W=30)…2工程数量合并计算表中的“I5:B153”(数量区域)。

3)如果勾选“创建连至源数据的链接”，则源数据发生变化，合并表也会相应发生变化。

3.3 按需进行数据分类归集

工程数量合并计算完成后，可将这些数据按不同需要与相应项目管理表格进行链接，链接过程中建议使用“Round(Subtotal(function_num，ref1，ref2，...))命令。

Subtotal(function_num，ref1，ref2，...)

Function_num为1到11(包含隐藏值)或101到111(忽略隐藏值)之间的数字，指定使用何种函数在列表中进行分类汇总计算［7］。

3.4 结果验证

系统连接结束后，对整个系统进行验证测试，以确保以上工作的正确性。具体方法为:分别在《围岩统计表》中长度栏填写1或者1的整10倍，观察《清方单》中的数据是否为相应围岩类别严密数量的整10倍数。

数据链接位置验证可采用有关命令进行计算判定，比如可以检查链接数据所在单元格位置与链接入部位是否匹配。所有数据逐一核对后该计算系统方可投入使用。

4 应用效果

该方法广泛应用于发鸠山隧道各工区后，大大地提高了技术人员的工作效率，由于规则和格式的统一，更便于技术人员之间的交流和复核，因此，创造了较为融洽的工作环境。

5 结论

该隧道工程量计算系统适用于复杂长大隧道工程数量的计算，其特点为“一站式输出”，以此实现长大隧道工程数量的准确、简捷、快速计算，为项目精细化管理提供可靠数据支持。

［1］ Wayne Lwinston.精通Excel 2007数据分析与业务建模［M］.许达生，译.北京:清华大学出版社，2008.

［2］ Bill Jen Tracy Syrstad.巧学巧用2003VBA与宏(中文版)［M］.王军，译.北京:电子工业出版社，2005.

［3］ 铁道部建设管理司.铁路工程工程量清单计价指南:土建部分［S］.北京:中国标准出版社，2007.

［4］ 铁道部建设管理司.铁路基本建设工程设计概预算编制办法［S］.北京:中国标准出版社，2006:116－122.

［5］ 铁道部建设管理司.铁路工程概预算工程量计算规则［S］.北京:中国标准出版社，2010:20－23.

［6］ 张春.利用Excel电子表格进行材料管理［J］.山西建筑，2008，34(1):362 －363.

［7］ 张泽江.Excel在工程算量中的运用技巧［J］.山西建筑，2009，35(10):362－364.