基于WBS與形象量控制的高速公路施工進度管理研究

摘要：為研究實用性強的施工進度管理系統(tǒng)，文章在高速公路施工進度管理中，以工作分解結(jié)構（WBS）與形象量為載體，以工程量清單數(shù)據(jù)為基準，結(jié)合二維形象圖形可視性和數(shù)據(jù)集成性等優(yōu)勢，彌補傳統(tǒng)進度管理系統(tǒng)的不足，研發(fā)了基于WBS與形象量控制的公路施工進度管理系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的整體架構、軟件架構、硬件架構和數(shù)據(jù)流等設計思路，并分析了該系統(tǒng)的應用效果與價值。

關鍵詞：公路施工；WBS；形象量；二維形象圖

中圖分類號：U415.1 A 57 185 4

0 引言

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，項目的復雜性給施工進度管理帶來了巨大的挑戰(zhàn)，并對施工進度管理的水平提出了更高的要求［1］。同時，項目的進度管理已成為企業(yè)最重要的核心競爭力之一，合理有效的施工進度管理有助于施工單位獲得良好的經(jīng)濟效益［2］。

目前，在高速公路實施項目建設期間主要存在以下問題：項目進度計劃難以精確上報，統(tǒng)計工作繁瑣、數(shù)據(jù)不直觀、數(shù)據(jù)組合查詢困難，導致項目的進度管控出現(xiàn)風險。由于傳統(tǒng)手工報表存在報表多、工作量大、計劃執(zhí)行差、信息傳遞效率低等問題，高速公路施工項目使用手工報表管理進度的模式已經(jīng)無法滿足公司及項目的管理需求，也不利于公司與項目對項目施工進度的整體管控［3］。當前高速公路項目應用了一些進度管理系統(tǒng)，但現(xiàn)有的進度管理系統(tǒng)主要存在或部分存在信息化程度低、不支持可視化、數(shù)據(jù)溯源性差等缺點［4］。另外，施工進度管理結(jié)合三維BIM技術的研究也有不少，在高速公路和水利等方面實現(xiàn)了可視化的施工進度管理［5-11］，但其項目應用體驗感較差，尤其在三維模型瀏覽引擎方面。

為了解決以上問題，提高項目的施工進度管理水平，本文基于工作分解結(jié)構（Work Breakdown Structure，WBS）與形象量控制建立高速公路施工進度管理系統(tǒng)，并結(jié)合二維形象圖可視化的特點，有效監(jiān)控高速公路的施工進度，在提升一線工作效率前提下，幫助項目精細化過程管控。

1 系統(tǒng)設計思路

高速公路施工進度管理系統(tǒng)在WBS和形象量的基礎上進行設計，WBS是進度分析的核心，實現(xiàn)了系統(tǒng)中WBS節(jié)點與工程量清單與二維形象模型的雙向鏈接，是系統(tǒng)進行進度管理的基礎數(shù)據(jù)條件［12-15］。其主要包含整體架構設計、軟件架構設計、硬件架構設計以及數(shù)據(jù)流設計等。具體內(nèi)容如下。

1.1 整體架構設計

系統(tǒng)的整體架構設計如圖1所示。系統(tǒng)主要由管理展示層、應用功能層、基礎數(shù)據(jù)層、基礎設施層組成。

（1）管理展示層。為管理者提供圖表模式數(shù)據(jù)分析結(jié)果，包括Web端及APP端的數(shù)據(jù)分析看板。

（2）應用功能層。主要為用戶提供業(yè)務填報窗口，包括基礎信息管理、WBS工程分解、生產(chǎn)計劃、進度填報等。

（3）基礎數(shù)據(jù)層。主要為業(yè)務應用層提供數(shù)據(jù)支撐，包括基礎數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)等。

（4）基礎設施層。主要為數(shù)據(jù)資源層提供網(wǎng)絡、服務器、儲存系統(tǒng)等軟硬件支撐。

1.1.1 管理展示層

系統(tǒng)的管理展示層在服務層和數(shù)據(jù)層的基礎上實現(xiàn)，主要表現(xiàn)為Web和APP頁面，包括業(yè)務應用和展示。應用功能包括：工程分解、進度計劃、生產(chǎn)計劃、形象進度、預警提醒、報表導入導出、智能文字報告等，進而通過報表系統(tǒng)把最底層數(shù)據(jù)呈現(xiàn)到報表中。最終展示層通過抓取管理者關注的數(shù)值，進一步在BI看板中展現(xiàn)。另外，基于基礎填報的進度計劃及工程形象進度的填報數(shù)據(jù)源，通過WBS與二維圖構建庫一一對應，進而最終實現(xiàn)施工實際進度的模型展示。

1.1.2 服務層

系統(tǒng)采用B/S結(jié)構，基于Browser/Application Server/Database Server應用體系架構實現(xiàn)，并將復雜的后臺數(shù)據(jù)處理邏輯以獨立服務的形式發(fā)布，實現(xiàn)前后端分離，支持主流瀏覽器平穩(wěn)運行。具體如圖2所示。

1.1.3 數(shù)據(jù)層

（1）基礎信息。主要包含組織機構信息、管理參數(shù)以及配置項目基本信息中下拉列表的值，如項目的管理類型、承包方式、風險等級等。

（2）工程量及清單信息。主要包含不同工程類型的WBS字典、形象進度模板（如WBS字典管理，形象進度，解決隧道、橋涵、路基等構筑物的形象進度錄入、綜合形象進度項）。

1.2 硬件架構設計

進度管理系統(tǒng)硬件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫服務器集群、全文檢索服務器、文件應用服務器等。硬件架構如圖3所示。其中，數(shù)據(jù)庫服務器用來提供數(shù)據(jù)庫存儲及管理服務，文件應用服務器用于進度管理系統(tǒng)的Web發(fā)布。

圖3 系統(tǒng)硬件架構設計圖

數(shù)據(jù)庫服務器包括業(yè)務數(shù)據(jù)庫、配置文件、進度管理系統(tǒng)。業(yè)務數(shù)據(jù)庫包括工程量、單位、單價以及單位WBS（分部分項工程），還包括二維形象進度構件庫，以及進度維護對象、進度、登錄密碼等信息。配置文件包括存儲數(shù)據(jù)庫連接字符串、數(shù)據(jù)恢復、靜動態(tài)數(shù)據(jù)的備份導出等配置信息。另外，文件服務器用于進度管理系統(tǒng)的信息發(fā)布以及報表轉(zhuǎn)換等，全文檢索服務器用于對文件的檢索以及相關操作日志的保留等。

1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流設計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)流設計如圖4所示。在數(shù)據(jù)處理階段，將WBS、工程量清單與形象量三者進行結(jié)合匹配，并于數(shù)據(jù)庫存儲，作為系統(tǒng)的基礎表單數(shù)據(jù)；將二維圖形構件庫導入形象展示清單中，由用戶選擇項目對應的構件；最后在進度管理系統(tǒng)中通過Web和APP看板進行形象進度展示。

2 系統(tǒng)應用

2.1 系統(tǒng)具體功能模塊

進度管理系統(tǒng)將以WBS與形象量指標為基點，將工程量清單與二維形象圖相關聯(lián)，輔助高速公路的施工進度數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總及形象展示，進一步反映現(xiàn)場施工的實際情況。具體功能模塊如圖5所示。主要功能包含以下兩個方面：

（1）現(xiàn)場施工進度基本信息。進行實際進度記錄，具有進度的報表統(tǒng)計、BI數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)查詢等功能。

（2）二維構件庫更新。將二維模型與WBS建立映射關聯(lián)，直觀展示二維形象圖等。

2.2 案例應用

2.2.1 工程概況

某高速公路某標段全線長24.8 km，建安費為22.61億元。本項目主線全線按四車道高速公路標準建設：設計速度為100 km/h；整體式路基寬度為26 m，分離式路基寬度為13 m；汽車荷載等級為公路-Ⅰ級；設計洪水頻率特大橋為300年一遇，大、中、小橋，涵洞及路基為100年一遇。

本項目路基寬度為13.8 km，包含路基挖方378萬m3，填方408萬m3，涵洞1 419 m/25道，蓋板通道1121/27道；橋梁6座/2.8 km，其中特大橋2座，為某40 m×40 m后張法先簡支后結(jié)構連續(xù)應力混凝土小箱梁特大橋和某計算跨徑280 m鋼管拱橋；隧道5座/8.2 km，設馬山停車區(qū)1處，金釵互通1處/1.3 km。

2.2.2 計劃編制

由于工程量清單已與形象工程量關聯(lián)，項目可快速編制與設置總工期及節(jié)點進度計劃。在項目施工前期通過勾選或錄入擬施工的工程實體的計劃占比、計劃達到樁號、計劃完成長度等方式，自動計算計劃形象工程量及產(chǎn)值。如年計劃可以按照產(chǎn)值和實物量的方式編制，并且支持聯(lián)動，錄入實物量后自動計算該部分實物量對應的產(chǎn)值，在減少項目編制年計劃時的產(chǎn)值計算工作同時，還可查看節(jié)點工期（里程碑）的施工進展情況，通過計劃工效、實際工效預測工期滯后情況，以便更有效地控制項目進度風險并對其進行動態(tài)預測預警。

2.2.3 生產(chǎn)報表

在進度完成方面，可在系統(tǒng)直接計劃上報及下達報表，實現(xiàn)管理內(nèi)部流轉(zhuǎn)；支持數(shù)據(jù)導入及導出，自動生成各種維度的進度報表，以替代傳統(tǒng)手工表單，進一步減輕業(yè)務人員的工作量，實現(xiàn)無紙化辦公。同時，項目進度完成情況自動采集生產(chǎn)信息跟蹤計劃執(zhí)行情況，不需要人員填寫完成時間，避免出現(xiàn)填寫不及時、不準確以及難以反饋實際情況的問題。

2.2.4 二維形象進度展示

在進度管理系統(tǒng)中，內(nèi)置千余個橋梁構件模型，項目僅需設置構造物參數(shù)，匹配構造物模型，掛接工程實體部位，即可生成二維形象模型。現(xiàn)場每完成一個部位，即進行自動填充，并標注顏色，便于項目管理者可視化、高效地獲取工程進度信息。通過點擊具體部位，數(shù)據(jù)穿透到具體每一天、每一條施工記錄上，便于進行問題追溯及原因分析（如圖6所示）。

2.2.5 手機APP施工記錄填報

施工現(xiàn)場每完成一個施工部位，施工技術員可通過手機APP采集現(xiàn)場生產(chǎn)信息，自動形成現(xiàn)場施工進度實物量與產(chǎn)值統(tǒng)計，替代現(xiàn)場管理人員的施工記錄以及項目調(diào)度的數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總工作（自動生成項目日報、周報、月報等進度報告），為公司層數(shù)據(jù)統(tǒng)計提供數(shù)據(jù)支撐。

另外，由于項目工程量與清單關聯(lián)，自動計算出每個部位完成的產(chǎn)值，實現(xiàn)進度管理貨幣化，項目管理者通過系統(tǒng)首頁更加實時、動態(tài)地掌握項目年度、月度以及每日產(chǎn)值完成情況，過程中實時監(jiān)管，及時調(diào)整資源，保障產(chǎn)值任務完成。

2.2.6 應用效果

使用進度管理系統(tǒng)后，替代了原有的進度統(tǒng)計業(yè)務，由傳統(tǒng)的手工記錄統(tǒng)計變?yōu)樽詣訁R總統(tǒng)計，減輕了一線人員的工作量，進度統(tǒng)計效率提升了70%～80%。同時，能夠從產(chǎn)值任務維度、二維形象維度、時間節(jié)點維度實現(xiàn)全面精細化進度管控，保障項目合同履約。

2.3 系統(tǒng)特點及價值

2.3.1 功能模塊可擴展靈活

系統(tǒng)是由單個微服務構成，每個微服務運行在一個單獨的docker中，使用kubernetes進行docker的調(diào)度，隨著系統(tǒng)訪問量的增加，只需啟動更多的docker，即可實現(xiàn)平滑的橫向擴展能力。

2.3.2 進度信息自動統(tǒng)計匯總

現(xiàn)場施工技術員通過手機APP填報施工記錄后，系統(tǒng)自動匯總現(xiàn)場施工進度實物量與產(chǎn)值的完成情況，并支持按單位工程、生產(chǎn)隊伍、時間周期多維查看，減輕項目調(diào)度匯總統(tǒng)計工作。

2.3.3 進度可動態(tài)監(jiān)控，指導及時糾偏

實時將項目進度完成情況與項目總進度計劃、年計劃、月計劃、周計劃進行對比，幫助進行進度預測預警與完成情況分析追溯，輔助管理層決策。

2.3.4 計劃下達快速，產(chǎn)值統(tǒng)計匯總多維度

實現(xiàn)從公司層級到項目部的年、季、月度計劃的快速下達，以及實物量與產(chǎn)值完成情況從項目部到公司層級的自動匯總與多維分析，提高項目與公司之間的信息傳遞效率。

3 結(jié)語

本文結(jié)合高速公路建設項目現(xiàn)場管理的難點與實際情況，以WBS與形象量為載體，以工程圖紙算量數(shù)據(jù)為基準，以APP為采集手段，研發(fā)出高速公路施工進度管理系統(tǒng)，自動生成進度報告，并結(jié)合進度計劃管理，實現(xiàn)時間維度、產(chǎn)值維度、形象量維度全方位進度管控及預測預警，提高了進度統(tǒng)計效率，有助于管理者進行決策。同時，該系統(tǒng)以二維模型作為項目進度信息形象展示的載體，方便不同專業(yè)人員之間的信息溝通，可減少因信息不對稱帶來的損失。

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收稿日期：2023-01-10