临海富水软弱地层综合管廊施工进度优化

张 敏，王艳明,，梁 斌，刘东明

(1.河南科技大学 土木工程学院，河南 洛阳 471023；2.中交二公局 第四工程有限公司，河南 洛阳 471013)

0 引言

近几年来，市政管线泄漏爆炸、大雨内涝全城“观海”等事件频发,多头管理效率低下等问题引起广泛关注。地下综合管廊将市政、电力、燃气和给排水等各种管线集于一体[1-3]，其建设涉及专业项目较多，如何在综合管廊项目建设过程中制定合理的施工计划，准确掌握施工进程，从而对整个工程施工进度、资源和质量进行统一有效的管理和控制，是地下综合管廊领域所亟待解决的问题[4-6]。

近年来，国内外一些专家学者将建筑信息模型(building information modeling，BIM)技术与管理理论运用到城市地下综合管廊建设中，取得了一定的成果[7-10]。文献[11]以某个住宅工程为依托，借助BIM技术进度模拟、工程量计算等功能，运用挣值管理与BIM技术联合操作流程，实现建筑工程可视化跟踪管理。文献[12]将BIM技术中进度框架应用于隧道工程建设中，运用BIM技术中进度实时监控、进度动态模拟和工程量动态管控查询等功能，解决了市政项目沟通协调困难、工程延期等问题。文献[13]将BIM技术与挣值管理方法相结合，对地铁车站工程进行进度+成本综合施工管理，评估项目实际实施情况并及时调整，保证计划实现。文献[14]运用BIM技术模拟施工全过程，并采用挣值法对项目各个成本参数进行评估，实现了整个建筑工程施工过程可视化以及进度、成本的联合控制。文献[15]基于BIM四维技术施工进度管理在综合管廊工程中的应用，结合计划-执行-检查-处理(plan-do-check-action，PDCA)原理，探究BIM实时模型构件、进度偏差分析与预警对施工进度的优化。

综上所述，挣值法与BIM技术结合研究多为理论层面定性工程管理，但对于定量管理措施的研究较少。本文针对福州市万新路地下综合管廊工程特点，将BIM技术与挣值法相结合，对综合管廊K0+080～K0+275标段施工阶段中计划与实际的进度、成本进行比较，通过工作分解结构(work breakdown structure，WBS)进行任务分解，分析其偏差原因。对产生偏差的工序采取成本、时间最优化控制措施。将其方法应用于综合管廊整个工程施工管理组织流程中，从而提高综合管廊工程管理效率，实现总体进度优化。

1 工程概况

中交二公局第四工程有限公司承担的福建省福州市滨海新城综合管廊建设工程，是国家重点支持的民生工程，是创新福州市滨海新区城镇化发展的重要举措。万新路综合管廊在道路标准段，其平面线形与所在道路平面线形基本一致。综合管廊起止桩号为K0+080～K2+000，基本分布在道路东侧非人行道下，基坑开挖深度为4.9～10.4 m，总长度为1 972.4 m。

图1 本项目综合管廊效果图

本项目综合管廊效果图见图1。管廊全部为双舱断面，分为综合舱和电力舱，标准节段净宽高尺寸为6.50 m× 3.85 m(不含外壁)，综合舱断面净宽高尺寸为3.40 m×3.85 m，电力舱断面净宽高尺寸为2.80 m×3.85 m。管廊综合舱内布置DN800给水管线、24孔通信电缆、32孔10 kV电力管、预留DN200中水管；电力舱管线为110 kV高压电力管、220 kV高压电力管。综合管廊地处南亚热带海洋性季节风候区，日照充足，雨量充沛，降水分布不均，易遭旱涝灾害，季风明显，滨海风大，易遭台风袭击，对综合管廊施工进度具有一定的影响，加大了进度和成本控制的难度。因此，对本工程进行施工方案优化，加强进度与成本控制，对保证滨海新城市政总体建设的顺利进行具有重要意义。

2 综合管廊BIM建立

万新路地下综合管廊实时施工模型按照图纸进行搭建，以完成对全专业设计图纸校核，从而及早地对图纸进行纠错。按照综合管廊各专业的模型精细度要求，依据Revit平台的建模系统特点，分别建立综合管廊工程的主体结构、机电及管线等各专业模型[16]，再利用Revit平台文件链接方式，集成各专业模型，进而形成完整的综合管廊BIM三维施工模型。

图2 本项目综合管廊人员出口三维剖面视图

在建模过程中，根据实际进度情况还需定期采集现场数据，从而更新实时施工模型。利用BIM技术可以进行三维协同设计，能够及早发现各专业设计中错、碰、漏、撞的问题，进而优化设计，保证设计成果一致性。本项目综合管廊人员出口三维剖面视图如图2所示，BIM的信息包含在各个组件中，可以被检索利用，有利于项目施工和后期运营维护。

3 基于BIM与挣值法的进度管理优化

3.1 挣值管理指标

挣值管理方法用计划工作量预算费用BCWS、 已完工作量预算费用BCWP和已完工作量实际费用ACWP这3个基本值表示项目实施状态[17]。挣值管理是在单因素偏差分析方法的基础上，引入挣值(earned value，EV)为中间变量，将工程实际进度通过计划费用来衡量，使衡量单位一致，实现项目进度和成本的偏差计算。CV和SV分别为成本偏差和进度偏差，计算公式为：

CV=BCWP-ACWP；

(1)

SV=BCWP-BCWS。

(2)

通过比较以上挣值参数，对建筑工程进度、费用偏差状态进行评价、监督与预警，可以及时采取相应的纠正措施。挣值法参数分析及对应措施如表1所示。

表1 挣值法参数分析及应对措施

3.2 监测流程

建立与工程量和工程造价相关联的综合管廊BIM，通过细化施工任务，编制施工进度计划，形成工程量-进度-成本集成模型[18]。针对某一阶段的工作，在BIM中提取相应工程量及价格，进行关于挣值法相关参数的计算，计算得出成本偏差CV和进度偏差SV，对CV和SV比较正负与大小，确定其影响值。偏差大于等于阈值，则需分析其偏差原因，采取纠偏措施，BIM与挣值法关联的监测流程见图3。

图3 BIM与挣值法关联的监测流程

图4 综合管廊K0+080～K0+275标段BIM图

万新路地下综合管廊所在地区年均降水量为1 200～1 700 mm，平均雨量1 382.3 mm，具有季节性分布特点，且施工过程中由于图纸变更等原因加大了进度和成本的控制难度。现以万新路地下综合管廊K0+080～K0+275标段工程为例，阐述BIM-挣值法控制应用过程及效果。综合管廊K0+080～K0+275标段结构工程施工阶段主要分为综合管廊基坑开挖阶段、综合管廊主体施工阶段及综合管廊附属结构施工阶段3个工作节点。图4为综合管廊K0+080～K0+275标段BIM图。

利用Microsoft Project软件编制施工进度计划，施工进度计划包括准备、施工和竣工3个阶段。编制进度计划需合理安排流水施工，将工程总进度细化、分层并采用循环模式预测可能产生的偏差。通过与工程量和工程造价相关联的综合管廊BIM，运用系统数据统计提取数据，计算进度偏差SV、成本偏差CV和进度偏差率，其中，进度偏差率=(BCWP-BCWS)×100%/BCWP。综合管廊K0+080～K0+275标段前10周偏差分析参数值如表2所示。由表2可知：综合管廊工程K0+080～K0+275标段施工前4周SV=0，前4周按计划进度进行；第5周开始出现进度偏差；第8周进度偏差率为6%(>5%)，需分析偏差原因，通过方案比选进行纠偏。

表2 综合管廊K0+080～K0+275标段前10周偏差分析参数值

3.3 进度偏差分析

利用WBS对K0+080～K0+275标段按工序实施分解，综合管廊K0+080～K0+275标段1～8周工作内容分别为综合管廊基坑支护、基坑开挖、基坑地基处理和底板施工4个施工工序，从中分析产生偏差的工序，针对产生偏差的工序采取具体纠偏措施。综合管廊部分工序施工现场如图5所示。

利用BIM平台统计综合管廊基坑支护、基坑开挖、基坑地基处理、底板施工4个施工工序进度偏差，计算进度偏差率，分析各工序对该标段施工进度的影响。WBS节点进度偏差分析见表3。

表3 WBS节点进度偏差分析

从表3中可知：综合管廊基坑地基处理和底板施工两个施工工序发生施工延误。对于延误工序进行分析，在综合基坑开挖完成后，需进行基坑地基处理，其中，包括碎石砂垫层、钢筋混凝土垫层

图6 偏差调整前趋势分析图

施工；然后，进行综合管廊底板防水及底板钢筋混凝土浇筑施工。由于降水具有季节性分布特点，受雨季影响，综合管廊基坑积水严重，排水不及时，造成基坑地基处理和底板钢筋混凝土浇筑施工工序延误。根据偏差分析，得到如图6所示的偏差调整前趋势分析图，若不对工程采取纠偏措施，工期将超期2周，并伴随成本超支。

3.4 调整方案比选

上述分析得出引起施工延误的主要原因为综合管廊基坑积水，针对其工期延误原因，将增加管井以及排水泵，加强排水措施，并结合表1挣值法参数分析及应对措施，当BCWS>ACWP>BCWP，CV<0，SV<0时，应对措施需增加高效率人员的投入。根据上述原则分析综合管廊基坑地基处理与底板钢筋混凝土浇筑施工过程，由于综合管廊地基处理工序中需进行钢筋混凝土垫层施工，因此决定采用增加钢筋工来赶工期。具体调整方案则采用BIM平台进行模拟，通过工期-成本优化比选，调整方案模拟结果见表4。

表4 调整方案模拟结果

图7 偏差调整后趋势分析图

由表4可知：方案2能够满足工程工期计划,同时，其施工成本最低。通过纠偏措施方案比选，确定采用第8周起增加钢筋工5人为最终调整方案。偏差调整后趋势分析图如图7所示。由图7可知：采取纠偏措施后，工期到第12周时，BCWP=BCWS。因此，通过方案比选纠偏措施可以有效解决进度偏差，在第13周实现计划工期。

4 项目实施效果

4.1 进度控制效果

福州市万新路地下综合管廊施工从2018年9月15日开工，计划完成时间为2020年4月1日，原计划总工期404 d，原计划完成基坑开挖和主体结构两个施工节点工期分别为165 d 和177 d。采用BIM技术与挣值法相结合，优化后实际总工期缩短56 d，综合管廊基坑开挖、综合管廊主体施工和综合管廊附属结构施工3个施工节点的工期分别缩短23 d、19 d和14 d，体现了基于BIM技术与挣值法优化进度-成本过程控制的优势。

4.2 风险控制效果

结合福州市万新路地下综合管廊施工实际特点，主要风险监测对象包括桩顶水平位移、桩顶沉降、桩体深层水平位移、钢支撑轴力和水位降深等，各个监测项目风险情况如表5所示。

表5 监测项目风险情况

由表5可知：福州市万新路综合管廊施工过程各阶段风险均控制在安全范围内，风险等级控制在中级及以下，由此说明，利用BIM技术与挣值法相结合指导综合管廊实际施工中风险控制效果良好。

5 结论

(1)利用挣值法与BIM技术的结合应用，对临海富水软弱地层综合管廊施工过程进行可视化动态管理，采取进度优化管理措施，总工期缩短56 d。

(2)针对综合管廊K0+080～K0+275标段施工过程中的进度偏差，通过纠偏措施方案比选，采取成本、时间最优化控制措施，对工程进行有效管理，最终在第13周实现计划工期。

(3)根据监测结果分析，施工监测项目桩顶水平位移、桩顶沉降、桩体深层水平位移、钢支撑轴力及水位降深最大值分别为11.73 mm、-3.57 mm、14.4 mm、-44.88 kN和1 260 mm，最大值均未超出报警值，风险等级均在中级及以下，满足规范要求，使用BIM技术与挣值法结合对施工进度和成本控制较为有效。

(4)BIM 技术与挣值法运用到综合管廊施工进度管理过程中，实际工程中取得良好的效果，针对综合管廊的工程特点和实际需求，BIM 技术与挣值法管理的应用具有充分必要性和可行性。