常建梅， 馮懷平

(石家莊鐵道大學土木工程學院，河北 石家莊 050043)

基于BIM和掙值法的地鐵車站5D應用探討

常建梅， 馮懷平

(石家莊鐵道大學土木工程學院，河北 石家莊 050043)

目前地鐵工程在我國發(fā)展迅速，許多大中城市有建設地鐵的需求。地鐵工程成本大、工期緊，優(yōu)化進度和成本聯(lián)合管理是非常必要的。BIM技術由于其特有的優(yōu)勢，其在工程項目中得到不斷的研究和應用。但目前在地鐵工程中，BIM主要應用于模型建立、檢查碰撞、施工模擬等方面，在其他方面的應用研究還較少，并且各方面的應用相互獨立。基于BIM技術，根據(jù)進度-成本的綜合管理方法——掙值管理方法對某地鐵車站工程進行 3D+進度+成本的綜合施工管理應用，實現(xiàn)了施工過程的可視化管理以及進度和成本的跟蹤管理，評估項目的實際實施情況并及時調整，為計劃的完成提供保障。拓展了 BIM 技術在地鐵工程中的應用，嘗試了BIM技術在地鐵工程中的綜合管理應用。

建筑信息模型技術；地鐵車站；掙值法；施工管理

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市軌道工程日益增多，各大中型城市為緩解交通壓力，都在爭取發(fā)展地下鐵路工程，修建城市地鐵已成為我國國情下的必然趨勢。地鐵工程的工程量大，投入的資金大、工期緊，如何在保證工程質量的前提下，實現(xiàn)成本和進度按計劃完成，是擺在地鐵建設者面前的重要問題。

1 BIM技術及掙值管理方法

BIM起源于美國，其研究也相對成熟。2007年工程建設行業(yè)使用 BIM技術占 28%，經(jīng)過幾年的發(fā)展，到2009年度占49%，最終至2012年已是71%。早在 2003年，美國的基礎設施服務部就推出國內(nèi)3D–4D–BIM計劃。隨后幾年里，BIM技術在全球范圍得到迅速發(fā)展，并被譽為建設業(yè)的又一次革命[1]。我國建設部于2011年發(fā)布了《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，在綱要中，BIM 技術被列為重要的應用技術加以推廣。

BIM 技術不斷得到包括建筑業(yè)、鐵路、公路等各行業(yè)的廣泛重視和研究，在地鐵工程中也處于不斷探索研究中。上海地鐵多個車站將BIM技術應用于風水電安裝工程中的管線碰撞檢測[2]；西安地鐵設計過程中，創(chuàng)建了建筑、結構、綜合管線模型，檢查發(fā)現(xiàn)了幾百處碰撞點，及時修改，減少了變更費用的產(chǎn)生[3]；天津、南京等城市地鐵借助 BIM技術進行三維管線綜合設計[4]。在地鐵工程中，BIM技術主要應用于三維模型建立、檢查碰撞、施工進度模擬等方面[5-6]，大部分是在一個目標的實現(xiàn)上進行應用，忽略了多個目標之間的相互影響。進度和成本控制是項目管理的兩個主要目標，地鐵工程項目由于其成本高、工期短的特點，這兩個目標的共同實現(xiàn)更重要。探索地鐵工程中BIM技術在進度和成本聯(lián)合控制中的應用也就非常有必要。

掙值管理是一種堪稱“無價之寶”的工具，是現(xiàn)代項目管理界最有效的管理方法之一。掙值管理技術來源于美國的軍工領域不斷探索實踐中，并在各大著名工程項目的建設中發(fā)揮了重要作用。其是一種項目跟蹤方法，在項目建設的各個階段，評估項目進度和成本的狀態(tài)，分析差異產(chǎn)生的原因，通過及時調整，保證進度-成本計劃的實現(xiàn)。

BIM 建筑信息模型與傳統(tǒng)的二維模型有本質的不同，不僅包含幾何信息，而且可以包含建筑各階段的各類信息，3D是其最基本的特征?；贐IM技術，并運用掙值管理方法，為實現(xiàn)空間+進度+成本的5D管理提供了必要的條件，本文以某地鐵車站工程為背景，進行了5D管理研究。

2 項目概況與總體思路

本地鐵車站是屬于某工程交通二號線II-TS-06標段，本標段車站采用明挖法施工(部分結合蓋挖)。車站的長度是122.65 m，標準段長度為19.9 m，是地下兩層10 m寬島式站臺車站。車站施工方法采用明挖結合部分蓋挖。地鐵車站的基坑屬于深基坑，通過地連墻和多層橫撐進行支撐。本文的總體管理思路見圖1所示。

圖1 總體思路

3 地鐵工程項目5D管理

3.1 開挖支撐和結構模型3D模型建立

基于 BIM 技術與二維圖紙模型有本質的區(qū)別，模型不再像二維模型那樣只包括幾何信息，模型除幾何尺寸外，可以包含建筑結構整個生命周期內(nèi)所涉及的各類信息，如物理信息、工程信息、造價信息、制造裝配等，所以工程項目的各個參與方可以實現(xiàn)對同一模型的調用、修改、存儲等，實現(xiàn)信息的共享，達到科學高效的管理。在模型的建立方面，BIM 技術具有的可視化、協(xié)調性、參數(shù)化、出圖性等優(yōu)點，與二維模型相比，可以使復雜的問題變得簡單，使溝通和交流變得容易。碰撞檢查，對施工單位來說，可以快速進行讀圖、審圖工作，減少施工變更的發(fā)生，節(jié)約成本。本文的地鐵車站工程，基坑的開挖采用地連墻進行支護，開挖過程中進行多層支撐，每次支撐結構和位置各不相同。設計單位交付的是CAD圖紙，本文使用Autodesk Revit 2014軟件，在分析了CAD圖紙后，通過創(chuàng)建自定義的族文件，根據(jù)參數(shù)化建模的特點，進行了開挖過程的建模和結構建造過程的建模(圖2～3)，3D模型簡單、直觀，實現(xiàn)了空間可視化。

圖2 開挖支撐階段

圖3 結構建造階段

3.2 施工進度模擬

在3D模型的基礎上附加時間軸，可以對工程項目進行施工模擬或進度模擬，實現(xiàn)技術方案的可視化交底，避免信息傳遞的錯誤，提高工作效率。本文的施工進度模擬是通過Project軟件建立的進度文件與參數(shù)化3D模型鏈接來實現(xiàn)。根據(jù)施工組織設計，將開挖和建造過程的工作任務進行合理和詳細的劃分。然后編制進度計劃，設置任務的開始和結束時間，任務之間的相互關系，形成“.mpp”進度格式文件。本文運用Navisworks軟件，通過不同格式的接口，將進度文件和3D模型實現(xiàn)連接，實現(xiàn)了施工進度模擬。開挖過程的地連墻施工、逐層開挖和支撐、結構從底層的逐層建造和支撐的拆除等復雜的過程可以形象直觀的體現(xiàn)出來，如圖4所示。

圖4 進度模擬

3.3 掙值管理

掙值管理中主要基本參數(shù)是預算成本或累計成本(BCWS)、已完成工作的預算成本或掙值(BCWP)、已完成工作的實際成本(AC或ACWP)。根據(jù)這 3個基本參數(shù)，得出評價指標：成本偏差(CV)、進度偏差(SV)、成本績效指數(shù)(CPI)、進度績效指數(shù)(SPI)等?？梢詣討B(tài)監(jiān)控項目的進度和成本完成情況。當CV為負值時表示執(zhí)行效果不佳，即實際消費費用超過預算值即超支。反之當CV為正值時表示實際消耗費用低于預算值，表示有節(jié)余或效率高。若CV=0，表示項目按計劃執(zhí)行。當SV為正值時表示進度提前，SV為負值表示進度延誤。若SV=0，表明進度按計劃執(zhí)行。當CPI＞1表示低于預算，CPI＜1表示超出預算，CPI＝1表明項目費用按計劃進行。當SPI＞1表示進度提前，SPI＜1表示進度延誤，SPI＝1表示實際進度等于計劃進度。根據(jù)成本和進度績效指數(shù)還可對總成本和總工期進行估計，進而與計劃總成本和總工期進行比較。運用上述指數(shù)可以對項目目前的實施情況進行評價。

本文用Project軟件對項目進行了WBS分解，編制了進度計劃，施工進度模擬就是將設定了時間軸的進度計劃文件與Navisworks軟件連接而實現(xiàn)的。在成本控制過程中，首先根據(jù)三維數(shù)字信息建模，得到WBS任務分解中對應的工程量，與價格相乘并求和得出預算總成本。然后通過單價分析，在Project中將資源成本分配到分解的任務中，形成施工成本計劃，累計成本與時間呈S曲線。

在實施過程中對項目設置跟蹤點進行跟蹤，一般選擇里程碑處進行跟蹤。將做好的計劃保存為比較基準。在項目實施過程中，根據(jù)技術、材料、財務等負責部門的實際數(shù)據(jù)錄入進度和成本信息，然后進行掙值分析。對于合同預算成本之外產(chǎn)生費用的情況，如變更等，處理過程是，在比較基準中增加該項，項目成本設置為0，然后保存為新的比較基準，再進行計劃和實際的比較分析。

本項目利用Project軟件對項目進行了跟蹤管理。圖 5為第 1季度跟蹤點，CV＞0、SV＞0、CPI=2.46＞1、SPI=2.29＞1，項目進展迅速，績效指數(shù)偏高，并且總進度和總成本預測顯示，總工期和總成本縮短近半，明顯存在不合理、不符合計劃的情況。進行偏差原因分析發(fā)現(xiàn)，主要原因是初期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有人為因素，施工速度也存在過快現(xiàn)象。項目管理者根據(jù)主要原因，及時進行糾正。圖6為第3季度的項目跟蹤情況，計算得CPI=1.41＞1、SPI=1.26＞1，較第1季度的CPI和SPI都減少了，可以看出項目進展良好，這也說明前期的控制措施得到了一定成效。

圖5 第1季度項目跟蹤

圖6 第3季度項目跟蹤

4 結 論

項目實施過程中定期開會，對所有職工公布進度進展情況和成本分析結果，增強每個人的參與意識，實施績效管理?；贐IM平臺使得三維模型更易于交流溝通，工程量的統(tǒng)計更準確，成本計劃更合理；結合掙值管理的方法，定量地分析進度和成本進展，并通過加強施工、材料、技術等的管理避免超支、拖延工期的發(fā)生。探索了5D(3D+進度+成本)管理方法，注重過程控制，提高了管理水平。當然5D的管理是個復雜的問題，還有許多細節(jié)問題需要進一步地努力。

多角度、多目標的聯(lián)合管理是未來項目管理的發(fā)展方向，BIM技術的應用為項目管理水平的提高提供了有力的工具。本文針對地鐵工程項目，在可視化、動態(tài)過程中評估項目的進度-成本狀態(tài)，實現(xiàn)了項目管理的過程控制，保證計劃的實現(xiàn)。將BIM技術與項目管理理論深度融合，并在地鐵工程項目管理中發(fā)揮更大的作用，是接下來需要進一步研究的內(nèi)容。

[1] 何清華, 錢麗麗, 段運峰, 等. BIM 在國內(nèi)外應用的現(xiàn)狀及障礙研究[J]. 工程管理學報, 2012, 26(1): 12-16.

[2] 中國 BIM 門戶. BIM 技術在上海地鐵 12 號線中的應用[EB/OL]. [2012-06-15]. http://www.Chinabim.com/ school/cases/2014-05-08/6229.htm l.

[3] 中國BIM門戶. 中鐵隆BIM 技術助力西安地鐵五號線設計[EB/OL]. [2015-07-02]. http://www.chinabim. com/school/cases/2014-04-25/6199.htm l.

[4] 劉曉東, 李春紅. 開發(fā)建筑多專業(yè)三維協(xié)同設計系統(tǒng)的研究[J]. 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟, 2006, 16(19): 159-161.

[5] 王 婷, 池文婷. BIM技術在4D施工進度模擬的應用探討[J]. 圖學學報, 2015, 36(2): 306-311.

[6] 李 坤. BIM 技術在地鐵車站結構設計中的應用研究[J]. 鐵道工程學報, 2015, 32(2): 103-108.

Study of Subway Engineering on Cost and Schedule Combined Control Based on Building Information Modeling

Chang Jianmei, Feng Huaiping

(School of Civil Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang Hebei 050043, China)

Currently subway project are rapidly developing in China. Many cities have subway construction demand. Large cost and tight schedule are the characteristics of subway engineering. Cost and schedule combined optim ization is very necessary. In addition BIM technology has been w idely researched and applied in engineering. But in the subway project, BIMis mainly used in modeling, collision checking, construction simulation etc. and the application in other areas is less. The application of aspects is often independent. In this paper, 3D + schedule + cost of construction management application is made based on BIM technology and earned value management method. For the subway station project, schedule and cost tracking are carried out. This paper has extended the application of BIM technology in the subway project.

building information modeling technology; subway engineering; earned value method; construction management

TU 17

10.11996/JG.j.2095-302X.2016030439

A

2095-302X(2016)03-0439-04

2015-09-17；定稿日期：2015-12-04

河北省教育廳2015年度科學技術研究項目(QN2015117)；河北省高教學會2015科學研究課題(GJXH2015-209)

常建梅(1976–)，女，山西平定人，副教授，碩士。主要研究方向為工程數(shù)字化與土木工程。E-mail：stdcjm@stdu.edu.cn