工作分解結構與關鍵鏈在鐵路隧道施工進度管理中的應用

田瑩

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司工程經濟設計院，西安710043）

1 引言

在鐵路隧道施工中，工程的施工進度是影響工程項目能否按時、按質完成的關鍵因素。然而在鐵路隧道施工過程中，由于各種不確定因素的存在，使得工程計劃的動態調整及工藝與設備之間的相互影響等問題難以快速得到解決。傳統的工程進度管理方法缺乏對項目建設過程中各種不確定因素的充分考慮，使得項目建設周期較長，且不能有效應對復雜的施工環境[1]。為確保施工進度，需要采用科學、合理的進度管理方法，進行有效的控制。在隧道施工中，通過對工程進行工作分解結構（Work Breakdown Structure,WBS）分解，可以更清晰地了解整個工程項目的各項工作及其相互關系，從而更好地控制工程進度[2]。而關鍵鏈技術（Critical Chain Method，CCM）是在WBS 的基礎上發展而來的一種進度管理技術，可以充分考慮到工期、資源和成本等因素，能有效解決傳統進度管理方法存在的問題[3]。本文以西延高鐵柳燕隧道工程為依托，通過對鐵路隧道施工項目進行工作分解結構分解，將復雜的施工活動分解成較為簡單的任務，為管理人員提供清晰的工作范圍，在工作分解結構基礎上增加關鍵鏈，利用關鍵鏈進行進度控制，以期提高鐵路隧道施工項目進度的管理效率。

2 工程概況

柳燕隧道是西延高鐵13 標段內的控制性工程，設計時速為120 km，位于延安市寶塔區。隧道設計為單洞雙線隧道，屬于小半徑隧道，全長3 765 m，穿越延安市主城區，最大埋深約200 m，最小埋深約4 m。洞身為Ⅳ、Ⅴ級圍巖，共設置2 座斜井。隧址區自然地理環境復雜，存在大量油井、民房，施工場地穿越大量居民區，隧道洞口高陡且發育滑坡。受復雜工程地質地貌條件及不良地質因素制約，施工組織設計十分困難。

通過對相關資料的廣泛查閱，以及對項目的調查研究，并結合工程管理的相關理論，對柳燕隧道的施工進度進行了分析，發現隧道項目進度管理上存在著諸多問題。

第一，缺乏系統分析，進度指標估計不合理。在施工組織安排上，以滿足建設單位的要求為主，沒有對影響進度的因素進行定量分析，所制訂的進度計劃的工期保證率和施工安排不協調。

第二，進度管理方法不適用。項目管理團隊的施工進度控制方法遇到不可控因素較多的項目時缺乏彈性，極易因關鍵路線受阻導致項目失控。

第三，進度控制水平不高。在整體剛性通車目標的制約之下，施工計劃缺少了靈活性，對過程控制缺乏主動管理，這就很容易造成盲目的趕工、資源浪費等問題。

第四，資源計劃和建設計劃之間存在矛盾。由于該工程的招標階段和開工階段間隔較短，所以，在編制過程中出現了一些不能完全適應工程進度的問題，導致在施工過程中需要與其他工程協調調度，不能充分滿足工程進度的安排。

3 基于WBS 的柳燕隧道進度管理優化

3.1 項目工作的初步分解

研究把柳燕隧道作為單個項目，按起點和終點、項目個數進行分解。第一個步驟是對隧道工程中的重要工作進行列表。隧道的主要工作包括：便道施工、建設營地、安裝設備、洞口施工、正洞開挖支護、正洞襯砌、附屬工程施工、缺陷整治和竣工驗收。然后檢查所有工作是否有重復和遺漏，在確定沒有問題后，對柳燕隧道進行了第一階段的分解。柳燕隧道進口、1#斜井、2#斜井及出口共4 個工段劃分為分部工程，施工前準備、缺陷整治與驗收工作劃分為獨立分部工程。第二階段，把分部工程再分成幾個分項工程，根據隧道項目的編碼規則，對分解結果進行列表分析，工作分解結構圖如圖1 所示。

圖1 柳燕隧道工作分解結構圖

由于柳燕隧道的4 個工作面并行施工，如果不使用工作分解構進行分層分解，很容易造成疏漏。通常在隧道的施工計劃編制過程中，一般將洞口施工與附屬工程施工劃為一項工作進行分解。為了盡快進洞，一般都是在隧道洞口施工已經建成，而隧道洞門還沒有施工的情況下，就進行隧道的挖掘工作，這就造成了隧道挖掘和隧道建設之間的資源矛盾。柳燕隧道各工區的貫通時間不一致，各工區的輔助性工程均需根據各工區的實際情況逐個實施，無法做到同步和準確規劃。正洞開挖支護和襯砌之間存在重疊，所以，按照兩道工序進行布置。

3.2 基于網絡計劃法進度管理

在將柳燕隧道施工任務WBS 分解之后，借鑒了同類鐵路隧道工程的施工經驗，以施工工藝、工作面分配和設備共用、材料進場等為依據，以合理組織施工次序，保證施工進度指標，并對工作時間進行了估計。柳燕隧道是一項綜合性的工程，其規模大、專業性強，施工復雜，因此，研究制定一套能確保按時、按質完成的施工進度安排方案。與柳燕隧道的實際情況相聯系，在施工中使用了網絡計劃的方法制定進度表，如圖2 所示。

圖2 施工網絡計劃圖

3.3 確定關鍵鏈

要找到柳燕隧道施工中的關鍵鏈，就必須先分析資源的矛盾狀況。柳燕隧道的主要工作內容是將其分成了洞外和洞內兩個部分。洞內施工的主要工種包括開挖工、噴漿工、鋼筋工和混凝土工，每一個開挖面都配備了一個成建制的專業班組。由于洞口施工的時間很短，因此，會涉及一些高空作業和洞口的注漿加固施工，具有很強的專業性，需要采用專業的邊坡施工隊伍，不能與洞內的施工人員及設備共用。研究采用了資源調配地方法，以最少的時間延誤為原則，對工程進度安排進行了優化。在經過資源優化后，研究確定了柳燕隧道關鍵鏈：施工準備→1#斜井洞口施工→1#斜井開挖支護→1#斜井襯砌→1#斜井正洞襯砌→1#斜井正洞附屬工程→缺陷治理及竣工。

3.4 關鍵鏈緩沖區的設置

關鍵鏈理論的中心觀點是，以50%可能性的完成時間為各項工作完成時間估計基礎，并找出限制項目進度的瓶頸，對問題的根源進行分析，對資源展開最優分配，通過設置緩沖區來抵消任務執行過程中不確定因素帶來的風險，保障計劃的順利實施。

由于柳燕隧道各施工階段的時間分配差異很大，在施工過程中存在很大的不確定性。故研究在緩沖區估算中，采用了計劃評審技術三點估算的方法確定緩沖區的彈性系數。針對前期工作較多，且活動啟動較遲，對完工時間的影響較大的問題，采用前期工程量與前期工作所占時間的比例計算工程復雜度。然后將計算得到的復雜度與專家評分得到的重要系數放入計劃評審技術三點估算中進行了優化?；诖?，研究還引入來工序重要性系數，與彈性系數和工程復雜度計算出了緩沖區的長度。

在關鍵鏈技術中，有3 種緩沖區：項目緩沖區用來吸收關鍵鏈上工藝延誤所造成的時間損失，匯入緩沖區用來保障非關鍵鏈上工藝不被延遲，而資源緩沖區用來保障在一個工藝完成后，與下一個工序之間的資源不發生沖突。本項目在進口洞口施工、2#斜井工區設置了30 d 資源緩沖，以保證關鍵鏈上工程的連貫性。

3.5 關鍵鏈緩沖區的控制

在確定了關鍵鏈并將緩沖區插入后，接下來的工作就是對緩沖區的監測。緩沖區監測是一種類似于PDCA 循環的工作，它的工作就是對緩沖區的狀況進行追蹤和分析，并對緩沖區的使用進行分析，如果有什么問題會對整個項目的進程產生影響，就會做出相應的修正，直到形成一個閉環，其流程如圖3 所示。

圖3 關鍵鏈緩沖區控制流程圖

當緩沖消耗量小于總緩沖時間1/3 時，此時不需要進行調整；當緩沖消耗量超過了總緩沖時間的1/3，而不到2/3 的時候，這就意味著在工作的實施過程中，存在了一些阻礙。這個時候，就需要對這些阻礙進行細致的檢查，并制定出相應的對策，與此同時，還要強化對這些阻礙的監控，防止情況進一步惡化。當緩沖消耗量超過總緩沖時間的2/3 時，說明已經出現了比較嚴重的、會影響到全局的問題。這個時候，應該立刻采取有力的措施，實施進度調整對策，及時地扭轉這種局面。

4 施工效果

在實施了關鍵鏈管理后，柳燕隧道的施工時間為612 個工作日，比原計劃節省了43 個工作日，同時，由于柳燕隧道為高風險施工項目預留了30 個工作日的緩沖時間，與原計劃相比，更符合建設單位的進度管理要求。其中，施工準備的實際工期為61 d，比原工期節省了7 d；在洞口工程中設立資源緩沖區，避免因資源沖突而引起的進度延遲，并在保證工程計劃可執行的前提下，節省了部分工程費用；斜井施工的實際進度指標均達到了最初的預計，而不良地質區段所耗費的緩沖期也得到了控制。

5 結語

針對柳燕隧道工程建設中施工進度管理的不足，以提高工程建設中各個工序的作業時間與資源利用率，在總結以往隧道工程建設實踐的基礎上，引入WBS 思想，將工程建設分為不同階段，運用關鍵鏈法對工程建設進度進行規劃，并提出一套適合于復雜、高難度的隧道工程建設進度控制方案。

第一，在調研了項目基本概況、項目背景、進度要求的基礎上，對項目的進度管理現狀進行了分析，并從項目的組織管理措施、項目的資源配置、項目的進度管理等方面，對項目的進度管理中所存在的問題進行了剖析。

第二，利用WBS 和基于關鍵鏈的網絡計劃方法，對項目進度進行了規劃，確定了項目進度中的關鍵路線和關鍵鏈。

第三，對工程的沖突資源進行分析，在進口洞口施工、2#斜井工區設置了30 d 資源緩沖，根據項目資源的有無與多少情況進行資源需求沖突消解，解決了工程資源需求的矛盾。通過研究提出的方案，使得進度計劃的劃分變得更為細致，讓人員的責任變得更為明確，從而可以更好地分配資源，推動了項目精細化管理的發展，同時還提升了項目成本和質量的控制水平。