黃 鎮(zhèn)24 胡建東24

(1.廣東省長大公路工程有限公司， 廣東 廣州 511431； 2.北京中交京緯公路造價技術(shù)有限公司， 北京 100251；3.長沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院， 湖南 長沙 410114； 4.長沙中交京緯工程技術(shù)有限公司， 湖南 長沙 410107)

0 引言

傳統(tǒng)的隧道施工勞務(wù)分包模式實(shí)際上是由施工分包商的管理人員負(fù)責(zé)組織施工的，部分項(xiàng)目部的技術(shù)人員并不能真正地掌握隧道施工技術(shù)，特別是一線的施工員。采用分工序分包的管理模式，將項(xiàng)目中部分工序(洞身開挖支護(hù)、出渣、支護(hù)、襯砌、仰拱二襯施工等重要工序)的施工任務(wù)分別直接發(fā)包給不同的協(xié)作隊(duì)伍來承擔(dān)。要實(shí)現(xiàn)隧道工程分工序分包管理模式就是通過對“專業(yè)化”工班的建設(shè)，使得各工班對工序流水作業(yè)養(yǎng)成了良好習(xí)慣，形成工序有效銜接，各盡所能，共享資源，發(fā)揮優(yōu)勢互補(bǔ)作用。如何對各分包工班進(jìn)行有效監(jiān)管，在各工序班組各司其職的施工中，保證各工序合理銜接，是隧道施工信息管理的核心。以BIM模型為載體，以工序與BIM模型的對應(yīng)與銜接，可以實(shí)現(xiàn)施工信息和數(shù)據(jù)的傳遞與協(xié)同，對各班組直接進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)和技術(shù)交底，使項(xiàng)目經(jīng)理部在部分關(guān)鍵工序上能全過程地把控成為可能[1-4]。

根據(jù)隧道工程BIM工程實(shí)體結(jié)構(gòu)分解，采用工作分解結(jié)構(gòu)(WBS)將每一個工程實(shí)體分部分項(xiàng)的工作任務(wù)進(jìn)行分解[5-6]，同時將每一項(xiàng)工作任務(wù)與具體的BIM模型進(jìn)行掛接，實(shí)現(xiàn)BIM工程結(jié)構(gòu)實(shí)體與工程施工行為的工序相對應(yīng)，即按隧道施工工序，組成各個工序的工班，采用工班長負(fù)責(zé)制(簡稱“工班制”)，剝離施工分包商直接管理施工工班的一種勞務(wù)分包方法。最大的特點(diǎn)是減少中間管理(施工分包商)環(huán)節(jié)，由項(xiàng)目部直接對工班進(jìn)行管理和結(jié)算，有效減少管理成本，提高利潤；同時對隧道施工過程中的質(zhì)量、進(jìn)度、安全做到有效把控，從而將施工行為標(biāo)準(zhǔn)化。

為了充分發(fā)揮“工班制”管理成效，本文結(jié)合廣東省云茂高速公路TJ9標(biāo)金林隧道運(yùn)用的互聯(lián)網(wǎng)+BIM技術(shù)，將BIM技術(shù)與信息化管理緊密結(jié)合起來，不僅實(shí)現(xiàn)了隧道施工管理過程中BIM綜合管理的三維可視化，還打通了各個業(yè)務(wù)之間、各個參與部門之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，解決數(shù)據(jù)孤島，搭建“數(shù)字工地”[7-10]。同時BIM技術(shù)儲存了工班制開展過程中的各種數(shù)據(jù)、圖表，保證了“工班制”經(jīng)營模式下所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不丟失，為進(jìn)一步探索“工班制”經(jīng)營模式在BIM的創(chuàng)新應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

1 基于WBS的隧道施工工序劃分

隧道工程施工建設(shè)周期中存在許多工作，利用WBS分解工作任務(wù)，使其成為一個個便于執(zhí)行的工作單元，這些工作單元從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的角度出發(fā)，便于提高工作單元的可執(zhí)行性?；赪BS,可以將隧道工程施工的相關(guān)工作拆分，使其成為一個個工作包或再將工作包進(jìn)行拆分，直到分解到可以由一個個體來完成的工作包[11-12]。再將這些工作包對應(yīng)于BIM工程實(shí)體的分部分項(xiàng)實(shí)體，保證模型與工序契合，進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)檢及安全資料的對應(yīng)，提高工程施工的標(biāo)準(zhǔn)化、流程化。

基于WBS，可以對完成工程各個階段的行為系統(tǒng)進(jìn)行分解，按照施工中的施工要素對其劃分，方便其管理。如在隧道工程施工時，首先，按照單位、分部、分項(xiàng)將其劃分，并給每個單位、分部、分項(xiàng)工程編碼，與之相應(yīng)的BIM實(shí)體模型相對應(yīng)[13]；其次，利用編碼綁定相關(guān)的工程施工信息，將信息融入模型，這樣可以完善BIM在進(jìn)度、質(zhì)量、費(fèi)用方面所起的作用，見圖1。其中，工序交驗(yàn)就是貫穿進(jìn)度、質(zhì)量、費(fèi)用這三者的重要因素之一，工序與進(jìn)度掛鉤，而交驗(yàn)與質(zhì)量和費(fèi)用呼應(yīng)，建立一個完整的工序交驗(yàn)體系。

圖1 基于BIM的隧道工程分解

基于WBS的BIM模式下的“工班制”是在現(xiàn)有的勞務(wù)分包模式下剝離施工中隊(duì)，直接面對施工工班的一種管理模式；是按隧道施工工序，組成各個工序的工班，采用工班長負(fù)責(zé)制，項(xiàng)目部直接管理工班組的一種勞務(wù)分包法。隧道分部分項(xiàng)劃分見表1。

通過WBS對隧道施工進(jìn)行工序的系統(tǒng)分解，是以在隧道工程BIM實(shí)體模型分解的基礎(chǔ)上進(jìn)行劃分的。以洞身襯砌為例，包括： ①開工報告→②噴射混凝土支護(hù)→③鋼筋網(wǎng)支護(hù)→④鋼架支護(hù)→⑤洞身錨桿支護(hù)→⑥仰拱及底板二次襯砌→⑦二次襯砌這些工序，將具體目標(biāo)按照一定目的拆分，使其成為相應(yīng)的可具體執(zhí)行的目標(biāo)，再將拆分的每一項(xiàng)工作分配到每一個工班上，具體見圖2。

表1 隧道分部分項(xiàng)劃分分部工程分項(xiàng)工程分部工程分項(xiàng)工程隧道總體開工報告總體質(zhì)檢明洞澆筑明洞工程明洞防水層明洞回填洞口開挖洞口邊、仰坡防護(hù)洞口工程洞門和翼墻的澆(砌)筑截水溝洞口排水溝洞身開挖隧道圍巖判別洞身開挖噴射混凝土支護(hù)洞身襯砌洞身錨桿支護(hù)鋼筋網(wǎng)支護(hù) 鋼架支護(hù)洞身襯砌仰拱及底板二次襯砌防水層防排水止水帶洞口,洞內(nèi)排水溝、電纜溝調(diào)平層和基層隧道路面水泥混凝土路面瀝青混凝土路面裝飾及消防超前錨桿輔助施工措施超前鋼管超前管棚隧道其他監(jiān)控量測輔助坑道

圖2 分部工程-洞身襯砌

以質(zhì)量控制為主線，將質(zhì)檢資料按照具體的流程分布，穿插在相對應(yīng)的隧道施工工序中，相對應(yīng)的質(zhì)檢資料流程見表2。

利用WBS分解，將隧道工程分解成既相互聯(lián)系和影響，又獨(dú)立的BIM工程實(shí)體單元，與工程編碼相掛鉤，工程編碼又與相應(yīng)的質(zhì)檢資料相關(guān)聯(lián)?；赪BS工序交驗(yàn)，如表2所示，將分項(xiàng)工程——洞身襯砌分解成一個一個的工作包，在每一道工序之后與相對應(yīng)的質(zhì)檢資料相關(guān)聯(lián)，結(jié)合BIM管理云平臺，對質(zhì)檢資料與實(shí)時進(jìn)度進(jìn)行協(xié)同，進(jìn)度自動生成。通過手機(jī)App對相關(guān)工序進(jìn)行交驗(yàn)填報，再將相關(guān)資料存儲于BIM管理云平臺中，方便隨時檢查，同時又做到過程留痕，見圖3。

表2 洞身襯砌的工序交驗(yàn)流程表序號工序每道工序需要填寫的表格1開工報告施工技術(shù)方案報審表、進(jìn)場人員、設(shè)備,材料報驗(yàn)單、標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)審批表、施工放樣報驗(yàn)單、技術(shù)交底書2噴射混凝土支護(hù)檢驗(yàn)申請批復(fù)單→隧道洞身噴射混凝土檢查記錄表→檢驗(yàn)申請批復(fù)單→水泥混凝土(砂漿、凈漿)施工檢查記錄表→水泥混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)記錄表→噴射混凝土支護(hù)質(zhì)量報告單→水泥(噴射)混凝土(砂漿、凈漿)抗壓強(qiáng)度匯總評定表→噴射混凝土支護(hù)質(zhì)量評定表→中間交工證書3鋼筋網(wǎng)支護(hù)檢驗(yàn)申請批復(fù)單→噴射混凝土鋼筋網(wǎng)安裝檢查記錄表→隧道鋼筋網(wǎng)支護(hù)質(zhì)量報告單→隧道鋼筋網(wǎng)支護(hù)質(zhì)量評定表→中間交工證書4鋼架支護(hù)施工放樣報告單→施工放線測量記錄表→檢驗(yàn)申請批復(fù)單→安裝鋼支撐現(xiàn)場檢測記錄表→隧道鋼支撐支護(hù)質(zhì)量報告單→隧道鋼支撐支護(hù)質(zhì)量評定表→中間交工證書5洞身錨桿支護(hù)檢驗(yàn)申請批復(fù)單(鉆孔)→隧道長管棚、小導(dǎo)管、錨桿鉆孔施工檢查記錄表→隧道長管棚、小導(dǎo)管、錨桿注漿施工檢查記錄表→檢驗(yàn)申請批復(fù)單(錨桿檢查)→隧道洞身錨桿檢查記錄表→隧道錨桿支護(hù)質(zhì)量報告單→隧道錨桿支護(hù)質(zhì)量評定表→中間交工證書6仰拱及底板二次襯砌檢驗(yàn)申請批復(fù)單(仰拱鋼筋)→隧道鋼筋安裝檢查記錄表→隧道襯砌鋼筋質(zhì)量檢驗(yàn)報告單→隧道襯砌鋼筋資料檢驗(yàn)評定表→檢驗(yàn)申請批復(fù)單(仰拱模板)→隧道模板安裝檢查記錄表→檢驗(yàn)申請批復(fù)單(仰拱混凝土)→水泥混凝土(砂漿、凈漿)施工檢查記錄表→水泥混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)記錄表→施工放樣報告單→施工放線測量記錄表→水準(zhǔn)測量記錄表(底、頂)→檢驗(yàn)申請批復(fù)單(仰拱回填)→隧道混凝土調(diào)平層檢查記錄表→檢驗(yàn)申請批復(fù)單(仰拱回填混凝土)→水泥混凝土(砂漿、凈漿)施工檢查記錄表→水泥混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)記錄表→隧道仰拱質(zhì)量檢驗(yàn)報告單→水泥(噴射)混凝土(砂漿、凈漿)抗壓強(qiáng)度匯總評定表→隧道仰拱質(zhì)量評定表→中間交工證書7洞身二次襯砌工序交驗(yàn)流程及所用表格同工序6(仰拱及底板二次襯砌)

圖3 現(xiàn)場管理

2 基于WBS的金林隧道BIM應(yīng)用

基于WBS的金林隧道BIM應(yīng)用主要有信息查詢(三維模型、圖紙查詢、技術(shù)資料查詢)、現(xiàn)場管理(物料追蹤、安全檢查、質(zhì)量檢查、圍巖判別、鉆爆設(shè)計(jì)、超欠挖控制、工序?qū)憣?shí)記錄)。

2.1 三維模型

結(jié)合金林隧道設(shè)計(jì)圖紙及隧址地形信息等建立三維BIM模型(見圖4)。通過三維的展示方式，可以任意角度查看，使項(xiàng)目部得以充分了解現(xiàn)場情況，并對洞口形象工程、施工便道、堆渣廠、材料倉庫等臨建設(shè)施做出整體規(guī)劃。

通過在電腦端可以隨時隨地查看三維BIM模型及三維動畫視頻。技術(shù)人員可以在施工現(xiàn)場向工人交底時展示三維模型及動畫視頻，讓交底技術(shù)成為直觀地展示工藝流程、技術(shù)要點(diǎn)和施工注意事項(xiàng)。

圖4 金林隧道模型

同時，現(xiàn)場施工技術(shù)人員在現(xiàn)場實(shí)時將各個工序完成情況信息錄入系統(tǒng)，在三維BIM模型中初期支護(hù)、二次襯砌、仰拱、水溝、電纜溝等不同施工部位依據(jù)錄入的完成情況信息自動填充不同顏色，可以直觀地展示進(jìn)度情況。

2.2 施工圖紙、施工方案

通過BIM平臺將設(shè)計(jì)圖紙、施工方案、變更文件等上傳至BIM模型，極大地方便現(xiàn)場施工人員查看施工信息。見圖5。

圖5 金林隧道錨桿與鋼支撐模型

2.3 物料追蹤

物料追蹤模塊集材料進(jìn)場、檢驗(yàn)、入庫、出庫、材料統(tǒng)計(jì)等功能于一體，各個施工點(diǎn)報出材料計(jì)劃，材料部門接單后進(jìn)行采購，到場后BIM平臺通知試驗(yàn)室進(jìn)行材料檢驗(yàn)，合格后方可入庫進(jìn)行半成品加工、出庫等一系列程序。在此過程中，施工工班、施工員、庫管員、材料員、試驗(yàn)室和各部門領(lǐng)導(dǎo)均能看到包括材料采購狀態(tài)、運(yùn)輸及卸貨地點(diǎn)、材料檢驗(yàn)、進(jìn)庫數(shù)量、出庫數(shù)量、庫存數(shù)量等數(shù)據(jù)，同時極大地方便了材料盤點(diǎn)核算與節(jié)超耗分析。

2.4 安全檢查與質(zhì)量檢查

安全員與質(zhì)檢員現(xiàn)場巡查時使用安全檢查與質(zhì)量檢查模塊可以快速便捷地對存在問題進(jìn)行描述、上傳問題照片，BIM平臺會自動指定并通知整改責(zé)任人，整改責(zé)任人整改完畢后才可進(jìn)入下一步工序。同時系統(tǒng)會自動保存問題照片，對易出現(xiàn)的安全隱患、質(zhì)量通病進(jìn)行總結(jié)匯總，指導(dǎo)現(xiàn)場施工和安全管理工作。見圖6。

2.5 圍巖描述

掌子面開挖后，現(xiàn)場施工員會將掌子面照片上傳至BIM平臺，同時對地層巖性、圍巖強(qiáng)度、圍巖完整性、地下水情況、特殊地質(zhì)情況進(jìn)行描述，對掌子面前方圍巖情況進(jìn)行預(yù)判，實(shí)時調(diào)整隧道支護(hù)參數(shù)，保證施工質(zhì)量與安全。

2.6 鉆爆設(shè)計(jì)

隧道爆破施工時，現(xiàn)場施工員通過BIM系統(tǒng)對每一循環(huán)炮孔布置方式、裝藥量、開挖方量、爆破后拋渣距離、堆渣形狀、塊石大小等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。每進(jìn)尺50 m，將系統(tǒng)記錄的掌子面描述信息、炮孔布置及裝藥信息、爆破效果信息進(jìn)行整合分析，及時調(diào)整爆破參數(shù)，保證爆破效果的同時節(jié)省火工品。

2.7 超欠挖控制

隧道的超欠挖直接關(guān)系到后續(xù)工序的施工難度、施工時間和經(jīng)濟(jì)效益。爆破后現(xiàn)場測量員會對開挖斷面進(jìn)行掃描，并上傳至BIM平臺，詳細(xì)記錄每一循環(huán)的超欠挖情況，并上傳數(shù)據(jù)至系統(tǒng)，現(xiàn)場施工員會根據(jù)超欠挖情況及時調(diào)整開挖輪廓線、周邊眼外插角度等控制超欠挖。

2.8 工序?qū)憣?shí)記錄

現(xiàn)場施工員通過BIM系統(tǒng)對隧道施工各個工序消耗時間、人員配置、機(jī)械配置、材料消耗等內(nèi)容進(jìn)行寫實(shí)記錄，收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)資料，對耗時異常的工序進(jìn)行分析，及時進(jìn)行處理，保證隧道的正常施工。同時，工序?qū)憣?shí)記錄了各個工序人、材、機(jī)的消耗情況，為編制定額和“工班制”經(jīng)營模式研究打下了基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

本文結(jié)合云茂TJ9標(biāo)金林隧道運(yùn)用的互聯(lián)網(wǎng)+BIM技術(shù)，將BIM技術(shù)與信息化管理緊密結(jié)合起來，以BIM模型為載體，采用工作分解結(jié)構(gòu)(WBS)將每一個工程實(shí)體的工作任務(wù)進(jìn)行分解，并將BIM工程結(jié)構(gòu)實(shí)體與工程施工行為的工序相對應(yīng)，即按隧道施工工序，組成各個工序的工班，采用工班長負(fù)責(zé)制，剝離施工中隊(duì)直接管理施工工班的勞務(wù)分包法，不僅可以節(jié)省在項(xiàng)目部與工班之間有施工中隊(duì)這一層的“管理成本”，還實(shí)現(xiàn)了隧道施工管理過程中的三維可視化、信息化、精細(xì)化的綜合管理，并打通了各個業(yè)務(wù)之間、各個參與部門之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，保障了“工班制”經(jīng)營模式下所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不丟失，為進(jìn)一步探索“工班制”經(jīng)營模式在BIM的創(chuàng)新應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。