工作分解结构与关键链在铁路隧道施工进度管理中的应用

田莹

（中铁第一勘察设计院集团有限公司工程经济设计院，西安710043）

1 引言

在铁路隧道施工中，工程的施工进度是影响工程项目能否按时、按质完成的关键因素。然而在铁路隧道施工过程中，由于各种不确定因素的存在，使得工程计划的动态调整及工艺与设备之间的相互影响等问题难以快速得到解决。传统的工程进度管理方法缺乏对项目建设过程中各种不确定因素的充分考虑，使得项目建设周期较长，且不能有效应对复杂的施工环境[1]。为确保施工进度，需要采用科学、合理的进度管理方法，进行有效的控制。在隧道施工中，通过对工程进行工作分解结构（Work Breakdown Structure,WBS）分解，可以更清晰地了解整个工程项目的各项工作及其相互关系，从而更好地控制工程进度[2]。而关键链技术（Critical Chain Method，CCM）是在WBS 的基础上发展而来的一种进度管理技术，可以充分考虑到工期、资源和成本等因素，能有效解决传统进度管理方法存在的问题[3]。本文以西延高铁柳燕隧道工程为依托，通过对铁路隧道施工项目进行工作分解结构分解，将复杂的施工活动分解成较为简单的任务，为管理人员提供清晰的工作范围，在工作分解结构基础上增加关键链，利用关键链进行进度控制，以期提高铁路隧道施工项目进度的管理效率。

2 工程概况

柳燕隧道是西延高铁13 标段内的控制性工程，设计时速为120 km，位于延安市宝塔区。隧道设计为单洞双线隧道，属于小半径隧道，全长3 765 m，穿越延安市主城区，最大埋深约200 m，最小埋深约4 m。洞身为Ⅳ、Ⅴ级围岩，共设置2 座斜井。隧址区自然地理环境复杂，存在大量油井、民房，施工场地穿越大量居民区，隧道洞口高陡且发育滑坡。受复杂工程地质地貌条件及不良地质因素制约，施工组织设计十分困难。

通过对相关资料的广泛查阅，以及对项目的调查研究，并结合工程管理的相关理论，对柳燕隧道的施工进度进行了分析，发现隧道项目进度管理上存在着诸多问题。

第一，缺乏系统分析，进度指标估计不合理。在施工组织安排上，以满足建设单位的要求为主，没有对影响进度的因素进行定量分析，所制订的进度计划的工期保证率和施工安排不协调。

第二，进度管理方法不适用。项目管理团队的施工进度控制方法遇到不可控因素较多的项目时缺乏弹性，极易因关键路线受阻导致项目失控。

第三，进度控制水平不高。在整体刚性通车目标的制约之下，施工计划缺少了灵活性，对过程控制缺乏主动管理，这就很容易造成盲目的赶工、资源浪费等问题。

第四，资源计划和建设计划之间存在矛盾。由于该工程的招标阶段和开工阶段间隔较短，所以，在编制过程中出现了一些不能完全适应工程进度的问题，导致在施工过程中需要与其他工程协调调度，不能充分满足工程进度的安排。

3 基于WBS 的柳燕隧道进度管理优化

3.1 项目工作的初步分解

研究把柳燕隧道作为单个项目，按起点和终点、项目个数进行分解。第一个步骤是对隧道工程中的重要工作进行列表。隧道的主要工作包括：便道施工、建设营地、安装设备、洞口施工、正洞开挖支护、正洞衬砌、附属工程施工、缺陷整治和竣工验收。然后检查所有工作是否有重复和遗漏，在确定没有问题后，对柳燕隧道进行了第一阶段的分解。柳燕隧道进口、1#斜井、2#斜井及出口共4 个工段划分为分部工程，施工前准备、缺陷整治与验收工作划分为独立分部工程。第二阶段，把分部工程再分成几个分项工程，根据隧道项目的编码规则，对分解结果进行列表分析，工作分解结构图如图1 所示。

图1 柳燕隧道工作分解结构图

由于柳燕隧道的4 个工作面并行施工，如果不使用工作分解构进行分层分解，很容易造成疏漏。通常在隧道的施工计划编制过程中，一般将洞口施工与附属工程施工划为一项工作进行分解。为了尽快进洞，一般都是在隧道洞口施工已经建成，而隧道洞门还没有施工的情况下，就进行隧道的挖掘工作，这就造成了隧道挖掘和隧道建设之间的资源矛盾。柳燕隧道各工区的贯通时间不一致，各工区的辅助性工程均需根据各工区的实际情况逐个实施，无法做到同步和准确规划。正洞开挖支护和衬砌之间存在重叠，所以，按照两道工序进行布置。

3.2 基于网络计划法进度管理

在将柳燕隧道施工任务WBS 分解之后，借鉴了同类铁路隧道工程的施工经验，以施工工艺、工作面分配和设备共用、材料进场等为依据，以合理组织施工次序，保证施工进度指标，并对工作时间进行了估计。柳燕隧道是一项综合性的工程，其规模大、专业性强，施工复杂，因此，研究制定一套能确保按时、按质完成的施工进度安排方案。与柳燕隧道的实际情况相联系，在施工中使用了网络计划的方法制定进度表，如图2 所示。

图2 施工网络计划图

3.3 确定关键链

要找到柳燕隧道施工中的关键链，就必须先分析资源的矛盾状况。柳燕隧道的主要工作内容是将其分成了洞外和洞内两个部分。洞内施工的主要工种包括开挖工、喷浆工、钢筋工和混凝土工，每一个开挖面都配备了一个成建制的专业班组。由于洞口施工的时间很短，因此，会涉及一些高空作业和洞口的注浆加固施工，具有很强的专业性，需要采用专业的边坡施工队伍，不能与洞内的施工人员及设备共用。研究采用了资源调配地方法，以最少的时间延误为原则，对工程进度安排进行了优化。在经过资源优化后，研究确定了柳燕隧道关键链：施工准备→1#斜井洞口施工→1#斜井开挖支护→1#斜井衬砌→1#斜井正洞衬砌→1#斜井正洞附属工程→缺陷治理及竣工。

3.4 关键链缓冲区的设置

关键链理论的中心观点是，以50%可能性的完成时间为各项工作完成时间估计基础，并找出限制项目进度的瓶颈，对问题的根源进行分析，对资源展开最优分配，通过设置缓冲区来抵消任务执行过程中不确定因素带来的风险，保障计划的顺利实施。

由于柳燕隧道各施工阶段的时间分配差异很大，在施工过程中存在很大的不确定性。故研究在缓冲区估算中，采用了计划评审技术三点估算的方法确定缓冲区的弹性系数。针对前期工作较多，且活动启动较迟，对完工时间的影响较大的问题，采用前期工程量与前期工作所占时间的比例计算工程复杂度。然后将计算得到的复杂度与专家评分得到的重要系数放入计划评审技术三点估算中进行了优化。基于此，研究还引入来工序重要性系数，与弹性系数和工程复杂度计算出了缓冲区的长度。

在关键链技术中，有3 种缓冲区：项目缓冲区用来吸收关键链上工艺延误所造成的时间损失，汇入缓冲区用来保障非关键链上工艺不被延迟，而资源缓冲区用来保障在一个工艺完成后，与下一个工序之间的资源不发生冲突。本项目在进口洞口施工、2#斜井工区设置了30 d 资源缓冲，以保证关键链上工程的连贯性。

3.5 关键链缓冲区的控制

在确定了关键链并将缓冲区插入后，接下来的工作就是对缓冲区的监测。缓冲区监测是一种类似于PDCA 循环的工作，它的工作就是对缓冲区的状况进行追踪和分析，并对缓冲区的使用进行分析，如果有什么问题会对整个项目的进程产生影响，就会做出相应的修正，直到形成一个闭环，其流程如图3 所示。

图3 关键链缓冲区控制流程图

当缓冲消耗量小于总缓冲时间1/3 时，此时不需要进行调整；当缓冲消耗量超过了总缓冲时间的1/3，而不到2/3 的时候，这就意味着在工作的实施过程中，存在了一些阻碍。这个时候，就需要对这些阻碍进行细致的检查，并制定出相应的对策，与此同时，还要强化对这些阻碍的监控，防止情况进一步恶化。当缓冲消耗量超过总缓冲时间的2/3 时，说明已经出现了比较严重的、会影响到全局的问题。这个时候，应该立刻采取有力的措施，实施进度调整对策，及时地扭转这种局面。

4 施工效果

在实施了关键链管理后，柳燕隧道的施工时间为612 个工作日，比原计划节省了43 个工作日，同时，由于柳燕隧道为高风险施工项目预留了30 个工作日的缓冲时间，与原计划相比，更符合建设单位的进度管理要求。其中，施工准备的实际工期为61 d，比原工期节省了7 d；在洞口工程中设立资源缓冲区，避免因资源冲突而引起的进度延迟，并在保证工程计划可执行的前提下，节省了部分工程费用；斜井施工的实际进度指标均达到了最初的预计，而不良地质区段所耗费的缓冲期也得到了控制。

5 结语

针对柳燕隧道工程建设中施工进度管理的不足，以提高工程建设中各个工序的作业时间与资源利用率，在总结以往隧道工程建设实践的基础上，引入WBS 思想，将工程建设分为不同阶段，运用关键链法对工程建设进度进行规划，并提出一套适合于复杂、高难度的隧道工程建设进度控制方案。

第一，在调研了项目基本概况、项目背景、进度要求的基础上，对项目的进度管理现状进行了分析，并从项目的组织管理措施、项目的资源配置、项目的进度管理等方面，对项目的进度管理中所存在的问题进行了剖析。

第二，利用WBS 和基于关键链的网络计划方法，对项目进度进行了规划，确定了项目进度中的关键路线和关键链。

第三，对工程的冲突资源进行分析，在进口洞口施工、2#斜井工区设置了30 d 资源缓冲，根据项目资源的有无与多少情况进行资源需求冲突消解，解决了工程资源需求的矛盾。通过研究提出的方案，使得进度计划的划分变得更为细致，让人员的责任变得更为明确，从而可以更好地分配资源，推动了项目精细化管理的发展，同时还提升了项目成本和质量的控制水平。