基于BIM和挣值法的地铁车站5D应用探讨

常建梅， 冯怀平

(石家庄铁道大学土木工程学院，河北 石家庄 050043)

基于BIM和挣值法的地铁车站5D应用探讨

常建梅， 冯怀平

(石家庄铁道大学土木工程学院，河北 石家庄 050043)

目前地铁工程在我国发展迅速，许多大中城市有建设地铁的需求。地铁工程成本大、工期紧，优化进度和成本联合管理是非常必要的。BIM技术由于其特有的优势，其在工程项目中得到不断的研究和应用。但目前在地铁工程中，BIM主要应用于模型建立、检查碰撞、施工模拟等方面，在其他方面的应用研究还较少，并且各方面的应用相互独立。基于BIM技术，根据进度-成本的综合管理方法——挣值管理方法对某地铁车站工程进行 3D+进度+成本的综合施工管理应用，实现了施工过程的可视化管理以及进度和成本的跟踪管理，评估项目的实际实施情况并及时调整，为计划的完成提供保障。拓展了 BIM 技术在地铁工程中的应用，尝试了BIM技术在地铁工程中的综合管理应用。

建筑信息模型技术；地铁车站；挣值法；施工管理

随着我国经济的快速发展，城市轨道工程日益增多，各大中型城市为缓解交通压力，都在争取发展地下铁路工程，修建城市地铁已成为我国国情下的必然趋势。地铁工程的工程量大，投入的资金大、工期紧，如何在保证工程质量的前提下，实现成本和进度按计划完成，是摆在地铁建设者面前的重要问题。

1 BIM技术及挣值管理方法

BIM起源于美国，其研究也相对成熟。2007年工程建设行业使用 BIM技术占 28%，经过几年的发展，到2009年度占49%，最终至2012年已是71%。早在 2003年，美国的基础设施服务部就推出国内3D–4D–BIM计划。随后几年里，BIM技术在全球范围得到迅速发展，并被誉为建设业的又一次革命[1]。我国建设部于2011年发布了《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》，在纲要中，BIM 技术被列为重要的应用技术加以推广。

BIM 技术不断得到包括建筑业、铁路、公路等各行业的广泛重视和研究，在地铁工程中也处于不断探索研究中。上海地铁多个车站将BIM技术应用于风水电安装工程中的管线碰撞检测[2]；西安地铁设计过程中，创建了建筑、结构、综合管线模型，检查发现了几百处碰撞点，及时修改，减少了变更费用的产生[3]；天津、南京等城市地铁借助 BIM技术进行三维管线综合设计[4]。在地铁工程中，BIM技术主要应用于三维模型建立、检查碰撞、施工进度模拟等方面[5-6]，大部分是在一个目标的实现上进行应用，忽略了多个目标之间的相互影响。进度和成本控制是项目管理的两个主要目标，地铁工程项目由于其成本高、工期短的特点，这两个目标的共同实现更重要。探索地铁工程中BIM技术在进度和成本联合控制中的应用也就非常有必要。

挣值管理是一种堪称“无价之宝”的工具，是现代项目管理界最有效的管理方法之一。挣值管理技术来源于美国的军工领域不断探索实践中，并在各大著名工程项目的建设中发挥了重要作用。其是一种项目跟踪方法，在项目建设的各个阶段，评估项目进度和成本的状态，分析差异产生的原因，通过及时调整，保证进度-成本计划的实现。

BIM 建筑信息模型与传统的二维模型有本质的不同，不仅包含几何信息，而且可以包含建筑各阶段的各类信息，3D是其最基本的特征。基于BIM技术，并运用挣值管理方法，为实现空间+进度+成本的5D管理提供了必要的条件，本文以某地铁车站工程为背景，进行了5D管理研究。

2 项目概况与总体思路

本地铁车站是属于某工程交通二号线II-TS-06标段，本标段车站采用明挖法施工(部分结合盖挖)。车站的长度是122.65 m，标准段长度为19.9 m，是地下两层10 m宽岛式站台车站。车站施工方法采用明挖结合部分盖挖。地铁车站的基坑属于深基坑，通过地连墙和多层横撑进行支撑。本文的总体管理思路见图1所示。

图1 总体思路

3 地铁工程项目5D管理

3.1 开挖支撑和结构模型3D模型建立

基于 BIM 技术与二维图纸模型有本质的区别，模型不再像二维模型那样只包括几何信息，模型除几何尺寸外，可以包含建筑结构整个生命周期内所涉及的各类信息，如物理信息、工程信息、造价信息、制造装配等，所以工程项目的各个参与方可以实现对同一模型的调用、修改、存储等，实现信息的共享，达到科学高效的管理。在模型的建立方面，BIM 技术具有的可视化、协调性、参数化、出图性等优点，与二维模型相比，可以使复杂的问题变得简单，使沟通和交流变得容易。碰撞检查，对施工单位来说，可以快速进行读图、审图工作，减少施工变更的发生，节约成本。本文的地铁车站工程，基坑的开挖采用地连墙进行支护，开挖过程中进行多层支撑，每次支撑结构和位置各不相同。设计单位交付的是CAD图纸，本文使用Autodesk Revit 2014软件，在分析了CAD图纸后，通过创建自定义的族文件，根据参数化建模的特点，进行了开挖过程的建模和结构建造过程的建模(图2～3)，3D模型简单、直观，实现了空间可视化。

图2 开挖支撑阶段

图3 结构建造阶段

3.2 施工进度模拟

在3D模型的基础上附加时间轴，可以对工程项目进行施工模拟或进度模拟，实现技术方案的可视化交底，避免信息传递的错误，提高工作效率。本文的施工进度模拟是通过Project软件建立的进度文件与参数化3D模型链接来实现。根据施工组织设计，将开挖和建造过程的工作任务进行合理和详细的划分。然后编制进度计划，设置任务的开始和结束时间，任务之间的相互关系，形成“.mpp”进度格式文件。本文运用Navisworks软件，通过不同格式的接口，将进度文件和3D模型实现连接，实现了施工进度模拟。开挖过程的地连墙施工、逐层开挖和支撑、结构从底层的逐层建造和支撑的拆除等复杂的过程可以形象直观的体现出来，如图4所示。

图4 进度模拟

3.3 挣值管理

挣值管理中主要基本参数是预算成本或累计成本(BCWS)、已完成工作的预算成本或挣值(BCWP)、已完成工作的实际成本(AC或ACWP)。根据这 3个基本参数，得出评价指标：成本偏差(CV)、进度偏差(SV)、成本绩效指数(CPI)、进度绩效指数(SPI)等。可以动态监控项目的进度和成本完成情况。当CV为负值时表示执行效果不佳，即实际消费费用超过预算值即超支。反之当CV为正值时表示实际消耗费用低于预算值，表示有节余或效率高。若CV=0，表示项目按计划执行。当SV为正值时表示进度提前，SV为负值表示进度延误。若SV=0，表明进度按计划执行。当CPI＞1表示低于预算，CPI＜1表示超出预算，CPI＝1表明项目费用按计划进行。当SPI＞1表示进度提前，SPI＜1表示进度延误，SPI＝1表示实际进度等于计划进度。根据成本和进度绩效指数还可对总成本和总工期进行估计，进而与计划总成本和总工期进行比较。运用上述指数可以对项目目前的实施情况进行评价。

本文用Project软件对项目进行了WBS分解，编制了进度计划，施工进度模拟就是将设定了时间轴的进度计划文件与Navisworks软件连接而实现的。在成本控制过程中，首先根据三维数字信息建模，得到WBS任务分解中对应的工程量，与价格相乘并求和得出预算总成本。然后通过单价分析，在Project中将资源成本分配到分解的任务中，形成施工成本计划，累计成本与时间呈S曲线。

在实施过程中对项目设置跟踪点进行跟踪，一般选择里程碑处进行跟踪。将做好的计划保存为比较基准。在项目实施过程中，根据技术、材料、财务等负责部门的实际数据录入进度和成本信息，然后进行挣值分析。对于合同预算成本之外产生费用的情况，如变更等，处理过程是，在比较基准中增加该项，项目成本设置为0，然后保存为新的比较基准，再进行计划和实际的比较分析。

本项目利用Project软件对项目进行了跟踪管理。图 5为第 1季度跟踪点，CV＞0、SV＞0、CPI=2.46＞1、SPI=2.29＞1，项目进展迅速，绩效指数偏高，并且总进度和总成本预测显示，总工期和总成本缩短近半，明显存在不合理、不符合计划的情况。进行偏差原因分析发现，主要原因是初期处于不稳定状态，有人为因素，施工速度也存在过快现象。项目管理者根据主要原因，及时进行纠正。图6为第3季度的项目跟踪情况，计算得CPI=1.41＞1、SPI=1.26＞1，较第1季度的CPI和SPI都减少了，可以看出项目进展良好，这也说明前期的控制措施得到了一定成效。

图5 第1季度项目跟踪

图6 第3季度项目跟踪

4 结 论

项目实施过程中定期开会，对所有职工公布进度进展情况和成本分析结果，增强每个人的参与意识，实施绩效管理。基于BIM平台使得三维模型更易于交流沟通，工程量的统计更准确，成本计划更合理；结合挣值管理的方法，定量地分析进度和成本进展，并通过加强施工、材料、技术等的管理避免超支、拖延工期的发生。探索了5D(3D+进度+成本)管理方法，注重过程控制，提高了管理水平。当然5D的管理是个复杂的问题，还有许多细节问题需要进一步地努力。

多角度、多目标的联合管理是未来项目管理的发展方向，BIM技术的应用为项目管理水平的提高提供了有力的工具。本文针对地铁工程项目，在可视化、动态过程中评估项目的进度-成本状态，实现了项目管理的过程控制，保证计划的实现。将BIM技术与项目管理理论深度融合，并在地铁工程项目管理中发挥更大的作用，是接下来需要进一步研究的内容。

[1] 何清华, 钱丽丽, 段运峰, 等. BIM 在国内外应用的现状及障碍研究[J]. 工程管理学报, 2012, 26(1): 12-16.

[2] 中国 BIM 门户. BIM 技术在上海地铁 12 号线中的应用[EB/OL]. [2012-06-15]. http://www.Chinabim.com/ school/cases/2014-05-08/6229.htm l.

[3] 中国BIM门户. 中铁隆BIM 技术助力西安地铁五号线设计[EB/OL]. [2015-07-02]. http://www.chinabim. com/school/cases/2014-04-25/6199.htm l.

[4] 刘晓东, 李春红. 开发建筑多专业三维协同设计系统的研究[J]. 科技情报开发与经济, 2006, 16(19): 159-161.

[5] 王 婷, 池文婷. BIM技术在4D施工进度模拟的应用探讨[J]. 图学学报, 2015, 36(2): 306-311.

[6] 李 坤. BIM 技术在地铁车站结构设计中的应用研究[J]. 铁道工程学报, 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

河北省教育厅2015年度科学技术研究项目(QN2015117)；河北省高教学会2015科学研究课题(GJXH2015-209)

常建梅(1976–)，女，山西平定人，副教授，硕士。主要研究方向为工程数字化与土木工程。E-mail：stdcjm@stdu.edu.cn