基于WBS的云茂高速公路金林隧道BIM应用研究

黄 镇24 胡建东24

(1.广东省长大公路工程有限公司， 广东 广州 511431； 2.北京中交京纬公路造价技术有限公司， 北京 100251；3.长沙理工大学 交通运输工程学院， 湖南 长沙 410114； 4.长沙中交京纬工程技术有限公司， 湖南 长沙 410107)

0 引言

传统的隧道施工劳务分包模式实际上是由施工分包商的管理人员负责组织施工的，部分项目部的技术人员并不能真正地掌握隧道施工技术，特别是一线的施工员。采用分工序分包的管理模式，将项目中部分工序(洞身开挖支护、出渣、支护、衬砌、仰拱二衬施工等重要工序)的施工任务分别直接发包给不同的协作队伍来承担。要实现隧道工程分工序分包管理模式就是通过对“专业化”工班的建设，使得各工班对工序流水作业养成了良好习惯，形成工序有效衔接，各尽所能，共享资源，发挥优势互补作用。如何对各分包工班进行有效监管，在各工序班组各司其职的施工中，保证各工序合理衔接，是隧道施工信息管理的核心。以BIM模型为载体，以工序与BIM模型的对应与衔接，可以实现施工信息和数据的传递与协同，对各班组直接进行统一协调和技术交底，使项目经理部在部分关键工序上能全过程地把控成为可能[1-4]。

根据隧道工程BIM工程实体结构分解，采用工作分解结构(WBS)将每一个工程实体分部分项的工作任务进行分解[5-6]，同时将每一项工作任务与具体的BIM模型进行挂接，实现BIM工程结构实体与工程施工行为的工序相对应，即按隧道施工工序，组成各个工序的工班，采用工班长负责制(简称“工班制”)，剥离施工分包商直接管理施工工班的一种劳务分包方法。最大的特点是减少中间管理(施工分包商)环节，由项目部直接对工班进行管理和结算，有效减少管理成本，提高利润；同时对隧道施工过程中的质量、进度、安全做到有效把控，从而将施工行为标准化。

为了充分发挥“工班制”管理成效，本文结合广东省云茂高速公路TJ9标金林隧道运用的互联网+BIM技术，将BIM技术与信息化管理紧密结合起来，不仅实现了隧道施工管理过程中BIM综合管理的三维可视化，还打通了各个业务之间、各个参与部门之间的数据联系，解决数据孤岛，搭建“数字工地”[7-10]。同时BIM技术储存了工班制开展过程中的各种数据、图表，保证了“工班制”经营模式下所有基础数据不丢失，为进一步探索“工班制”经营模式在BIM的创新应用打下了基础。

1 基于WBS的隧道施工工序划分

隧道工程施工建设周期中存在许多工作，利用WBS分解工作任务，使其成为一个个便于执行的工作单元，这些工作单元从设计、施工、运营的角度出发，便于提高工作单元的可执行性。基于WBS,可以将隧道工程施工的相关工作拆分，使其成为一个个工作包或再将工作包进行拆分，直到分解到可以由一个个体来完成的工作包[11-12]。再将这些工作包对应于BIM工程实体的分部分项实体，保证模型与工序契合，进行相应的质检及安全资料的对应，提高工程施工的标准化、流程化。

基于WBS，可以对完成工程各个阶段的行为系统进行分解，按照施工中的施工要素对其划分，方便其管理。如在隧道工程施工时，首先，按照单位、分部、分项将其划分，并给每个单位、分部、分项工程编码，与之相应的BIM实体模型相对应[13]；其次，利用编码绑定相关的工程施工信息，将信息融入模型，这样可以完善BIM在进度、质量、费用方面所起的作用，见图1。其中，工序交验就是贯穿进度、质量、费用这三者的重要因素之一，工序与进度挂钩，而交验与质量和费用呼应，建立一个完整的工序交验体系。

图1 基于BIM的隧道工程分解

基于WBS的BIM模式下的“工班制”是在现有的劳务分包模式下剥离施工中队，直接面对施工工班的一种管理模式；是按隧道施工工序，组成各个工序的工班，采用工班长负责制，项目部直接管理工班组的一种劳务分包法。隧道分部分项划分见表1。

通过WBS对隧道施工进行工序的系统分解，是以在隧道工程BIM实体模型分解的基础上进行划分的。以洞身衬砌为例，包括： ①开工报告→②喷射混凝土支护→③钢筋网支护→④钢架支护→⑤洞身锚杆支护→⑥仰拱及底板二次衬砌→⑦二次衬砌这些工序，将具体目标按照一定目的拆分，使其成为相应的可具体执行的目标，再将拆分的每一项工作分配到每一个工班上，具体见图2。

表1 隧道分部分项划分分部工程分项工程分部工程分项工程隧道总体开工报告总体质检明洞浇筑明洞工程明洞防水层明洞回填洞口开挖洞口边、仰坡防护洞口工程洞门和翼墙的浇(砌)筑截水沟洞口排水沟洞身开挖隧道围岩判别洞身开挖喷射混凝土支护洞身衬砌洞身锚杆支护钢筋网支护 钢架支护洞身衬砌仰拱及底板二次衬砌防水层防排水止水带洞口,洞内排水沟、电缆沟调平层和基层隧道路面水泥混凝土路面沥青混凝土路面装饰及消防超前锚杆辅助施工措施超前钢管超前管棚隧道其他监控量测辅助坑道

图2 分部工程-洞身衬砌

以质量控制为主线，将质检资料按照具体的流程分布，穿插在相对应的隧道施工工序中，相对应的质检资料流程见表2。

利用WBS分解，将隧道工程分解成既相互联系和影响，又独立的BIM工程实体单元，与工程编码相挂钩，工程编码又与相应的质检资料相关联。基于WBS工序交验，如表2所示，将分项工程——洞身衬砌分解成一个一个的工作包，在每一道工序之后与相对应的质检资料相关联，结合BIM管理云平台，对质检资料与实时进度进行协同，进度自动生成。通过手机App对相关工序进行交验填报，再将相关资料存储于BIM管理云平台中，方便随时检查，同时又做到过程留痕，见图3。

表2 洞身衬砌的工序交验流程表序号工序每道工序需要填写的表格1开工报告施工技术方案报审表、进场人员、设备,材料报验单、标准试验审批表、施工放样报验单、技术交底书2喷射混凝土支护检验申请批复单→隧道洞身喷射混凝土检查记录表→检验申请批复单→水泥混凝土(砂浆、净浆)施工检查记录表→水泥混凝土抗压强度试验记录表→喷射混凝土支护质量报告单→水泥(喷射)混凝土(砂浆、净浆)抗压强度汇总评定表→喷射混凝土支护质量评定表→中间交工证书3钢筋网支护检验申请批复单→喷射混凝土钢筋网安装检查记录表→隧道钢筋网支护质量报告单→隧道钢筋网支护质量评定表→中间交工证书4钢架支护施工放样报告单→施工放线测量记录表→检验申请批复单→安装钢支撑现场检测记录表→隧道钢支撑支护质量报告单→隧道钢支撑支护质量评定表→中间交工证书5洞身锚杆支护检验申请批复单(钻孔)→隧道长管棚、小导管、锚杆钻孔施工检查记录表→隧道长管棚、小导管、锚杆注浆施工检查记录表→检验申请批复单(锚杆检查)→隧道洞身锚杆检查记录表→隧道锚杆支护质量报告单→隧道锚杆支护质量评定表→中间交工证书6仰拱及底板二次衬砌检验申请批复单(仰拱钢筋)→隧道钢筋安装检查记录表→隧道衬砌钢筋质量检验报告单→隧道衬砌钢筋资料检验评定表→检验申请批复单(仰拱模板)→隧道模板安装检查记录表→检验申请批复单(仰拱混凝土)→水泥混凝土(砂浆、净浆)施工检查记录表→水泥混凝土抗压强度试验记录表→施工放样报告单→施工放线测量记录表→水准测量记录表(底、顶)→检验申请批复单(仰拱回填)→隧道混凝土调平层检查记录表→检验申请批复单(仰拱回填混凝土)→水泥混凝土(砂浆、净浆)施工检查记录表→水泥混凝土抗压强度试验记录表→隧道仰拱质量检验报告单→水泥(喷射)混凝土(砂浆、净浆)抗压强度汇总评定表→隧道仰拱质量评定表→中间交工证书7洞身二次衬砌工序交验流程及所用表格同工序6(仰拱及底板二次衬砌)

图3 现场管理

2 基于WBS的金林隧道BIM应用

基于WBS的金林隧道BIM应用主要有信息查询(三维模型、图纸查询、技术资料查询)、现场管理(物料追踪、安全检查、质量检查、围岩判别、钻爆设计、超欠挖控制、工序写实记录)。

2.1 三维模型

结合金林隧道设计图纸及隧址地形信息等建立三维BIM模型(见图4)。通过三维的展示方式，可以任意角度查看，使项目部得以充分了解现场情况，并对洞口形象工程、施工便道、堆渣厂、材料仓库等临建设施做出整体规划。

通过在电脑端可以随时随地查看三维BIM模型及三维动画视频。技术人员可以在施工现场向工人交底时展示三维模型及动画视频，让交底技术成为直观地展示工艺流程、技术要点和施工注意事项。

图4 金林隧道模型

同时，现场施工技术人员在现场实时将各个工序完成情况信息录入系统，在三维BIM模型中初期支护、二次衬砌、仰拱、水沟、电缆沟等不同施工部位依据录入的完成情况信息自动填充不同颜色，可以直观地展示进度情况。

2.2 施工图纸、施工方案

通过BIM平台将设计图纸、施工方案、变更文件等上传至BIM模型，极大地方便现场施工人员查看施工信息。见图5。

图5 金林隧道锚杆与钢支撑模型

2.3 物料追踪

物料追踪模块集材料进场、检验、入库、出库、材料统计等功能于一体，各个施工点报出材料计划，材料部门接单后进行采购，到场后BIM平台通知试验室进行材料检验，合格后方可入库进行半成品加工、出库等一系列程序。在此过程中，施工工班、施工员、库管员、材料员、试验室和各部门领导均能看到包括材料采购状态、运输及卸货地点、材料检验、进库数量、出库数量、库存数量等数据，同时极大地方便了材料盘点核算与节超耗分析。

2.4 安全检查与质量检查

安全员与质检员现场巡查时使用安全检查与质量检查模块可以快速便捷地对存在问题进行描述、上传问题照片，BIM平台会自动指定并通知整改责任人，整改责任人整改完毕后才可进入下一步工序。同时系统会自动保存问题照片，对易出现的安全隐患、质量通病进行总结汇总，指导现场施工和安全管理工作。见图6。

2.5 围岩描述

掌子面开挖后，现场施工员会将掌子面照片上传至BIM平台，同时对地层岩性、围岩强度、围岩完整性、地下水情况、特殊地质情况进行描述，对掌子面前方围岩情况进行预判，实时调整隧道支护参数，保证施工质量与安全。

2.6 钻爆设计

隧道爆破施工时，现场施工员通过BIM系统对每一循环炮孔布置方式、装药量、开挖方量、爆破后抛渣距离、堆渣形状、块石大小等数据进行记录。每进尺50 m，将系统记录的掌子面描述信息、炮孔布置及装药信息、爆破效果信息进行整合分析，及时调整爆破参数，保证爆破效果的同时节省火工品。

2.7 超欠挖控制

隧道的超欠挖直接关系到后续工序的施工难度、施工时间和经济效益。爆破后现场测量员会对开挖断面进行扫描，并上传至BIM平台，详细记录每一循环的超欠挖情况，并上传数据至系统，现场施工员会根据超欠挖情况及时调整开挖轮廓线、周边眼外插角度等控制超欠挖。

2.8 工序写实记录

现场施工员通过BIM系统对隧道施工各个工序消耗时间、人员配置、机械配置、材料消耗等内容进行写实记录，收集现场数据资料，对耗时异常的工序进行分析，及时进行处理，保证隧道的正常施工。同时，工序写实记录了各个工序人、材、机的消耗情况，为编制定额和“工班制”经营模式研究打下了基础。

3 结语

本文结合云茂TJ9标金林隧道运用的互联网+BIM技术，将BIM技术与信息化管理紧密结合起来，以BIM模型为载体，采用工作分解结构(WBS)将每一个工程实体的工作任务进行分解，并将BIM工程结构实体与工程施工行为的工序相对应，即按隧道施工工序，组成各个工序的工班，采用工班长负责制，剥离施工中队直接管理施工工班的劳务分包法，不仅可以节省在项目部与工班之间有施工中队这一层的“管理成本”，还实现了隧道施工管理过程中的三维可视化、信息化、精细化的综合管理，并打通了各个业务之间、各个参与部门之间的数据联系，保障了“工班制”经营模式下所有基础数据不丢失，为进一步探索“工班制”经营模式在BIM的创新应用打下了基础。